作为超级赖床的人，我每天早上对付早餐的方式是睡眼惺忪地把一堆牛奶包子放进微波炉里面叮两分钟，然后就着热气腾腾的早饭开始一天的学习和工作。
微波炉加热食物方便快捷，无疑是起床困难户和炸厨房选手的福音。当然，使用微波炉同时也有很多注意事项。如果尝试用微波炉加热鸡蛋，你会收获一个灾难的早晨和宛如爆破现场的厨房。
如果你觉得使用不当最多只会损坏微波炉，那就大错特错了。错误使用微波炉还有更危险的情形，比如如果你用微波炉加热两枚紧挨在一起的葡萄，8秒内便会形成高温等离子体，喷出炽热的火焰，甚至有可能烧掉你家的房子。
△ 微波炉加热两个紧挨在一起的葡萄实验
不能微波加热的东西还有很多，比如金属制品、塑料袋、纸张、封闭容器等等。这是为什么呢？在一节物理课的直播中，搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官张朝阳博士科普了答案。他先从摆钟运动讲起，然后解释微波炉加热背后的物理原理，并用推导公式演算来解释上述疑问。
其实，很多有意思的生活现象背后，都蕴含着相同的物理原理。将看似互不相关的生活现象建立起联系，这是属于物理学的魅力时刻。
01 从摆钟运动说起 我们以微波炉加热现象为例，看看它是如何和高层建筑防震装置联系起来的，背后又有什么共同的物理原理。要想解释其中的关系，我们得跟着张朝阳在课中的思路，也从摆钟运动说起。 作为早期的计时仪器，摆钟是单摆的实用进化版。大约四百年前，荷兰人惠更斯利用单摆的等时性，得出了单摆摆动一个周期的计算公式，并制作出了世界上的第一个摆钟。单摆的等时性，简单地来理解就是：如果忽略摩擦和阻力，那么一个秋千的摆动是周期性的，而且摆动一个来回的时间是固定的。 △ 摆钟运动 秋千的运动接近一个波的形状，这个波被称之为简谐波。简谐波是一种具有周期性的波，代表振动的周期性传播。我们生活中常见的波有水波、声波和电磁波。 由于波具有反射、折射、叠加、干涉、衍射等特性，不同周期的波表现出来的性质也不一样。以电磁波为例，电磁波是互相垂直的电场和磁场相互激发，在空间传播信息和能量的波。我们生活中的所有的光都是电磁波，此外，手机的5G信号、烤箱的红外线、杀毒消菌的紫外线也都是电磁波。它们的主要区别是频率（或波长）不同。 微波也是电磁波的一种，它的频率在300MHz 到 300GHz之间。我们开头讲到的微波炉的微波频率多为2.45 GHz，代表微波1秒振动24.5亿次。这些波传播到食物内部，与食物中的分子作用，从而可以快速加热食物。 当然，微波并不是和所有的食物分子都可以发生相互作用，只对食物中一些极性分子作用比较明显，比如水分子。水分子整体不带电，但它的正负电荷中心不重合，因此是一种极性分子。在微波炉周期变化的电磁场中，水分子随着磁场的变化来回“摇摆”，并通过分子间的作用影响周围分子振动。我们知道，分子的振动就是内能，所以分子振动就会增加食物的能量，进而可以加热食物。 △ 微波炉通过分子振动加热食物 但微波炉加热是不均匀的，总存在一些特别热的“热点”。微波波长、食物形状等都会影响“热点”的具体位置。开头提到的不能用微波炉加热鸡蛋，就是因为鸡蛋的热点在内部，内部过热后就容易产生爆炸。 我们再来看看为什么不能用微波炉来加热两枚挨在一起的葡萄。微波在葡萄内部传播的波长约为1.4厘米，接近于一个葡萄的直径，因此微波会在葡萄内不断反射，形成共振。如果两个葡萄挨得比较近，葡萄间的电磁场会相互作用，将葡萄中的离子电离，在激发出等离子体的同时击穿空气，形成放出耀眼光芒的电火花。 我们知道了微波炉原理是通过波的共振释放能量从而实现加热，那你有没有想过，如果波的共振将能量释放在了错误的地方，那会造成什么后果？ 张朝阳在直播课中举了一个例子。如果一队士兵齐步走通过一座坚固的大桥，当队伍行至中间时，大桥却有可能在瞬间崩塌。因为虽然士兵的总重量不足以对大桥造成威胁，但当士兵的踏步频率与桥梁的固有频率相同时，共振现象导致桥梁受迫振动，其巨大的振幅产生的动能超过了桥梁本身可承受的最大值，从而导致桥梁断裂。 △ 士兵踏步过桥有可能使桥梁断裂 同理，木秀于林，风必摧之。当风的频率与高层建筑摆动的频率趋于一致时，就会引发共振现象，严重时极有可能导致整栋建筑轰然倒塌。 调谐质量阻尼器（TMD）是减缓高楼晃动的常见办法。这种阻尼器和摆钟运动类似，当风吹动建筑时，建筑会来回摇晃。建筑内部的阻尼器上端会随着建筑运动，下端的球形配重做受迫振动。在这个过程中，球形配重和建筑之间的液压缸会将动能转化为热能释放出来，从而释放出整个大楼的动能，维持大楼的稳定性。 我们因此可以看到，看似毫不相关的微波炉和高层建筑之间，也存在着波的共振的物理学原理。物理学的神奇之处就在于此：通过简单的理论和方程，便可以解释宇宙中的所有现象。 02 做科普，学霍金 科学家是发现并揭秘这些原理的人，而科普的作用就是用公众易于理解、接受和参与的方式，将这些原理广泛传播。在本质上，科普是社会大众层面对科学技术的学习，普及的是一种科学文化。 现代世界最著名的科普作者莫过于英国著名物理学家史蒂芬·霍金了。学术上，霍金已经是在引力和黑洞领域作出杰出贡献的学者，但他同时也积极投身到科普工作中，其科普代表作《时间简史》、《果壳中的宇宙》成为全世界最畅销的科普著作之列。 对于普通人而言，物理学是一门高深莫测的学科。而霍金正是通过科普写作的方式，向普通读者普及了黑洞、大爆炸、奇点等概念，引起了人们对现代理论物理学理论的兴趣。对于霍金而言，把艰深的物理学原理通过通熟易懂的方式传授给大众，让他成为了现代最“网红”的物理学家。 △ 霍金参演美剧《生活大爆炸》 而在更多时候，美国航天局（NASA）也是作为一个成功的科普机构被大家所熟知的。NASA向来重视向公众科普他们的工作。他们为每一个探测项目建立科普网站、成立科普团队、邀请公众参与科普活动，并在一些项目上向全世界开放。例如，2020年，NASA开展了一项名为“送名字上火星”活动，将每个申请人的名字用电子束刻在硅芯片上载到火星，吸引了全球各个国家人们的热情参与。 有人将NASA重视科普解读为其需要争取经费的努力，这种说法并非没有依据，但其中也折射出美国对科普工作的重视。美国的制度设计中有促使科学家向公众进行科普的激励机制，久而久之，一种崇尚科学文化的氛围在美国形成——最显而易见的成果，是令美国成为了全球科幻文化氛围最浓的国家。 中国的科幻文化虽然起步晚，但近几年《三体》、《流浪地球》等作品在大众范围内取得的成功，也让人们看到了中国科幻文化的成熟。这与近些年来国人对科学有了更多认知和兴趣，科普市场随之不断增大的事实相吻合。 《中国科普互联网数据报告2021》显示，2020年全国科普舆情信息总量为623万篇，比2019年提高近50%，反映出公众对5G、自动驾驶、AI等新技术背后的科学知识存在巨大的渴求。 △ 国内科普市场扩大，让孩子们有更多学习科学知识的机会 虽然科普在中国仍属于极其小众的存在，但令人欣喜的是，近年来网络技术的快速发展和迭代，使科研机构的科普形式变得更加多样，科普人员数量也不断扩充，涌现出一批批有影响力的科普机构和作者。 典型的如中科院物理所科普团队。他们用当下最流行的直播、短视频方式向公众解释物理学，打破了人们对传统科研机构“高高在上”的印象。出书、办科普教育活动、建科普基地是常规的科普操作，但他们想让科普变得更有趣、更好玩，这吸引了很多年轻人。 科普作家、《上帝会掷骰子吗?》作者曹天元很推崇霍金对科普的态度。霍金并不刻意与公众保持距离，他在《生活大爆炸》中出过镜，也为《辛普森一家》配过音。曹天元说，如果我们的科学家能有一部分像霍金那样“放得开”，中国的科普之路会顺畅很多。 03 科普，科学的目的 作为中国互联网行业首批创业者，张朝阳的麻省理工物理学博士学位往往会被大众所忽视。这次，他重回物理学本行讲起了课，一方面是因为重新拾起了对物理学的兴趣，另一方面也是为了做科普公益，激发科学学习的热潮。 移动互联网和5G时代的到来，大大降低了科普的可获得性，打开了科普的新局面。短视频、直播等新的媒介形式天然贴近于大众喜好，这也符合科普内容对于通熟易懂的要求。尤其是直播的方式，得以让观众与科普作者间的距离拉得更近，实时的互动更是让科普过程变得更加生动、有趣。 张朝阳在直播中放得很开。他频繁和观众互动，解答观众在弹幕中提出的问题，也提示观众跟随他同步计算；对于直播中网友的打赏，他也会和其他主播一样道谢；甚至他还在直播中发出邀请，邀请物理专业学生、教授和他线上连线，一起讨论物理学。 △ 《张朝阳的物理课》直播画面 讲到温度的话题时，他特地戴了一顶帽子，打扮成19世纪数学物理学家、“热力学之父”开尔文的样子。在介绍几期牛顿力学之后，他希望通过开尔文对于经典物理天空上漂浮着“两朵乌云”的表述，带领观众触摸量子力学的领域。 接下来的两期直播课里，张朝阳分别介绍了对经典物理学构成挑战的“两朵乌云”：以太漂移实验的否定结果、黑体辐射的紫外灾难。从牛顿力学讲到量子力学，知识逐渐从浅显循序渐进到深奥，展示出张朝阳物理直播课的清晰脉络。 虽然是一档从生活中的现象出发科普物理原理的直播节目，但张朝阳物理直播课的一大特色是，也很着重知识的教学推演，而非直接“喂”答案，以期望授人以渔，提升观众的科学素养。 这也是相比起网络视频科普，知识直播科普的优点所在：知识直播可以根据受众反馈，灵活地调整科普的内容，平衡的科普的广度和深度，是极有生命力的科普方式。让直播行业不仅仅只有娱乐秀场直播和带货，吸纳各行各业更多有一技之长的专业人士传播知识，是搜狐视频当下着重布局知识直播的愿望。 张朝阳希望，他的物理直播课可以打开观众的好奇心，让他们去了解世界的奥秘和人类在地球上生存的道理。这大概也是一代代科普人做科普的初心：自近代科学诞生以来，人类在短短几百年间沉淀了大量知识，它们需要被更多的人知道。 如果我们相信科学探索的出发点是为了人，那么科普就应该和科研成果应用一样，都是一切科学探索的目的。因为人不仅仅要活着，还要知道为何而活。
