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为何两颗葡萄放进微波炉会爆炸？科学家花了二十多年终于解决难题( 二 )


不过他们可能没想到在几十年后的今天 ， 有人会把它拿来加热葡萄 ， 而且还产生了超强的电火花 。 这种现象在微波炉的加热过程中是有可能发生的 ， 只是葡萄这种水果让太多人都感到意外 。

为了研究这种现象 ， 科学家为此进行了各种试验 ， 以此寻求一种合理的解释 。 科学家在进行了大量试验后 ， 通过各种影像记录的分析 ， 最终得出了结论 。
在这里咱先说下结论 ， 简单来讲就是 ， 葡萄和微波辐射刚刚好 ， 它俩能够聚集能量 ， 然后进行释放 。

首先粗略的来了解一下“米氏散射”这一概念 ， 在电磁学这门学科里 ， 麦克斯韦方程组的Mie解描述了均匀球体对电磁平面波的散射 。
这种现象发生在比较均质的球状物体上 ， 电磁波波长和微粒的半径接近时 ， 电磁波便会和微粒发生一种相互作用 ， 电磁波会聚集在该球状微粒中 。

通常来讲 ， 电磁波波长要符合这种条件 ， 即接近微粒半径尺寸 。 除了巧合或者人为 ， 该现象一般来讲并不明显 。 科学家在实验中为了记录葡萄的这种电磁现象 ， 最先用波长记录仪对葡萄进行了观察记录 。
无论是切开的葡萄还是两颗完整且靠近的葡萄 ， 它们的电磁波长图都表明 ， 在微波加热过程中有电离现象 。 并且钠离子和钾离子的波长最为明显 ， 该实验结果证明了此现象基于表面导电率的解释是合理的 。

但这无法解释其产生能量的过程 ， 以及微波的过程变化 。 科学家又对葡萄进行了热辐射成像记录 ， 除了热成像外 ， 他们还使用了“有限元法”来模拟偏振2.5GHz微波与均匀吸收球状水二聚体的相互作用 。
热成像中展示了葡萄在微波加热过程中的变化 ， 如果是两个分隔开来的葡萄 ， 其热辐射会聚集在葡萄的中心部位；如果是两个挨得比较近的葡萄 ， 那么它们的热量聚积点会向两者之间靠近；而要是让两颗葡萄挨着 ， 那葡萄的交接处能量聚集变化最为明显 。

为了更进一步解释这种现象 ， 科学家还对葡萄的能量吸收进行了电场模拟 ， 包括光谱图记录分析 。 所有的证据最终都指向了微波与葡萄的交互过程 。

危险的球体
通过前面的介绍 ， 我们得知了微波的基本概念和米氏散射 。 而米氏散射解释了电磁波在球状均质中的运动 ， 特别是当波段接近这个大小时 。
微波炉中加热的葡萄也会出现这种米氏散射 ， 然后有趣的事情发生了 。 微波炉的微波波长为2.45GHz ， 那么它的波长段则在12厘米左右 。 很显然葡萄是没有微波波段这个尺寸的 ， 但是微波在通过葡萄时 ， 其折射率会发生变化 。

微波在葡萄内部会发生减速 ， 原本空气中折射率为12厘米波长的微波 ， 在进入葡萄后 ， 速度只有原来的十分之一 。 由于葡萄自身的折射率在1.33 ， 原本波长为12厘米的微波便在葡萄内部被缩小至1.2厘米（米氏散射） ， 这个时候的微波波长刚好接近于葡萄自身的大小 。

这种状态下 ， 葡萄便会把微波困在其中不断叠加 ， 能量在里面不断折射聚集 。 这也就解释了为什么葡萄在微波加热的过程中不像其他物质一样是由外向内 ， 而是由内向外 ， 其中心点的能量聚集最高 。
如果只是一颗葡萄的话 ， 那还好说 。 但两颗葡萄或是被切开的葡萄 ， 微波波段接近且小于葡萄大小 ， 那么葡萄的接触点便会出现最强的电磁场 ， 同时在里面相互作用 。

这种电磁场的能量强度足以把空气电离 ， 从而产生电火花 ， 而生成的这些离子还能从微波中获取更多的能量 。 这种能量频率在120Hz（赫兹） ， 远远高于家用交流电频率 。
之前科学家们所观察到的波段射线图中 ， 这种火花里的等离子体最多的就是钠离子和钾离子 ， 这些离子周围形成的等离子被喷射到空气中 ， 就是我们所看到的火花 。

一切就是那么恰巧 ， 葡萄的大小尺寸刚好接近微波过程中的微波波长 ， 电磁场在葡萄吸收的过程中被极度放大 。 基本上要刚好在那个尺寸范围 ， 才会有这种明显的放大效应 。
科学家为了完全证实这种情景 ， 还使用了其他尺寸的葡萄 。 尽管其他尺寸的葡萄都有类似的效果 ， 但效果并不明显 ， 因为水会吸收微波 。

没有对波长进行吸收的葡萄或是水果 ， 在波长曲线图里表现为峰尖变宽 ， 不会像符合尺寸大小的葡萄那样有明显的尖峰 。
不过这样下来 ， 物体尺寸的限制被放宽了 ， 这也就解释了为什么不用葡萄 ， 哪怕用其他水果也会有微弱的效果 ， 尽管它们在大小上都不尽相同 。

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