微波辐射不可怕

应朋友邀请，说说微波的问题。

前面其实已经说过微波了，但是因为主要谈的是微波炉的原理和加热食物的问题，因此还是有很多人关心微波炉产生的微波对人到底有没有辐射危害。

首先，我们说的辐射危害多数时候在老百姓心目中是指引起基因改变而引起癌症。大家多数是看了《血疑》中得来的知识。那个辐射确实引起白血病。但是辐射这个词在不同时候，不同语境下有多种不同含义。狭义来说，辐射指同位素衰变时放射出来的射线，包括X-射线，伽玛射线等等。但是辐射广义来说，包括一切电磁波，包括从无线电波，红外线，可见光直到X-射线的所有辐射，准确来说，这时候应该叫电磁辐射。因此电磁辐射和我们普通说的辐射是不同的。电磁辐射中大大部分并不是我们说的X-射线那种辐射。

好，那么现在我们发现，电磁辐射在人体可以产生的作用有两种，一种是辐射热，一种是电离。先说辐射热。其实人类认识辐射热已经几千年了，只不过到近代才知道其原因。咱们中学就学过热的传播方式，包括：对流，传导和。。。对了，辐射。对流和传导都需要介质，比如对流需要空气或者水才能传播，而传导需要固体介质比如我们的炒菜锅。而辐射却不需要介质。其原因是因为辐射热是通过电磁波的方式来发送的，电磁波可以在真空中传播，因此辐射热是不需要介质的。

辐射热的例子非常之多，生活中必不可少。比如我们每天炒菜都要经历的。亲爱的老婆大人，或者老娘大人为我们辛苦下厨房，灶台上放上锅，点火开始炒菜，就开始享受辐射热了。对，辐射热就是高温物体向低温物体通过辐射（即电磁波的方式）来传播热量。所以灶台上的热量一部分通过传导传给了炒锅之外；另外一部分通过加热空气，产生对流；还有一部分就通过辐射的方式直接传给了灶台边上的老婆或者老娘大人。当然老公大人偶尔下厨房的时候，效果一样。因此炒菜的时候会觉得热，主要不是因为对流，因为空气流动没那么快，而辐射热是以光速向外传播的，所以只要厨房不太大，一开火就可以立刻感受到辐射热。因此辐射热并不可怕，除了烫伤之外，不会有其他危害。好处却是大大的。辐射热的另外一个例子就是咱们的壁炉，壁炉主要通过辐射热加热周围，而不是通过对流。这是辐射热最早的应用之一。实际上，辐射热是如此不可避免，比如我发烧了，我的体温比老婆高的时候，就通过辐射不断给老婆加热，不过剂量太小，她从来不知道，还给我端茶送水。也就是说任何高温物体都通过辐射的方式向低温物体传播热量。因此别说太阳辐射我们了，我们辐射乌龟，乌龟辐射蚯蚓。。。而老母鸡显然要辐射我们，因为它们体温比人高。因此辐射热毫不可怕，不可能对我们产生任何热损伤之外的伤害。

辐射对人体的另外一种作用就是电离。原因是这样的，当辐射能量足够高的时候，可以让原子失去电子，而离子化。比如我们的水，是H2O，当被高能电磁场辐射的时候，可以让氧分子失去电子，成为氧自由基，即free radical。而free radical在化学上非常活跃可以产生很多反应。当然高能的辐射也可以直接损害DNA中的分子，造成DNA断裂。绝大多数时候我们的细胞都可以修复这种损伤（DNA修复）；当不能修复的时候，细胞会自杀（细胞凋亡）以保护机体；实在连自杀都不行了，才有可能因为突变而产生肿瘤。
 
辐射（广义的电磁辐射）是否能够真正产生电离辐射，对人体致癌，主要取决于辐射能量。那么电磁辐射的能量是什么呢？我们伟大的爱因斯坦同学发现，电磁辐射的能量跟其频率成正比，即E=hv。其中E是能量，用电子伏做单位，h是普朗克常数（4.13566733×10e−15电子伏·秒），而v是电磁波的频率（单位是次/秒）。这是奠定爱因斯坦作为量子力学开创人的伟大公式之一。虽然他后半辈子都在反量子力学，但是他的这个发现太伟大了。这个公式告诉我们很多事情，但是最重要的是两件：一，电磁波具有量子性，即电磁波不是连续的，是一份一份的。二，电磁波有波动性，即其能量是由其频率决定的。这就是电磁波的波粒二相性。这个辐射能量的概念非常重要，因为其完全不同于辐射强度。比如说电灯泡，不论多亮，也只能产生烧伤，不会致癌。电磁波强度，本质上是量子的数量，而能量是每个量子的能量。而辐射是否电离辐射是能量决定的，不是强度决定的。

举个例子，比如我家有扇门，木头门。安全性一般。几只小猫是闯不进来的，几十只也是不行的，几百几千也撞不开我家的门。原因呢就是小猫体重太轻，能量不够，数量再多也不行。但是赶上麻匪甲，体重200磅，不用很多，一个就能撞破门了。但是您家为了安全起见，加装全金属防盗门。。。那麻匪甲就不行了，估计得大象才行。因此破门而入这个勾当数量不是决定因素，体重才是。

对我们人体也是一样。任何波长的电磁波都可以传播热量，但是产生电离，损伤DNA，致癌必须要有足够的能量。这个能量是多少呢？大概是几个电子伏（http://en.wikipedia.org/wiki/Ionizing_radiation），比如4个电子伏，对应频率大概是h=E/v=4eV/（4.13×10e-15eV·s）≈10e15/秒=1000THz。高于这个能量，或者说高于这个频率就是ionizing radiation，电离辐射。那么这个频率有多高呢？看下图：

图引自：http://www.lbl.gov/MicroWorlds/ALSTool/EMSpec/EMSpec2.html

这个频率正好落在紫外线到软X线之间。因此在上图的电磁波谱中，以1X10e15划线，左侧的都是安全的，非电离辐射，而右侧的都有一定的致癌风险。当然，事实上X射线的频率还要高一些，能量也要高一些。这些“危险”的电离辐射是否安全还进一步与剂量有关。多数低剂量的，医用的，在一定范围内是安全的，超出才有危险。

好根据上图，看看微波炉的频率，一般在2.4GHz。。。比电离辐射的最低能量低一百万倍。。。广义一点的微波的频率范围是300MHz到300GHz，也远离电离辐射范围，因此，不可能对人体产生“辐射”危害（这个“辐射”指电离辐射），不可能致癌。当然，如果微波有泄漏，那么干扰无线网那是正好，因为我们家用无线网（801.11b/g）的频率正好是2.4GHz（801.11a/n是5.2GHz谢谢马甲提醒）。另外有些较新的无绳电话也使用这个频率，也有可能干扰。

那么微波对人体有没有其他危害？不排除微波加热可能导致的风险，比如整天头脑发热是否会长肿瘤？因此方便的话躲远一点。随着时间的推移，科研的发展，人们对辐射的健康问题会有更深入的认识。但是目前没有发现加热之外的其他风险。

---Jan 11, 2011更新---

最后，应该总结一下我的讨论。电磁波对人体可以产生两种损伤：热和非热损伤。热损伤跟其他损伤一样，根据辐射剂量（即强度和时间）可能产生严重后果。比如局部烧伤，体温升高，还比如激光很低剂量就可以烧伤角膜，产生白内障；高剂量可以烧肚皮个大洞，再高的剂量可以直接把人蒸发，击落导弹。激光虽然非常强大，但是激光不能致癌，目前世界上还没有照激光得癌症的记录。对于热损伤而言，剂量，强度非常重要。非热损伤需要电磁场具有足够的能量，才能让电子脱离而让分子改变，这跟电磁波强度无关。因此辐射≠致癌，只有电离辐射，即能量足够高的辐射才有致癌的可能。因此考虑辐射是否能够致癌，首先要问能量有多高，如果达不到最低能量（1000THz，大概几个电子伏的能量），是没有致癌可能的。大家都可以根据这个简单标准判断电磁波是否有致癌可能。