最诡异的加热效果——微波加热，冷热交错

摘要：你刚刚精心准备了一周的美食，香气四溢，但一想到下一顿只能靠微波炉加热，心里就隐隐泛起失落。我们都经历过：看似熟透的饭菜，一口下去却冷热交错，仿佛舌头同时探进冰窖和熔炉。这种诡异的加热效果，与我们熟悉的明火或电炉完全不同。传统烹饪靠的是炙热表面传导热量，而微波炉

你刚刚精心准备了一周的美食，香气四溢，但一想到下一顿只能靠微波炉加热，心里就隐隐泛起失落。我们都经历过：看似熟透的饭菜，一口下去却冷热交错，仿佛舌头同时探进冰窖和熔炉。这种诡异的加热效果，与我们熟悉的明火或电炉完全不同。传统烹饪靠的是炙热表面传导热量，而微波炉却似乎跳过了这一切。那么，它究竟是如何把热量“灌”进食物的？

答案是，微波炉本质上是用光而非热量来“烹饪”你的食物。没错，就是光！不过，我不是建议你下次解冻食物时拿手电筒照着，那可不管用。奥秘在于我们使用的光的类型。

光是一种电磁波，由快速变化的电场构成，电场又生成磁场，磁场再生成电场——从而让波在空间中传播。任何波最重要的特性是波长，比如海浪的波长是指两个连续波峰之间的距离。

可见光的波长大约是人类头发宽度的百分之一，而微波的波长则大得多，通常为12厘米或5英寸。我们的眼睛无法感知这种光，所以它对我们来说是隐形的。但想想也挺有趣，如果我们能看见微波在空气中舞动，甚至可以用家里的尺子量出它们的尺寸。

波长之所以重要，是因为波长越短，光的能量越高。想象一下：如果波长更短，同样的空间里就能容纳更多上下振动的波次，储存的能量也就更多。

但是，这不意味着微波的能量比可见光低得多吗？毕竟它们的波长大得多。如果我用手电筒照食物都无法烹饪，能量比可见光低25万倍的微波又怎么可能加热食物？难怪微波炉里的食物会冻得让人牙齿打颤——微波到底是怎么加热的？

要弄清微波烹饪的原理，我们需要了解这种光是如何与食物互动的。食物中的许多分子属于“偶极子”，即分子一侧带轻微正电荷，另一侧带轻微负电荷。以水分子为例，食物中几乎无处不在：

氧原子对电子吸引力更强，因此电子更倾向于围绕氧原子，形成氧侧的（部分）负电荷。

不仅限于水分子，许多脂肪、糖类和蛋白质分子也是偶极子。而微波炉的运作恰恰依赖这些分子：当微波光靠近偶极子时，偶极子会感受到光的电场，并试图与之对齐，即正电侧指向电场的负极，负电侧指向正极。

这就像磁铁的原理：假设我把一个指南针放在桌上，然后拿来一块强磁铁，指南针的指针（实际上是磁南极）会转向磁铁的磁北极。

就算偶极子与电场对齐了，这又怎么能烹饪食物呢？我吃东西时既感觉不到分子是怎么排列的，也不在乎这个。

关键在于微波在炉内的行为：微波从右侧发出，穿过内部后撞到左侧金属壁，反射后又朝右侧移动。与此同时，炉子又从右侧发出新的波。

这样，左右两侧的波同时存在，且波长完全相同。这些波重叠并相互作用，形成所谓的“驻波”：

微波炉中的驻波必然存在一些光强为零的点（标为黄色），这些点不会被加热。

之所以叫驻波，是因为它看似不移动。黄色点完全静止不动，而波的其他部分只在原地上下振动，就像两端被固定的跳绳。

这种快速的上下振动是加热食物的关键：每次方向改变，食物中的偶极子都会重新对齐。注意，这种对齐每秒发生约25亿次，比我用磁铁翻转指南针快得多。

当微波迫使分子快速旋转和翻转时，它们会撞击旁边的分子，这些碰撞使周围分子运动加快。由于温度是材料中分子平均运动速度的体现，通过让分子更剧烈地“舞蹈”，我们就能加热食物。

再看动画，你会发现加热食物可能出错的第一点：黄色点没有接收到能量，因此保持低温。你可以在家验证这一点，拿一盘碎奶酪放入微波炉，确保盘子不旋转，加热几秒后，你会发现有些奶酪融化了，有些地方却毫无变化。

如果你测量两个融化点（或两个未融化点）之间的距离，大约是6厘米，正好是微波波长的一半。通常的解决办法是让食物持续旋转，确保大部分区域都能接触到变化的电场，从而被加热。

为什么手电筒不能烹饪食物，而微波炉可以？最重要的因素是光的总量。确实，单个微波光子的能量低于可见光光子，但我们可以通过发射更多的微波光子来弥补这一点。

普通手电筒的功率大约是3瓦，而微波炉的功率高达1200瓦。如果用1200瓦的可见光照射你的炒菜，绝对会让它迅速升温。但关键区别在于，大部分热量会集中在食物外层，很快把鸡肉或豆腐烤焦。这就像你晒太阳时，皮肤会晒伤，但内脏不会，因为光在几毫米后就被吸收了。

而微波光能深入食物几厘米（约一英寸），这使得它更适合均匀加热食物，也是我们选择这种波长的原因。但即使是微波，也无法直接加热更深层的食物。这些部分只能通过已被微波加热的部分间接传热。因此，尽量把食物摊开，让每一部分都能被微波触及。

另一个有用的知识是，两个物体之间的温差越大，热量传递越快。这就是为什么刚煮好的咖啡从90°C降到60°C很快，但从60°C降到30°C却要花更长时间——初始温差更大。

这意味着，如果食物加热不均，只需静置一两分钟，就能让最严重的加热失误得到缓解。如果在加热过程中暂停一次搅拌食物，还能进一步均匀热量。

不幸的是，加热不均还有第三个原因：水是极佳的偶极子，在微波中加热很快，因此食物的加热速度取决于其含水量。蔬菜、汤类和饮料加热很快，而干面包或高脂肪食物如黄油则需要更多时间。因此，尽量将成分相似的食物一起加热：别把干面包紧挨着汤，因为它们的加热时间不同。

最棘手的莫过于深度冷冻的食物。因为在冰中，水分子被晶格结构限制，运动受限。如果把两块冰块和等重的液态水一起放进微波炉，液态水会先沸腾，而冰块甚至还没融化，尽管液态水需要升温80°C，而冰块只需几度。一旦冻结部分变成液体，它会迅速吸收微波并加热，而仍冻结的部分却毫无进展。

现在我们知道了解决食物加热不均的几种方法，接下来是“千万别在家尝试”的部分。你可能听说过不要把金属放进微波炉。这有一定道理，但不完全正确。想想看，微波炉本身就是金属做的，因为金属能反射微波，形成我们之前提到的驻波。

问题在于，你可能无意中制造了一个微波辐射的“天线”，比如把叉子（或任何尖锐金属物体）放进去。叉子的不同部分会感受到强烈的电场差异，电子会从一端跳到另一端，形成类似闪电的电弧。虽然这场景很美，但也很容易在微波炉里引发火灾。说到加热不均，恐怕没有比直接把食物点燃更糟的了……（不过一旦全烧成灰，技术上也算均匀加热了）。

那么，微波会直接伤害人体吗？答案是肯定的：微波擅长加热含水（或其他偶极子分子）的物体，而人体大部分是水，所以理论上它也能把你加热到与生命不相容的温度，前提是你疯狂到把头伸进去。幸好，微波炉有安全机制，确保门没关好时无法启动，这可能是我至今没听说谁被微波“烤伤”的原因。不过，这听起来倒是个比普通晒伤更刺激的替代品。

最后，我想让你思考一件事：微波光不仅存在于你家厨房，而是遍布整个宇宙。如果你用望远镜捕捉这种光，你会探测到所谓的“宇宙微波背景辐射”，堪称宇宙的婴儿照：