How big is 微波波长?
10 milimetroj!
微波是无线电波谱中频率最高的部分，波长约为 1 毫米到 1 米。本站展示的微波波长为 1 厘米，是最短微波波长的 10 倍，是最长微波波长的百分之一，处于该波段偏短的一端。
波长
微波和光一样，都是电磁波，即电场和磁场能量在空间中一起传播形成的波。波长是相邻两个波峰之间的距离，频率则是每秒经过某一点的波峰数量，单位是赫兹。波长越短，频率就越高。
1 厘米微波的频率约为 30 吉赫兹，也就是说每秒约有 300 亿个波峰经过某一点。美国职业安全与健康管理局（OSHA）负责监管工作场所安全，该机构将微波定义为频率在 300 兆赫兹（每秒 3 亿个波峰）到 300 吉赫兹之间的电磁波。这些频率对应的波长为 1 米到 1 毫米。
负责协调全球无线电使用的国际电信联盟（ITU）按波长为无线电频段命名。它把 3–30 吉赫兹称为“厘米波”，把 30–300 吉赫兹称为“毫米波”。在 29.98 吉赫兹处，1 厘米波长正好处于厘米波段的最上端。
大小比较
- 两个 1 厘米微波首尾相连，长度会略微超过一枚美分硬币的宽度，美分硬币的直径是 19 毫米。
- 一颗标准玻璃弹珠直径约 1.6 厘米，宽度大约是这一波长的 1.6 倍。
- 微波炉所用的微波波长约为 12 厘米，是这里所说波长的 12 倍。
- 可见光中波长最长的红光，波长约为 700 纳米。纳米是十亿分之一米，因此 1 厘米微波的波长大约是红光波长的 1.4 万倍。
微波的用途
微波炉用一种叫磁控管的电子管产生微波。这些波会被炉腔的金属壁反射，也能穿过玻璃、纸和塑料，但会被食物吸收。它们使食物中的水分子振动，这种振动产生的热量把食物加热。
微波还用于传输电话和电视信号，交通雷达也用它测定超速车辆的速度。多普勒天气雷达用微波跟踪风暴，大多数通信卫星也用微波向地面发送信号。在航天通信中，频率为 27.5–30 吉赫兹、波长为 1.0–1.1 厘米的微波被称为“30 吉赫兹频段”。
来自早期宇宙的微波
1965 年，贝尔电话实验室的阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）在新泽西州霍姆德尔用一台 6 米长的喇叭天线测量射电噪声。他们在波长 7.35 厘米处（大约是本站所示波长的 7 倍）探测到一种无法解释的额外噪声，这种噪声在天空中各个方向上强度相同。
普林斯顿大学的物理学家在同期发表的一篇论文中给出了解释：这种噪声就是宇宙微波背景辐射——宇宙大约 38 万岁时释放出的光，如今充满整个宇宙。彭齐亚斯和威尔逊因“发现宇宙微波背景辐射”共同获得 1978 年诺贝尔物理学奖。
参考资料
- Microwaves. NASA Science, 2023.
- Anatomy of an Electromagnetic Wave. NASA Science, 2023.
- What are the Energy Range Definitions for the Various Types of Electromagnetic Radiation?. NASA High Energy Astrophysics Science Archive Research Center, 2021.
- Visible Light. NASA Science, 2023.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
- Radiofrequency and Microwave Radiation. Occupational Safety and Health Administration.
- Recommendation ITU-R V.431-8: Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications. International Telecommunication Union, 2015.
- Microwave Oven Radiation. US Food and Drug Administration, 2023.
- Coin Specifications. United States Mint, 2026.
- Tournament Rules. National Marbles Tournament.
- A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s. Penzias and Wilson, The Astrophysical Journal, 1965.
- The Nobel Prize in Physics 1978. Nobel Prize Outreach.