微波魔法 从厨房到宇宙探索 | 联合早报

微波炉是现代厨房中极为常见的设备，它以极高效率加热食物，为我们的日常生活带来很大便利。然而，微波的作用远不止于此。它不仅仅是厨房中的“魔法师”，更在通信、天文学和物理学等多个科学领域发挥着至关重要的作用。

2015年，天文学家们对一段长达17年的神秘电磁波信号百思不得其解，直到澳大利亚天文学研究生Emily Petroff提出一个大胆假设并成功验证——原来这所谓的“外星讯号”竟是天文台微波炉使用时发出的！据说，她在新加坡转机时，澳洲天文台的同事向她传达了实验验证结果。这一事件表明，科学发现往往隐藏在最意想不到的细节之中。

微波是一种电磁波，介于无线电波和红外线之间，波长范围约为1毫米至1米。电磁波最早由19世纪英国物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）提出的电磁理论所预测。1887年，德国物理学家赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）通过实验成功验证电磁波的存在，并测量了波长和频率，为无线电通信奠定了基础。

电磁波的范围极广，从波长最长的无线电波到波长最短的伽马射线，而微波正好处于无线电波与红外线之间。不同波长的微波在多个领域具有不同的应用。例如，厘米波被广泛用于雷达、卫星通信和导航系统，而毫米波则应用于5G通信、天文观测和高精度测量。

融化巧克力促成微波炉发明

1945年，美国工程师斯宾塞（Percy Lebaron Spencer）在研究雷达时，意外发现口袋中的巧克力因微波加热而融化。

这一偶然发现促成微波炉的诞生。最初的微波炉体积庞大，价格昂贵，仅限于大型餐厅或实验室使用。随着技术的进步和制造成本的降低，微波炉才逐渐进入普通家庭。

微波炉的核心原理是利用磁控管（magnetron）产生特定频率的微波，使食物中的水分子高速振动并产生热量，从而实现食物加热。

由于空气中的氧气和氮气几乎不吸收微波，因此微波炉不会直接加热空气。如今，微波炉不仅用于简单加热，还具备烘焙、解冻、杀菌等多种功能。随着智能化技术的发展，现代微波炉还配备了传感器和自动调节系统，使用更加便捷、精准。

利用微波揭开宇宙面纱

科学家利用微波探索宇宙，其中最著名的发现之一是宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background, CMB）。CMB是宇宙大爆炸留下的“余温”，它是研究宇宙起源和演化的重要线索。

1964年，美国天文学家彭齐亚斯（Arno Allan Penzias）和威尔逊（Robert Woodrow Wilson）在研究通信信号时，意外发现这种来自宇宙深处的微波信号，最终确认为宇宙大爆炸的残余辐射。1978年，他们因这一发现荣获诺贝尔物理学奖。

诺贝尔物理学奖得主美国天文学家彭齐亚斯（右）和威尔逊，站在他们探测宇宙微波信号的天线旁。（互联网）

CMB信号均匀地分布于整个宇宙，通过测量其微小的温度变化，科学家可以推测宇宙的年龄、结构及未来演化方向。近年来，天文学家利用微波技术深入研究星系、黑洞以及星际尘埃，一层层掀开宇宙的神秘面纱。

微波在通信和科技中的应用

微波技术在现代通信和科学研究中发挥着关键作用。例如，微波被用于无线数据传输，如Wi-Fi和移动通信，使我们能够随时随地上网。此外，微波能穿透大气层，广泛用于全球卫星信号传输。全球定位系统（GPS）依赖微波信号提供精准导航，而原子钟则利用微波振荡确保全球时间同步。

随着科技进步，微波技术正在不断拓展新的应用领域。例如，5G和未来的6G网络将利用更高频率的微波（毫米波）提供更快网络速度。此外，微波传感技术正在升级，使其可用于更精确的医疗检测和自动驾驶技术。

科学家正在研究如何利用微波进行“无线能量传输”，这项技术可能会彻底改变未来的能源供应模式。例如，太空太阳能发电站（Space-based Solar Power）可在地球同步轨道上收集太阳能，通过微波将能量传输至地球。

此外，微波无线充电技术也在快速发展。例如，一些公司正在研究如何通过微波信号为无人机、智能手机甚至电动车充电。如果这一技术成熟，未来我们的电子设备将不再依赖传统电池充电，而是可以随时随地通过微波获取能量。

微波不仅让我们的厨房更加便捷，还助力人类探索宇宙、发展通信技术，并推动科学研究。从加热食物到解锁宇宙奥秘，微波的影响无处不在。下次使用微波炉时，不妨想想，这股无形的能量究竟有多神奇！