神奇的“微波葡萄”现象背后，它的原理是什么？( 二 ) _等离子体

当科学家进行实验时，令人出乎意料的是，两个表面接触的葡萄不知道发生了什么，将微波的波长压缩了约80倍左右！
▲具有三种不同间隙间距的两个葡萄，在用微波照射后，加热到特定温度，间隙最小的温度最高，时间平均能量密度在最窄间隙之间的空间中最高。
通过将热敏纸放在这两个葡萄之间的薄气隙中，他们能够看到在这张纸上沉积了什么样的“蚀刻” 。理论上，蚀刻的分辨率应该受到我们所说的电磁波衍射极限的限制，也就是全波长的一半。对于微波炉中的微波炉，这相当于大约6.4厘米的长度，比葡萄本身还要大。
当然，光通过介质时会改变其波长，水、水凝胶或葡萄内部等介质也具有与空气或真空不同的介电特性。但不知何故，蚀刻的尺寸只有约1.5毫米。由于这一观察，作者得出结论，微波在两个物体之间的界面处被压缩了约40倍以上。
如果属实，它将对光子学产生深远的影响——使研究人员能够利用光来实现超过衍射极限的分辨率，这在长期以来被认为是不可能的。
▲如果两个独立的光源相隔至少是用于观察的光波长的一半，则它们只能被特定波长的光解析。在低于（右）的间距处，不再可能将它们解析为独立的源。
但提出一种理论来成功解释你看到的一种情况是一回事。当这种解释导致被认为不可能的预测时，再次测试并查看预测的结果是否会如预料那般是最重要的。之后，该团队假设了一种替代机制：在两个液体球体（例如葡萄或水凝胶）之间的小间隙中形成电场，他们将两个球体想象成电偶极子，在球体的两侧形成相等和相反的电荷。这种极化会在球体之间的间隙中产生很大的电势，当它变得足够大时，火花就会跳过间隙。
▲当Wimshurst机器被激活时，它会导致两个导电球带上相反的电荷。当超过临界电压阈值时，火花会跳过间隙，导致电荷交换。
这是很有趣的现象，因为电荷的积累和通过放电进行的电能交换也会导致快速和局部加热。换句话说，早期研究提出的关于电磁热点的解释并不是唯一的解释。在这个较新的解释中，还有一个额外的好处，即不需要假设无视衍射极限。如果火花本质上是电的而不是电磁的——这意味着它基于电子的转移而不是光的共振积累，那么整个实验与衍射极限完全无关。
当然，关键是找出测试中的关键部分，以确定这两种解释中的哪一种最能解释“微波葡萄”现象。现在，我们可以进行一个非常简单的测试。如果在两个球体表面形成电磁热点，就会在它们之间产生增加的辐射压力，导致它们相互排斥。相反，如果这些是由跨越间隙的任一球体上的相反电荷积累产生的电热点，那么就会产生吸引力。
▲纯电现象（a）和纯电磁现象（b），用于说明两个微波葡萄之间等离子火花的起源。第二个球体与第一个球体一致，如果其性质是电的，则将类似地极化并产生电压击穿，但是它们会在球体外部产生电磁场，如果它是电磁性质的，则它们会导致两个球体排斥（b）。
如果我们想排除这两种可能的解释之一，我们所要做的就是让这两个球体开始相距很小的距离，然后应用微波。

如果电热点解释是正确的，那么这意味着电场导致两个球体极化。如果球体沿电场方向排列，它们之间会产生很大的电压，随后两个球体靠得更近，然后产生火花和等离子体击穿。但是，如果球体垂直于电场排列，则应该没有净效应。
如果电磁热点的解释是正确的，那么这意味着水滴内外的电磁场会发生变化，无论它们在微波中如何定向，这两个水滴都应该产生热点、排斥和火花。

这就是理想中可以区分两种解释的方法。如果我们想让（至少）其中一种解释无效，我们需要做的就是进行实验。
▲如这张六面板视图所示，当两个球体与电容器的两个平行板之间的电场对齐时，它们会发热，尤其是在球体之间的空间中。然而，当它们垂直于电场定向时，则不会发生这种加热。
进行的第一个实验是对电气热点想法的简单概念验证。研究人员没有使用微波腔，而是从平行板电容器开始，它一种电气装置，其中一侧装有正电荷，另一侧装有等量的负电荷。他们将电容器内的两个球体以两种不同的配置排列，一种是球体平行于场，另一种是垂直。