有人用微波炉加热两颗葡萄，发了顶级期刊
点击图片进入购买
前30名下单用户，小德送价值880元峰会门票啦！
点击了解详情《【赠票福利】30张2019AITech国际智能科技峰会入场券等你来领！》
文章 | 虞涵棋
来源 | 澎湃新闻
高危动作请勿模仿！
首先，不要问为什么会有人用微波炉“叮”葡萄。但这确实已是个不算太冷的“冷知识”：把一颗新鲜葡萄一切两半，放进微波炉加热，不久后就能见到耀眼的火光，严重时甚至能爆掉整个微波炉。
互联网上可以搜到许多视频，一些博主甚至总结出了“技术要点”：切葡萄时不能完全切断，而要保持表皮的粘连。
可以确定的是，如此耀眼的光芒是由等离子体产生的。等离子体是原子被电离、失去部分电子后形成的离子化气体状物质，通常被视作固、液、气以外的第四态。
名字虽然抽象，但提起太阳和闪电，我们或许对等离子体能有一个直观的了解。在日光灯、电脑芯片等日用品里，人造等离子体也扮演了重要角色。
在葡萄这个案例里，则是其中富含的钠和钾元素在强电磁场里被电离了。但是，这个强电磁场是如何产生的呢？一些人认为，两瓣葡萄恰如无线电的一对偶极天线，而切开的表皮湿润导电，起到了桥梁的作用。果真如此吗？
奇妙的水球
加拿大特伦特大学物理系的Aaron D. Slepkov和Hamza K. Khattak还有康考迪亚大学的Pablo Bianucci开始较真了。他们用慢镜头分析葡萄在微波炉里叮爆的瞬间，发现爆炸一开始并不出现在朝上湿润的开口处，而是表皮连接处偏下一点。
他们由此得出结论，所谓的“桥梁”是否湿润或导电并不重要，只需要两个球状物保持近距离即可。这也解释了，两个紧挨在一起的完整葡萄也会在微波炉里爆炸。
不过，不是什么球状物都会被叮爆。水是一个至关重要的因素。在微波炉的频段里，水的介电常数比较大，即对微波的吸收率很小，可以困出大量微波。两个水球形成了共振腔，犹如一个陷阱，将各自困住的微波在交界处叠加起来。通常情况下，这是金属纳米结构才能完成的任务。这电离了葡萄中的钾、钠元素，形成高温等离子体。
为了等离子体共振腔的形成与葡萄的其他内部成分和脉络无关，研究人员用纯净水做出了两个大小与葡萄相似的水凝胶珠，用氯化钠溶液短暂浸泡后放入微波炉，果然也发生了“爆炸”。
有趣的是，两个珠子受到微波辐射后出现了几次弹跳。目前，这个富有好奇心的研究团队还在试图解释这种振荡。
鹌鹑蛋实验
更大的“水球”，比如西红柿，就不太容易威胁到你的厨房了。Slepkov、Khattak和Bianucci发现，只有尺寸局限在一定范围内，才会在两球的交界处出现短暂的热点集中。
微波炉的原理是食物中的极性分子被微波振荡而发热。因此，在实际使用微波炉时，我们会发现食物不像正常情况下由外而内变热，反而是从内部开始加热的。
这也是鸡蛋也在 “微波黑名单”上的原因。鸡蛋内部的蛋黄会率先过热，剧烈膨胀超过蛋壳的承受范围，瞬间爆裂。
在下图里，研究团队分别对微波炉里两种尺寸的水凝胶珠进行热成像分析。两颗直径1.6厘米的水凝胶珠在交界处出现了明显的热点区域，而两颗直径4.5厘米的水凝胶珠出现了几处分散的热点，分别位于交界处和两颗水珠的内部中心。
由于热成像仪依赖于物体内部的吸收效应，对物体外部的热场分布并不敏感。为了更严谨地确定只有两颗葡萄的交界处产生了热点，Slepkov、Khattak和Bianucci又想出了一个新点子。
这下，经历了被腰斩、直播爆炸、量体温等一系列折腾的葡萄，还要享受“纸条裹尸”的待遇：研究人员用感热纸条把葡萄围了一圈，一旦某处温度超过阀值，纸上就会出现黑点。
果然，加热1到3秒后，两张纸条交接的地方就各自出现了一个明显的黑点。
他们更“丧心病狂”地把两只鹌鹑蛋也拖下水，裹上感热纸条如法炮制，交界处的黑点也出现了；
再用针在蛋壳上扎一个小孔清空蛋液，加热空蛋壳，黑点没有出现；
用水重新注满空蛋壳，黑点又出现了……
这下，Slepkov、Khattak和Bianucci终于满意地排除了表面导电性和内部结构的因素，总结出了什么样的东西才能被微波炉叮爆：球状、主要是水、不能太大、距离够近。
好消息是，这些葡萄和鹌鹑蛋并没有白白牺牲。Slepkov、Khattak和Bianucci的论文《葡萄等离子体起源于水性二聚物形成的微波共振》近日发表在了顶级学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上了。
他们认为，在葡萄等离子体的启发下，可以用水来探索微波频段的独特共振几何结构，当做一个迷你的沙盘。未来可能的应用包括被动式全向无线天线、超分辨率微波成像等。
推荐阅读
相关内容
网址： theaper.cn
微信扫码咨询专知VIP会员