微波魔法 從廚房到宇宙探索 | 聯合早報

微波爐是現代廚房中極為常見的設備，它以極高效率加熱食物，為我們的日常生活帶來很大便利。然而，微波的作用遠不止於此。它不僅僅是廚房中的“魔法師”，更在通信、天文學和物理學等多個科學領域發揮着至關重要的作用。

2015年，天文學家們對一段長達17年的神秘電磁波信號百思不得其解，直到澳大利亞天文學研究生Emily Petroff提出一個大膽假設併成功驗證——原來這所謂的“外星訊號”竟是天文台微波爐使用時發出的！據説，她在新加坡轉機時，澳洲天文台的同事向她傳達了實驗驗證結果。這一事件表明，科學發現往往隱藏在最意想不到的細節之中。

微波是一種電磁波，介於無線電波和紅外線之間，波長範圍約為1毫米至1米。電磁波最早由19世紀英國物理學家麥克斯韋（James Clerk Maxwell）提出的電磁理論所預測。1887年，德國物理學家赫茲（Heinrich Rudolf Hertz）通過實驗成功驗證電磁波的存在，並測量了波長和頻率，為無線電通信奠定了基礎。

電磁波的範圍極廣，從波長最長的無線電波到波長最短的伽馬射線，而微波正好處於無線電波與紅外線之間。不同波長的微波在多個領域具有不同的應用。例如，釐米波被廣泛用於雷達、衞星通信和導航系統，而毫米波則應用於5G通信、天文觀測和高精度測量。

融化巧克力促成微波爐發明

1945年，美國工程師斯賓塞（Percy Lebaron Spencer）在研究雷達時，意外發現口袋中的巧克力因微波加熱而融化。

這一偶然發現促成微波爐的誕生。最初的微波爐體積龐大，價格昂貴，僅限於大型餐廳或實驗室使用。隨着技術的進步和製造成本的降低，微波爐才逐漸進入普通家庭。

微波爐的核心原理是利用磁控管（magnetron）產生特定頻率的微波，使食物中的水分子高速振動併產生熱量，從而實現食物加熱。

由於空氣中的氧氣和氮氣幾乎不吸收微波，因此微波爐不會直接加熱空氣。如今，微波爐不僅用於簡單加熱，還具備烘焙、解凍、殺菌等多種功能。隨着智能化技術的發展，現代微波爐還配備了傳感器和自動調節系統，使用更加便捷、精準。

利用微波揭開宇宙面紗

科學家利用微波探索宇宙，其中最著名的發現之一是宇宙微波背景輻射（Cosmic Microwave Background, CMB）。CMB是宇宙大爆炸留下的“餘温”，它是研究宇宙起源和演化的重要線索。

1964年，美國天文學家彭齊亞斯（Arno Allan Penzias）和威爾遜（Robert Woodrow Wilson）在研究通信信號時，意外發現這種來自宇宙深處的微波信號，最終確認為宇宙大爆炸的殘餘輻射。1978年，他們因這一發現榮獲諾貝爾物理學獎。

諾貝爾物理學獎得主美國天文學家彭齊亞斯（右）和威爾遜，站在他們探測宇宙微波信號的天線旁。（互聯網）

CMB信號均勻地分佈於整個宇宙，通過測量其微小的温度變化，科學家可以推測宇宙的年齡、結構及未來演化方向。近年來，天文學家利用微波技術深入研究星系、黑洞以及星際塵埃，一層層掀開宇宙的神秘面紗。

微波在通信和科技中的應用

微波技術在現代通信和科學研究中發揮着關鍵作用。例如，微波被用於無線數據傳輸，如Wi-Fi和移動通信，使我們能夠隨時隨地上網。此外，微波能穿透大氣層，廣泛用於全球衞星信號傳輸。全球定位系統（GPS）依賴微波信號提供精準導航，而原子鐘則利用微波振盪確保全球時間同步。

隨着科技進步，微波技術正在不斷拓展新的應用領域。例如，5G和未來的6G網絡將利用更高頻率的微波（毫米波）提供更快網絡速度。此外，微波傳感技術正在升級，使其可用於更精確的醫療檢測和自動駕駛技術。

科學家正在研究如何利用微波進行“無線能量傳輸”，這項技術可能會徹底改變未來的能源供應模式。例如，太空太陽能發電站（Space-based Solar Power）可在地球同步軌道上收集太陽能，通過微波將能量傳輸至地球。

此外，微波無線充電技術也在快速發展。例如，一些公司正在研究如何通過微波信號為無人機、智能手機甚至電動車充電。如果這一技術成熟，未來我們的電子設備將不再依賴傳統電池充電，而是可以隨時隨地通過微波獲取能量。

微波不僅讓我們的廚房更加便捷，還助力人類探索宇宙、發展通信技術，並推動科學研究。從加熱食物到解鎖宇宙奧秘，微波的影響無處不在。下次使用微波爐時，不妨想想，這股無形的能量究竟有多神奇！