买来的鸭肉“闪闪发光” 究竟是饿到发昏还是鸭子“成精”？

【蜂耘网   激光光学】“美好的一天又要结束了，明天周末放假，今晚得吃点好的。”我一边整理着桌面，一边在心里盘算着等会买点什么。决定了，今晚要吃来自四川乐山的著名美食——甜皮鸭！下班、去市场、买甜皮鸭、回家一气呵成。

 

正当我美滋滋地打开包装盒的时候，奇怪的事情发生了：这只鸭子怎么闪闪发光？难道是我太饿了已经看不清楚了？

 

鸭肉在不同角度下呈现彩色金属光泽，图片来源：作者拍摄

 

经过仔细的观察，我发现金属光泽只发生在肌肉敦实的地方，在骨头、白色的脂肪层和表皮并没有观察到这个现象。

 

因此，经过合理的推测，这应该与光和肌肉的相互作用有关系。

 

欲知详情如何,且听我慢慢道来。

 

肌肉的结构

 

以骨骼肌为例，骨骼肌纤维即为肌肉细胞，呈细长形状并且是多核细胞。

 

骨骼肌由肌纤维束构成，肌纤维束由肌细胞组成，肌细胞含有多个肌原纤维，肌原纤维又可以分为好几个肌节。

 

在肌肉的微细结构中，又分为粗肌丝和细肌丝。

 

肌肉微结构示意图，作者汉译，图源见图

 

看着满屏幕的“肌”字是不是快不认识这个字了？

 

没关系，只需要知道，肌肉结构说起来复杂，实际上看起来很简单，就是规则的一条一条捆在一起，像电线电缆一样。

 

当把肉横切后，肌肉剖面则由一块块的小切面构成。当光打在煮熟，油亮的肌肉切面上时，光的反射实际上是由一块块小切面完成的。

 

那么这和彩色反光有什么关系呢？请继续向下看。

 

光的干涉与光栅色散

 

当雨滴淅淅沥沥的落在平静的湖面上，湖面也变得活跃起来，上面的水波都在孤独的画着自己的圆圈，但好像相互之间又在干扰嬉戏。

 

光是一种电磁波，它在真空中传播的速度是一个定值，通常用字母c表示，近似值是三十万千米每秒。

 

更为神奇的是，真空中的光速不与惯性参考系的运动状态有关，也不与光的颜色，即光的频率有关。

 

由于在我们身边的空气中，折射率变化不大，因此由“频率与波长相乘等于光速”这个关系可知，生活中一般我们也可认为空气中的光的颜色与波长相关。

 

单点光波源的传播和双点光波源的传播，图片来源：作者提供

 

如上图所示，当空间中只有一个点光波源时，光的传播就像水面上落下了一滴水，一圈圈地散开，并且随着波远离光源，逐渐变弱。

 

这是能量守恒的结果，因为随着圆圈的扩大，能量是一定的，这必然导致波随着传播距离增大逐渐变弱。

 

设想我们点燃一支蜡烛，火光也会离得越远而变得越暗。

 

当空间中有两个相距几个波长的点光源后，波的传播不再是各向均匀而是出现了指向性，在有些方向传播得强，有些方向传播变弱甚至归零。

 

这也是能量守恒的表现——在有些方向传播能力强必然存在传播较弱的方向，把能量集中起来。

 

对于肌肉的横切面，想必就更为神奇了？没错，事情就是这样!

 

光栅以及色散效应

 

对肌肉的结构进行数学建模和物理建模，每个肌肉纤维束视为相连为一起的波源，点光源间距远小于波长,而被肌膜隔开的间隙则可以视为连续波源的断裂。

 

根据肌肉的微结构，肌纤维截面直径约50μm，间隔约10μm。

 

由此数据，我们进行光波在肌肉上反射后传播仿真，发现神奇的现象出现了！

 

常压下煮熟肌肉的扫描电镜图像，图片来源：参考文献[2]

 

首先不论光的颜色如何，它们的传播都出现了明显的指向性。

 

其次按照“红橙黄绿青蓝紫”排序，红颜色的光波长长，蓝色的光波长短，在这个过程中，除了中央垂直于肌肉表面的对称线上，它们传播方向一致外，红光的偏折角度要小于蓝紫光。这与玻璃折射行为是正好相反的。

 

这个结构就好像栅（zhà）栏一样一格一格的，这个结构也就被形象地称之为“光栅（shān）”。至于为什么读光栅（shān）就是另一个故事了。

 

每毫米1200条反光线的光栅，图片来源：作者拍摄

 

由于不同颜色的光除了中心外呈现了不同的传播角度，因此光栅结构具有将光按颜色（准确的说是波长、频率）分开的作用，因此我们说光栅拥有色散能力。

 

它的一个最重要应用就是光谱仪。

 

光纤光谱仪结构，图片来源：作者拍摄

 

光栅色散效果图，图片来源：作者提供

 

在生活中有没有光栅可以让我们看到彩虹色的光？当然有，那就是光盘。

 

 

光盘和六角扳手（注意看影子和颜色排序）以及光盘的电子显微结构，图片来源：作者拍摄

 

光盘的微结构也是一道道的栅栏，上面的点即为刻录的信息。

 

在图中我们可以看到此时影子在左侧，说明太阳在右上方。而红光在左侧蓝光在右侧，说明了红光偏角要比蓝光大，也符合我们的仿真结果。

 

因此，若也想看到闪闪发光的肉，可以尝试倾斜观察，因为肌肉横截面基本是平的，斜着看才会有光栅的色散效果哦。

 

通过以上仿真实验，相信开头的疑惑我们已经解开。面对这块闪闪发光的肉，不需要纠结能不能吃，尽情品尝吧！

 

参考文献：

 

[1]钟锡华. (2012). 现代光学基础. 北京大学出版社.

 

[2]王志江, & 蒋爱民. (2015). 超高压处理对熟制鸡肉微观结构的影响. 食品与机械(1), 4.

 

 

 

（蜂耘激光光学网   责任编辑：行云）