買來的鴨肉閃閃發(fā)光？究竟是餓到發(fā)昏，還是鴨子“成精”？

“美好的一天又要結(jié)束了，明天周末放假，今晚得吃點好的”，我一邊整理著桌面，一邊在心里盤算著等會買點什么。決定了，今晚要吃來自四川樂山的著名美食——甜皮鴨！

下班、去市場、買甜皮鴨、回家一氣呵成。正當我美滋滋地打開包裝盒的時候，奇怪的事情發(fā)生了，這只鴨子怎么閃閃發(fā)光？難道是我太餓了已經(jīng)看不清楚了？

鴨肉在不同角度下呈現(xiàn)彩色金屬光澤，圖片來源：作者拍攝

經(jīng)過仔細的觀察，我發(fā)現(xiàn)金屬光澤只發(fā)生在肌肉敦實的地方，在骨頭、白色的脂肪層和表皮并沒有觀察到這個現(xiàn)象。因此，經(jīng)過合理的推測，這應(yīng)該與光和肌肉的相互作用有關(guān)系。欲知詳情如何,且聽我慢慢道來。

肌肉的結(jié)構(gòu)

以骨骼肌為例，骨骼肌纖維即為肌肉細胞，呈細長形狀并且是多核細胞。骨骼肌由肌纖維束構(gòu)成，肌纖維束由肌細胞組成，肌細胞含有多個肌原纖維，肌原纖維又可以分為好幾個肌節(jié)。在肌肉的微細結(jié)構(gòu)中，又分為粗肌絲和細肌絲。

肌肉微結(jié)構(gòu)示意圖，作者漢譯，圖源見圖

看著滿屏幕的“肌”字是不是快不認識這個字了？沒關(guān)系，只需要知道，肌肉結(jié)構(gòu)說起來復(fù)雜，實際上看起來很簡單，就是規(guī)則的一條一條捆在一起，像電線電纜一樣。當把肉橫切后，肌肉剖面則由一塊塊的小切面構(gòu)成。當光打在煮熟，油亮的肌肉切面上時，光的反射實際上是由一塊塊小切面完成的。

那么這和彩色反光有什么關(guān)系呢？請繼續(xù)向下看。

光的干涉與光柵色散

當雨滴淅淅瀝瀝的落在平靜的湖面上，湖面也變得活躍起來，上面的水波都在孤獨的畫著自己的圓圈，但好像相互之間又在干擾嬉戲。

光是一種電磁波，它在真空中傳播的速度是一個定值，通常用字母c表示，近似值是三十萬千米每秒。更為神奇的是，真空中的光速不與慣性參考系的運動狀態(tài)有關(guān)，也不與光的顏色，即光的頻率有關(guān)。由于在我們身邊的空氣中，折射率變化不大，因此由“頻率與波長相乘等于光速”這個關(guān)系可知，生活中一般我們也可認為空氣中的光的顏色與波長相關(guān)。

單點光波源的傳播和雙點光波源的傳播，圖片來源：作者提供

如上圖所示，當空間中只有一個點光波源時，光的傳播就像水面上落下了一滴水，一圈圈地散開，并且隨著波遠離光源，逐漸變?nèi)?。這是能量守恒的結(jié)果，因為隨著圓圈的擴大，能量是一定的，這必然導(dǎo)致波隨著傳播距離增大逐漸變?nèi)?。設(shè)想我們點燃一支蠟燭，火光也會離得越遠而變得越暗。

當空間中有兩個相距幾個波長的點光源后，波的傳播不再是各向均勻而是出現(xiàn)了指向性，在有些方向傳播得強，有些方向傳播變?nèi)跎踔翚w零。這也是能量守恒的表現(xiàn)——在有些方向傳播能力強必然存在傳播較弱的方向，把能量集中起來。

對于肌肉的橫切面，想必就更為神奇了？沒錯，事情就是這樣!

光柵以及色散效應(yīng)

對肌肉的結(jié)構(gòu)進行數(shù)學(xué)建模和物理建模，每個肌肉纖維束視為相連為一起的波源，點光源間距遠小于波長。而被肌膜隔開的間隙則可以視為連續(xù)波源的斷裂。根據(jù)肌肉的微結(jié)構(gòu)，肌纖維截面直徑約50μm，間隔約10μm。由此數(shù)據(jù)，我們進行光波在肌肉上反射后傳播仿真，發(fā)現(xiàn)神奇的現(xiàn)象出現(xiàn)了！

常壓下煮熟肌肉的掃描電鏡圖像，圖片來源：參考文獻[2]

首先不論光的顏色如何，它們的傳播都出現(xiàn)了明顯的指向性。其次按照“紅橙黃綠青藍紫”排序，紅顏色的光波長長，藍色的光波長短，在這個過程中，除了中央垂直于肌肉表面的對稱線上，它們傳播方向一致外，紅光的偏折角度要小于藍紫光。這與玻璃折射行為是正好相反的。

而這個結(jié)構(gòu)就好像柵（zhà）欄一樣一格一格的，這個結(jié)構(gòu)也就被形象地稱之為“光柵（shān）”。至于為什么讀光柵（shān）就是另一個故事了。

每毫米1200條反光線的光柵，圖片來源：作者拍攝

由于不同顏色的光除了中心外呈現(xiàn)了不同的傳播角度，因此光柵結(jié)構(gòu)具有將光按顏色（準確的說是波長、頻率）分開的作用，因此我們說光柵擁有色散能力。它的一個最重要應(yīng)用就是光譜儀。

光纖光譜儀結(jié)構(gòu)，圖片來源：作者拍攝

光柵色散效果圖，圖片來源：作者提供

在生活中有沒有光柵可以讓我們看到彩虹色的光？當然有，那就是光盤。

光盤和六角扳手（注意看影子和顏色排序）以及光盤的電子顯微結(jié)構(gòu)，圖片來源：作者拍攝

光盤的微結(jié)構(gòu)也是一道道的柵欄，上面的點即為刻錄的信息。在圖中我們可以看到此時影子在左側(cè)，說明太陽在右上方。而紅光在左側(cè)藍光在右側(cè)，說明了紅光偏角要比藍光大，也符合我們的仿真結(jié)果。

因此，若也想看到閃閃發(fā)光的肉，可以嘗試傾斜觀察，因為肌肉橫截面基本是平的，斜著看才會有光柵的色散效果哦。通過以上仿真實驗，相信開頭的疑惑我們已經(jīng)解開。面對這塊閃閃發(fā)光的肉，不需要糾結(jié)能不能吃，盡情品嘗吧！

參考文獻：

[1]鐘錫華. (2012). 現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ). 北京大學(xué)出版社.

[2]王志江, & 蔣愛民. (2015). 超高壓處理對熟制雞肉微觀結(jié)構(gòu)的影響. 食品與機械(1), 4.

來源：本文由科普中國出品，唐鴻洋（中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所）制作，中國科普博覽監(jiān)制

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