厨房除了做饭还能做……

　　GEEK作为一个有着奇异脑回路的物种，如果在自家厨房只知道摆弄柴米油盐酱醋茶显然是不太体面的。厨房其实除了做饭之外还能做个高级的物理实验—测量光速。不要被传统的思维定式所牵累，测量光速不是非要有高科技设备的大型实验室，在厨房就可以了。不要以为咱在忽悠你，我们没有开玩笑，严肃着呢。

　　Q1 如何测试光速？

　　不要以为测试光速就一定要利用经典的υ=s/t公式（其中υ表示速度，s表示位移，t表示时间）。用这个来测量车辆、飞机等看得见、摸得着的玩意的速度来说，没有什么问题。但对于光这种特殊的东东，别忘记还有另外一个速度公式：υ=f.λ（其中υ表示速度，f表示频率，λ表示波长）。因此，只要找到光波的频率和波长，自然可以测算出光的速度。

　　Q2 为什么选择厨房？

　　不要奇怪，为什么要选择厨房做实验？这是因为厨房除了有可以发射电磁波重要设备—微波炉外，还有糖果、鸡蛋之类的实验材料。用这些东东，我们就有办法测出电磁波的波长。

　　在这里肯定有人有疑问：前面一直说的测量光的速度，怎么一下变成测量电磁波的速度了，难道我们在说胡话？

　　这可不是咱的笔误，别忘了光实际上也是一种电磁波。在同种介质中，光和电磁波的传播速度是一样的。因此，我们只要测量到电磁波的速度就是测出光的速度了。

　　Q3 电磁波、可见光与微波有何关系？

　　人的眼睛是一种可以接收电磁波的特殊设备，但只能接收波长在400nm～700nm之间的电磁波，即大家可以看到的光。当然，人有不同，眼睛接收电磁波的范围也不同，有的人就能够接收380nm～780nm的电磁波。有意思的是，正常视力的人眼对波长约为555nm的电磁波（绿色光）最为敏感。知道人类为什么天生就喜欢亲近绿色的大自然了吧。除了可见光，无线电、微波、红外线，紫外线、X光、伽玛射线等都是电磁波。因此，在同一介质中，他们拥有同样的传播速度。

　　P.S.微波如何工作？

　　微波炉最重要的一个元件就是磁控管。这个元件可以将电能转化为能量比无线电波大得多的微波。微波还很有“个性”：碰到金属就发生反射；可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料（含有无极性分子的物质），且微波携带的能量不会消耗；无法穿过水、脂肪、蛋白质、糖等有极性分子的物质，微波携带的能量会被吸收。为了不干扰其他无线通讯设备，国际上将微波炉发射微波的频率设定为2.45GHz（频率跟现在的CPU差不多）。也就是说，微波炉发射的微波每秒要振荡24.5亿次，放在微波炉的物质中的极性分子也会在微波的影响下进行每秒24.5亿次的振荡运动。如此剧烈的运动，分子之间的摩擦也异常剧烈，从而在物质内部产生大量的热。由于热量是从物质内部产生的，所以微波炉的热转换效率在80%以上，烹饪速度比其他炉灶快4倍～10倍，是其他各种炉灶无法与之相比的。

　　什么是驻波？

　　驻波（Standing Wave）由两个振幅、波长、周期皆相同的正弦波相向行进干涉而成的合成波。驻波上的每个质点都作简谐振动，各质点振荡的幅度不相等，振幅为零的点被称为节点或波节（Node），振幅最大的点位于两节点之间，被称为腹点或波腹（Antinode）。由于节点静止不动，所以波形没有传播，也就不能传播能量。驻波的能量只能以动能和位能的形式交换储存。

　　在这里，肯定会有朋友认为前面说的微波炉加热原理似乎与我们测量微波的波长没有关系，其实不然，请大家耐心看下去。正是由于微波炉的这种特殊的加热原理，让我们找到了测量电磁波波长的有效办法。

　　为什么每个微波炉里面都有转盘？其实转盘的作用是让食物加热更均匀。但大家有没有仔细想过，这说明了什么问题。实际上，这说明微波炉内部各个位置的温度并不相同，在一些固定位置存在着温度较高的“热点（Hot Spot）”。微波炉工作的时候，磁控管向四面八方发射微波。由于微波炉是一个密闭的空间，微波碰到微波炉的金属内壁会反射，并产生方向相反的波。反射的波与原来的波叠加形成驻波（由于驻波的形成有条件限制，所以不是每个方向都能形成驻波）。如果将微波炉的底部看作只有X轴和Y轴的二维平面，由X和Y轴发出的电磁波会形成驻波，两个轴的驻波再次叠加，就形成国际象棋棋盘那样的图案。由图可见，在振幅最大位置（波腹），物质中极性分子受到影响最大，加热效果就越明显，该位置便是微波炉中的“热点”。

　　根据驻波的形成原理，我们可以将驻波想像成一个单周期的Y=SinX标注曲线，波腹（热点）分别位于此曲线的最高点和最低点，而波节位于X轴上。由此，可以知道微波炉中两个热点的距离就是微波波长的一半。我们只要测出热点的距离，就是可以计算出电磁波（光）的速度。

　　Q4 该怎么做？

　　知道了原理，实验步骤就明晰了。只要打开微波炉，在厨房中选择一种加热后会熔化或者凝固的食物（比如巧克力、糖果、鸡蛋等），平铺在陶瓷盘子中，丢进微波炉。在30秒的高火微波之后，就可以根据食物的受热变型情况找到热点。当然，别忘记先把微波炉中负责旋转的垫圈等装置取来，因为需要将食物静止在微波炉中，才能找到热点，如果让食物旋转均匀加热，我们前期的努力都白费了。经过无数次的实验，我们发现鸡蛋清是最好的测试材料，最容易找到热点，巧克力和棉花糖也还不错，这个可以根据自家厨房实际备货来决定。

　　找到热点后，用尺子测量出相邻两个热点的距离（我们测量的结果为61mm）。然后将这个数字乘以2，就得到了电磁波的波长为122mm（不知道为什么要乘以2的朋友，再看看前面讲述驻波的原理部分）。最后，套用公式υ=f.λ，用0.122m乘以2450000000Hz（如果你家的微波炉符合国家标准，那么频率就是2.45GHz）就可以得到电磁波速度为298900000m/s，跟目前国际上公布的光速（299792458m/s）只有不到3%的误差。在厨房这样简陋的实验环境下，能有这样的水平已经很不错了。

　　文、图/恐龙组合

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