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微波爐加熱食物會產生危害嗎?

果殼網_96
・2015/03/03 ・2387字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 479 ・五年級

microwave2

文/雲無心

一篇題為〈請立即停止使用微波爐加熱或烹煮的食物〉的文章又在網上傳開了。什麼微波加熱的食物會產生致癌物質呀、食物的營養價值會流失呀、微波輻射損傷大腦呀,這樣的說法大有死灰復燃東山再起之勢。本文從微波爐為什麼能加熱食物入手,來介紹微波爐的特點,並解析關於微波爐危害的那些謠言。

一、 微波爐為什麼能加熱食物

讓我們從水說起。水分子是由一個氧原子兩個氫原子構成的,氧原子對電子的吸引力很強,所以水分子中的電子比較集中在氧原子那一頭,相應的氫原子那頭就少一些。整體來看,水分子就有一頭帶著正電,另一頭帶著負電。在化學上,這樣的分子就被叫做「極性分子」。

在通常的水裡,水分子是雜亂無章地排列的,正電負電衝哪個方向的都有。當水處在​​電場中的時候,正電的那頭就會轉向電場的負極,而帶負電那頭會轉向電場的正極——所謂的「異性相吸,同性相斥」。

如果是一個靜止的電場,水分子們排好隊也就安靜下來了。如果電場在不停地轉,那麼水分子就會跟著轉,試圖和電場保持同一方向的隊型。如果電場轉得很快,那麼水分子們也就轉得很快——類似摩擦生熱,水的溫度就升高了。

電磁波就相當於這樣一種旋轉的電場。用在微波爐上的電磁波每秒鐘要轉二十幾億圈,水分子們以這樣的速度跟著轉,自然也就「渾身發熱」,溫度在短時間內就急劇升高了。一旦微波停止,旋轉電場消失了,水分子們也就安靜下來,它們的世界也就恢復清靜了。在這個過程中,水分子本身並沒有被微波改變。

不僅是水,其它極性分子也都可以被微波加熱。通常的食物中都含有水和其它極性分子,所以在微波作用下可以被迅速加熱。而非極性的分子,比如空氣,以及某些容器,就不會被加熱。我們平常熱完食物後覺得容器也熱了,往往是被高溫的食物給「燙」熱的。

微波爐1

二、 微波加熱,致癌嗎?

因為微波是一種輻射,所以許多人自然而然地認為它會致癌。微波是一種電磁波,跟收音機、電報所用的電波、紅外線、以及可見光本質上是同樣的東西。它們的差別只在於頻率的不同。微波的頻率比電波高,比紅外線和可見光低。電波和可見光不會致癌,自然也就不難理解頻率介於它們之間的微波也不會致癌。其實, 這裡所說的「輻射」,只是指微波的能量可以發射出去,跟X光以及放射性同位素產生的輻射是不一樣的。X光雖然也是電磁波,但是其頻率比微波高得太多,因而能量也高,而放射性同位素在衰變過程中會放射出粒子,所以它們能讓生物體產生癌變。

微波不會對人致癌,也不會讓食物產生致癌物質。甚至,它還有助於避免致癌物的產生。對於魚、肉等食物來說,傳統加熱尤其是燒烤炸等方式容易導致肉變焦,從而產生一些致癌物。2004年發表的一篇科學綜述介紹了這類致癌物的產生以及致癌性,最後指出:用微波爐加熱可以有效降低這類致癌物的產生。

三、 微波爐,安全嗎?

太陽光是比微波更高能的電磁波。太陽光,安全嗎?

微波的安全性跟太陽光一樣——是否傷害人體取決於能量的強弱。和煦的陽光讓人舒爽,烈日暴晒則可以造成嚴重的皮膚灼傷。微波也是如此——既然能夠加熱食物,自然也能加熱人體。問題的關鍵在於:到達人體的微波還有多少能量?

科學家們已經為我們作了大量的研究,找到了對人體產生傷害的最小微波功率。完好的微波爐,洩漏的微波功率距離傷害人體的強度還很遙遠——美國的規定是,在距離微波爐大約5厘米的地方,每平方厘米的功率不超過5毫瓦;而中國的標準更加嚴格,是1毫瓦。而且,微波的能量是按照距離的平方減弱的。也就是說,如果5厘米處是1毫瓦,50厘米處就降低到了百分之一毫瓦,更是「人畜無害」了。

所以,對於微波爐來說,只要是合格產品,使用中沒有損壞,就不會洩漏出能夠傷害人體的微波來。

微波爐使用中的另一個安全疑慮是塑料容器釋放的有害物質。的確,有些塑料在受熱的時候可能會釋放出一些有害的成分來。FDA測定了各種塑料容器在正常微波爐加熱中可能釋放到食物中的有害物質的量,要求這個量低於動物實驗確定的有害劑量的百分之一甚至千分之一,才可以標註為「可微波加熱」。所以,對於那些合格的「可微波加熱」的塑料容器,是相當安全的。當然,如果還是不放心,或者不相信廠家的標註名副其實,使用陶瓷或者玻璃容器也就心安了。

四、 微波安全事故從何而來

煎炒烹炸涮,這些傳統的加熱方式安不安全?至少,因為做飯,有人被燙了,有地方著火了……。

美國的FDA(食品藥品管理局)說,接到了許多因為使用微波爐而「受傷」的報告。不過,這些「事故」都跟微波爐本身無關,而是不當使用造成的。只要了解並避免錯誤使用微波爐,就不會有事故發生了。以下是最常見的兩類事故:

1、液體過熱。傳統燒水的時候水會流動,到了沸點就「開」了。而微波加熱水不流動,只是溫度升高,有可能超過了沸點還「不開」。但是這個時候的水溫度已經非常高了,只要有一點擾動,就會猛烈沸騰。如果這個擾動是你去拿水的時候產生的,那麼就會被燙得比開水還厲害。越乾淨的容器,越乾淨的水,就越容易發生這樣的事故。所以,為了安全,最好不要「以身試法」,去體驗過熱水的「過熱」。其它的液體,比如牛奶、湯等,因為其中有別的成分不容易過熱,但是長時間加熱也很容易「暴沸」而衝出容器。不是不能用微波爐來加熱這些東西,而是要算好加熱時間。

2、雞蛋爆炸。微波爐不能加熱雞蛋,大概是一個常識了。雞蛋爆炸的原因有點類似於水的「暴沸」。雞蛋內部過熱,壓力很大,受到到外界干擾,壓力釋放,於是雞蛋就暴了。如果爆炸發生在雞蛋進嘴的時候,大概就相當於在嘴裡放鞭炮了。

結論:謠言粉碎。總的來說,關於微波爐「致癌」「產生有害物質」的說法都是謠傳。雖然微波爐難以幫助我們做出很美味的食物,但是它所帶來的方便、快捷,是它的巨大優勢。對於老人和孩子來說,用微波爐來熱菜熱飯,也要比電爐或者煤氣要安全多了。

本文轉載自果殼網

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什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3033字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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