光學(xué)，物理學(xué)的重要分支，僅21世紀(jì)以來，就有六次諾貝爾物理學(xué)獎與光學(xué)有關(guān)，比如2018年的諾獎就頒給了光鑷和激光放大技術(shù)。

“高冷”的諾獎很精彩，身邊中的光學(xué)一樣大有學(xué)問哦：微波爐、手機、汽車……都離不開光學(xué)相助！

從今天起，科學(xué)大院聯(lián)合中科院上海光機所推出“追光逐夢”系列專欄，不僅帶您一起探索身邊的科學(xué)，還會帶您走入高精尖的前沿光學(xué)科技殿堂！

現(xiàn)在，大多數(shù)家庭的廚房里都少不了一臺微波爐。它隨處可見似乎沒有什么新奇。但其實，微波爐是“20世紀(jì)改變世界的十大發(fā)明”之一。

快速加熱食物當(dāng)然是微波爐的屬性。但你會不會好奇，在這轟轟響的幾分鐘里，既沒有火也沒有發(fā)熱物體，食物是如何被加熱的呢？

今天我們就來解答你的疑惑，一起聊聊廚房里看不到的光學(xué)——作用于食物上的“微波”。

微波是一種特殊的“光”，和可見光一樣是一種電磁波。但因為微波的波長超過人眼的感受范圍，所以，它在我們眼前“隱身”了。放在微波爐的食物，一般都含有水分。水分子是極性分子，一頭帶正電，一頭帶負(fù)電。水分子通常是雜亂無章地分布著。

但是當(dāng)水分子遇上電場，它會調(diào)整方向。帶正電那頭與電場方向一致，帶負(fù)電的那頭則與電場方向相反。一旦電場轉(zhuǎn)動起來，會帶著水分子一起振蕩。電場轉(zhuǎn)動起來，就會形成電磁波，而電磁波攜帶著能量。

由于微波電場的轉(zhuǎn)動頻率恰好與水分子本征頻率一致，水分子的轉(zhuǎn)動始終會被轉(zhuǎn)動的電場加速，從而不斷獲得能量，這就是通常所說的“共振”現(xiàn)象。“共振”過程中，水分子振蕩得越來越劇烈，能量越來越高，水溫也就升高了。食物中的很多分子是和水分子相似的“極性分子”，同樣也被微波加熱了。

那么問題來了，同樣是電磁波，可見光為什么不能加熱食物呢？這是因為，可見光的振蕩頻率比水分子本征頻率快得多，達不到“共振”的程度，食物吸收不了多少光的能量。

我們可以通過一個實驗，來說明“共振”的原理。

我們用6個鐘擺做共振實驗，首先把鐘擺都放在懸掛的活動板上，然后隨機撥動所有的鐘擺，這時候有的鐘擺向左，有的鐘擺向右。但左邊和右邊的力量總會不對等，從而造成一邊比另一邊的力多一點，多出的一點力就使得下面的活動板產(chǎn)生微小的擺動。

這個擺動也會對6個鐘擺施加共同的力。類似于微波對水分子那樣。共振就起作用了，沒有任何干預(yù)，所有鐘擺的步調(diào)會變得一致。

大家應(yīng)該明白微波爐的工作原理了，但很多人還有一個問題：為什么微波爐明令禁止使用金屬容器呢？這是因為，金屬容器不但對加熱食物毫無意義，還有潛在的危險。

在微波爐中加熱時，微波遇到“金鐘罩”就被反射了。而真正危險的是，在強大的微波作用下，金屬中的自由電子快速移動，產(chǎn)生的電弧會擊壞微波爐內(nèi)壁，毀壞微波爐中的電子元器件，甚至把微波爐燒毀。所以在微波爐內(nèi)使用金屬器皿絕對不是一個好主意。

走出廚房，微波的應(yīng)用好像讓我們有了“另一雙眼睛”。微波雷達能為各種交通工具提供精確的定位導(dǎo)航，為軍隊偵查敵機和導(dǎo)彈；微波遙感技術(shù)使得航拍獲得的“微波地形圖”比可見光和紅外遙感獲得的圖像更真實。

現(xiàn)在，如果在太空探測，會發(fā)現(xiàn)極其微弱的微波輻射，這是整個宇宙的背景“噪聲”，是138億年前宇宙大爆炸留下的“遺產(chǎn)”。未來，人類或許可以利用這筆遺產(chǎn)做出了不起的事呢！