作为加热食物的帮手，微波炉给我们带来了非常大的便利。如果要使用微波炉加热食物，你会选择加热什么？
是牛奶？还是昨晚留下来的剩菜？不过我们都知道有些东西是不能放进微波炉加热，如果违规加热很有可能会造成严重危险。但你有没有想过，如果把葡萄放进去加热会怎么样呢？
微波炉加热
曾经有段视频在互联网上非常火，视频内容便是在微波炉里加热的葡萄。这颗几乎被切断的葡萄放进微波炉里加热后，神奇的事情发生了。葡萄之间产生了电火花，这种奇特的现象很快吸引了大部分人的注意力。
不仅仅是切开的葡萄，即便是两颗完整的葡萄放进去加热也会产生电火花，而且这种电火花效果更强，甚至能让葡萄发生爆炸。
微波炉加热葡萄
科学家对此很长一段时间里都无法对其进行合理的解释，为什么葡萄放进去会产生电火花，还有爆炸风险？不过这也让大众把微波炉加热黑名单里添加了葡萄这一选项。
为了研究这个课题，科学家为此花费了二十多年的时间，终于在2019年对其进行了合理的解释。其结果合乎规律，但也给科学家带来大量想象。
微波炉可能大家都不陌生，作为一台寻常的不能再普通的家电，微波炉的工作原理和效果大家已经见怪不怪了。不过微波的家用性一直到上世纪70年代才进入普通家庭，作为一种电磁辐射，微波此前的用途更多是用来通讯。
家用微波炉
微波辐射能够使物体中的极性分子高速旋转，特别是在均质、高含水量的物体中，微波能够有效地加热物体。英国腔体磁控管的发展使其能够产生足够小波长的电磁波，这种试验模型成为了后来微波炉的原型。
微波炉在进入家用前，美国雷神和日本夏普这两家公司一直致力于商用微波炉的设计。上世纪60年代，微波炉开始进入初步的商用。
微波是电磁波的一种
由于微波炉的加热功能十分强大，而且性能可靠，这些商家们想要对其进行更大范围的推广，其中就瞄准了家庭厨房这一市场。不过在初期阶段，商用微波炉实在太贵，而且体积庞大，使用它的人并不多。
一直到70年代，组合微波功能的微波炉问世才使得微波炉成为常用家电进入到平常的生活中。而微波炉的外形和设计标准在这几十年来也几乎没有太大转变，其微波波长频率也基本都在2.45GHz（吉赫）
微波炉的结构
不过微波炉看似样貌普通，其危险性要比一般家用电器大得多，所以商家为了让大众在使用过程中减少危险的发生，都会在产品说明书上特别标注禁止加热的物体，以及允许加热的东西。
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。
颗粒饱满的葡萄
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。
汇聚能量
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。
米氏散射
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。
电磁现象
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。
葡萄的热成像
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。
光谱图
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。
微波穿过葡萄
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。
两颗葡萄不能放进微波炉
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。
葡萄变成了火球
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。
水果中含有钠离子和钾离子
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。
不同尺寸的葡萄
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。
其他水果也有类似的效果
微波炉的加热方式就是让物体中的水分子高速旋转，来加快物体内部的运动，这种类似摩擦的效果使得物体迅速升温。由于水在2.4GHz下的折射率比可见频率下任何已知的电解质都大，所以也不要过分担心像葡萄这样特殊的电磁共振会发生在我们日常使用中。
食物会在微波炉里面旋转
来自“无聊”实验的科学应用这个世界上可能只有科学家才会这么执着于某件事的研究了，也正是有了这么一群科学家，人类科技才有了更多可能性。要知道，这个世界上的很多科学发明和技术都是在这种“无聊”的实验中得到的。
微波炉中的葡萄也不例外，这种特殊的现象不仅让科学家对其现象原理产生了兴趣，还让他们对此有了新的想法和展望。微波葡萄带来的电磁共振现象可能会为模拟纳米光子共振现象开辟实验机会。
电磁共振
要知道纳米光子共振的研究远远早于对这种现象的研究，而且近十多年来相关技术获得了很大的发展。最直接的应用包括“无源全向无线天线”的设计，或者“超分辨率微波激发和成像”。
微波电磁共振也将在未来提供一种进阶技术去指导科学家们进行新技术的研发。因为在现今的微芯片制造领域，光刻技术开始受到了阻碍，被光刻物体的尺寸要求越小就越难进行光刻。
芯片
如今发现的这种电磁共振现象表明，未来完全可能把电磁能量聚集得更小。就像葡萄之间的电磁效果一样，12厘米波长的电磁辐射被聚集到一点。
如果能把这种聚焦技术应用在光上面，就可以显著提高当前的光刻技术。这意味着光刻技术能够刻写更加细微的东西，可以用它来制造极其微小的图形或者芯片，比如2纳米之间刻出一个2纳米的点。
纳米技术
这甚至还给摩尔定律重新带来生命，以更小的空间去刻写更多的内容进去。当前的光刻技术几乎已经达到了一种极限。如果没有更好的办法去解决，在量子计算机问世以前，我们将很可能受限于长期的计算机微芯片限制。
科学就是这样神奇，很多时候，一些不经意的发现，如果我们能够对其进行仔细点研究。很有可能带来的是技术的进步，往往一个微小的细节便能决定成败。
科技让生活更美好
人类正是有这样一群科学家们，我们普通人才能够体验到更好的生活，充分享受科技给我们生活带来的便利。在21世纪这样一个变幻莫测的世界下，每天都会有新的科学发现。也许明天，也许明年，人类就可能进入到一次新的技术革命。
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