微波炉：揭开厨房里光学的神秘世界
在现代厨房中，微波炉几乎已经成为烹饪的必备工具。虽然随处可见，但它却隐藏着非凡的技术，曾被评为"20世纪改变世界的十大发明"之一。
快速加热食物当然只是微波炉的表象。你是否好奇过，在几分钟的轰鸣声中，没有火焰或热源的情况下，食物是如何被加热的呢？
今天，让我们揭开微波炉背后的科学原理，深入了解厨房中这道隐形的 "光学"——作用在食物上的 "微波"。
图1 图片来源：视频截图
微波是一种特殊的 "光"，与可见光一样，都是一种电磁波。不同之处在于，微波的波长远远超过人眼的感知范围，因此它对我们来说是 "隐形的"。放入微波炉的食物通常含有大量水分。水分子是一个极性分子，一头带正电，一头带负电。在正常情况下，水分子无序排列。
图2 图片来源：视频截图
当水分子遇到电场时，它们会调整自己的方向。带正电的那头指向电场方向，带负电的那头与电场方向相反。如果电场持续变化，它会带动水分子一起振荡。电场振动会产生电磁波，而电磁波携带能量。
图3 图片来源：视频截图
巧合的是，微波电场的振动频率恰好与水分子的固有频率一致。这种一致性使水分子能够持续地被振动的电场加速，从而不断获取能量。这就是通常所说的 "共振" 现象。在 "共振" 过程中，水分子振动得越来越激烈，能量越来越高，水温也随之升高。食物中许多分子与水分子相似，也都是 "极性分子"，因此也会受到微波加热的影响。
图4 图片来源：视频截图
那么问题来了，同样是电磁波，为什么可见光不能加热食物呢？这是因为，可见光的振动频率远高于水分子的固有频率，无法达到 "共振" 程度，食物吸收不了多少光能。
我们可以通过一个实验来演示 "共振" 的原理。
使用 6 个钟摆进行共振实验，将钟摆放置在悬挂的活动面板上，然后随机拨动所有钟摆，此时有些钟摆向左，有些向右。由于左右摆动的力量不均衡，就会导致一边比另一边的力大一点。这多出的一点力会使下方的活动面板产生轻微的摆动。
这种摆动也会对 6 个钟摆施加共同的作用力。类似于微波对水分子。共振就开始发挥作用了，没有任何干预，所有钟摆的步伐都会变得一致。
图5 图片来源：视频截图
了解了微波炉的工作原理后，很多人还会产生一个疑问：为什么微波炉明令禁止使用金属容器？那是因为，金属容器不仅对加热食物毫无帮助，还有潜在的危险。
当微波炉加热时，微波遇到 "金钟罩" 时会被反射。真正的危险在于，在强烈的微波作用下，金属中的自由电子快速移动，产生的电弧会击穿微波炉内壁，损坏微波炉的电子元器件，甚至烧毁微波炉。在微波炉内使用金属器皿绝对不是一个好主意。
图6 图片来源：视频截图
走出厨房，微波的应用让我们似乎有了 "另一双眼睛"。微波雷达可以为各种交通工具提供准确的导航，为军队侦测敌机和导弹；微波遥感技术使航空摄影获得的 "微波地形图" 比可见光和红外遥感得到的图像更真实。
如今，如果在太空探测，我们会发现极其微弱的微波辐射，这是整个宇宙的背景 "噪声"，是 138 亿年前宇宙大爆炸遗留的 "遗产"。未来，人类或许可以利用这笔遗产做出惊天动地的事情！