只要有趣研究什麼都可以?!震動蚯蚓晃出「法拉第波」——2020搞笑諾貝爾物理獎

不知道沒有人看過「頭文字 D 」？

拓海開 AE86 送豆腐時，老爸文太會把一杯水放在車上，如果這時文太不是要求拓海不灑出來，而是說：「仔細觀察這杯水。」那拓海很有可能就會看到「法拉第波」，前提是拓海能一邊盯著水杯，一邊過髮夾彎。

1831 年，法拉第發現圓柱容器中的液體，在特定頻率的垂直振動下會形成穩定駐波，這些駐波在液面上，會形成一些有趣的圖案，這些圖案我們稱為「法拉第波」。

這些圖案不只有趣，也可以做為「液基微小物體的收集器」（wiki），簡單來說，可以透過法拉第波，來理解在生物膜上的細菌分布。

不過，法拉第波並不容易控制，除了頻率以外，其他像是震幅大小、溫度、上方氣體的大氣壓力、液體密度、容器材質…等，都會對法拉第波的產生造成巨大的影響。因此有許多法拉第波的研究，都在尋找能準確描述法拉第波的方法 。

但上述的研究方向，都不是這篇搞笑諾貝爾獎的重點，畢竟這是搞笑諾貝爾獎嘛。（笑）

為什麼要震動蚯蚓？

我相信做這實驗的研究者當初也不知道為什麼要這麼做。（個人猜測）

研究者發現蚯蚓受到特定頻率的上下晃動時，身體會出現一種類似法拉第波的駐波。這時他們冒出的第一個問題是：「這有可能嗎？」

研究者搜尋了蚯蚓的身體資料，發現蚯蚓是由柔軟的「靜水骨骼」包覆內部體液所組成，結構類似水球，因此研究者認為，像水球的蚯蚓，有可能會因為裡面的水受到震動，而在表面產生類似法拉第波的駐波。

為了研究，研究者又找了一些資料來催眠自己繼續震動蚯蚓。在文獻探討中，研究者提出以蚯蚓作為研究材料三個優點：

接著，研究者開始說起法拉第波的理論推導與重要性。其中，研究者引用數篇關於法拉第波會讓水滴變成奇怪形狀的論文，並期待蚯蚓會在法拉第波的作用下，變成奇怪的形狀。

綜合上述，我推測研究者想震動蚯蚓的慾望，已經超越了正常人對食慾、性慾的需求，可能連在夢中，都想著讓蚯蚓變成自己想要的形狀。

實驗到底是期待看到什麼？

實驗就是一直震動蚯蚓嗎？是的沒有錯！

實驗就是不斷的去震動蚯蚓，看蚯蚓在什麼情況下，會變成類似法拉第波的形狀。實驗裝置也非常簡單，如下圖：

紅光雷射（laser diode）打在被麻醉的蚯蚓（earthworm）上反射回接收器（photodetector），藉由反射光強度的不同，來分析蚯蚓的震動頻率。麻醉的蚯蚓下方則有一台震動器（Vibration），提供穩定的上下震動，這些上下震動的頻率是由一台訊號產生器（Signal generator）所產生，並藉由電路中的放大器（amplifer）調節震幅大小，蚯蚓震動的過程由上方的照相機記錄。

如果把蚯蚓換成人類的話，這個實驗相當於把人類麻醉之後，放到通了交流電的電椅上，給予不同頻率與電流大小的交流電，並透過持續照射 X 光照射來檢查人體內臟受損的程度，這段期間還有紀錄片攝影師同步拍攝人體通電的樣子。

看到這裡，也終於明白為什麼沒人在乎蚯蚓死活會是實驗優點了（抖）。

不求博大精深，研究也能輕鬆有趣！

除了蚯蚓形狀會受到法拉第波影響外，也發現蚯蚓體內形成的法拉第波，具有 20 – 300 Hz 頻率，與自然界中神經脈衝頻率相同，因此，這些法拉第波可能會干涉神經脈衝，放大或抑制神經傳導。

原來前面寫的「蚯蚓體內的神經軸突，外部包裹著類似脊椎動物的髓鞘」，是用在這裡啊，當我這麼想的時候，論文寫到：

「不過因為蠕蟲是麻醉的，因此沒有直接證據能說明這個想法是對的。」

除了用法拉第波讓蚯蚓變形外，研究者還真的沒有其他研究成果了呢！

其實，我十分崇敬研究者對蚯蚓波動的癡迷與勇氣，許多時候做研究，想到的都是未來的發展，但像這樣一篇只因興趣使然所做的研究，已經非常少見。

參考文獻

1. Wave-controlled bacterial attachment and formation of biofilms
2. Determinants of Faraday Wave-Patterns in Water Samples Oscillated Vertically at a Range of Frequencies from 50-200 Hz
3. 12 Patterns and Chaotic Dynamics in Faraday Surface Waves
4. Excitation of Faraday-like body waves in vibrated living earthworms

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