夜深人静，窗外月光皎洁，蝉鸣阵阵。突然间一阵饿意袭来，使你翻来覆去无法入睡。冰箱里的熟食早已被家中熊孩子消灭干净，出去撸串又没人陪，如何是好？苏东坡就遇到过这种状况，他那个时代没有冰箱也无法撸串，只好去找他朋友逛承天寺，却因此留下了千古名篇《记承天寺夜游》。
各位读者的福音来了！此文就教给读者如何三分钟内做好蛋糕的方法，此后读者若再度遭遇此类难题，将全无担惊受怕之虞。苏东坡若能早日看到这篇文章，那么我们在小学课本里学到的将不再是《记承天寺夜游》，而很可能会变成《记半柱香之蛋糕》。
实 验 篇
所需原料：鸡蛋清2个，面粉（任何面粉皆可）50g，白糖10g(或糖的替代品)，可可粉6g（可选），香草提取液（可选），泡打粉1g，水200毫升左右。
现在开始计时。
第一步，把两个蛋清倒入碗中。
不知道如何分离蛋清蛋黄的读者，可采用下图方式将蛋黄在两个半壳中来回倾倒，蛋清就这样被分离出来了。
第二步，若想做出巧克力蛋糕，则依次加入面粉、可可粉、白糖（糖的替代物）
若巧克力吃腻了想来点香草口味的，则依次加入面粉、香草提取液、白糖（糖的替代物）
第三步，加入200毫升左右的水，搅拌均匀（以巧克力蛋糕为例）
第四部，放到微波炉里，高火力加热两分钟。至此，一碗美味又美观的艺术品制作完毕！
蛋糕的质地是这样的：
如果发现做出来的蛋糕还有些湿，说明加热不够，可以再加热半分钟。
现在记时完毕。
好吧还是超了十几秒...但对于期冀保持苗条身材的读者，可考虑把所有原料减半，如此完全可以在两分半内就完成所有工作！
对于心系健康的读者，热量是很重要的考虑因素。以上蛋糕含50g碳水化合物，1g脂肪，10g蛋白质，所以总热量仅有250卡！若把所有原料减半，总热量只有125卡！
其实上述过程本质上是一个物理和化学相结合的小实验。不仅如此，每次烹饪的过程也都是做实验的过程，例如撒多少盐，加多少油等等，都是有定量控制的。
既然作为实验，笔者提几个问题，希望有兴趣的读者亲自实践：
不加蛋清的话会有什么区别？（答案：蛋糕会变成芝麻糊，但也很美味哟）
把面粉换做面筋粉，也就是“北京烤鸭”（如下图）的原料会怎样？
（答案：你会得到一碗“豆腐”）
3. 泡打粉的作用是什么？（加热时产生二氧化碳，给予蛋糕多孔状质地）
4. 把蛋清换成全蛋会怎样？（读者可以自己实验、对比）
5. 把面粉换做乳清蛋白粉会如何？（也可以自己尝试，甚至不加泡打粉都会得到意想不到的结果）
理 论 篇
酒过三巡菜过五味，读者们想必对于三分钟蛋糕背后的原理颇有兴趣。以下本文的组织次序如下，读者可以挑自己感兴趣的部分进行阅读：一、热传播的途径；二、烹饪方式与热传播的关系；三、微波的加热原理；四、微波炉的工作原理；五、微波炉如何加热金属；六、小结和微波炉诞生简史。
一、热传播的三种途径
蛋糕从生到熟的过程其实就是被加热的过程，那么它是如何被加热的呢？归根结底，热量其实就是分子的平均运动速率，所以被加热就是物体内的分子运动速率加快了。中学物理告诉我们，热传播有三种途径：热传导、热对流和热辐射。热传导是热在固体中的传播，热对流是热在流体（液体、气体）中的传播，热辐射是热以电磁波（微波、红外线等）方式的传播。令c(x,t)表示在位置x和时间t的热量值（或温度），则以下方程能更加本质地揭露这三种热传播途径（省略了自变量x和t）：
这个方程称为扩散-对流方程(Advection-Diffusion Equation)。该方程普适性非常强，它可以用来描述多种不同的物理量，例如压强、浓度、温度等。这个方程告诉我们，热传导的本质其实就是分子的布朗运动，方程右边第一项的D就是热传导系数；热对流是由流体的流动性决定的，方程右边第二项的v表示流体的流动速度。热辐射项较为复杂，因为不同的电磁波具有不同的热效应。这也是下面几节要讨论的重点话题。
二、烹饪方式中的各种热传导
中餐文化博大精深，传统的中餐烹饪方式 至少有二十五种，包括炒、煎、蒸、炖、烧等，最奇特之处在于每种烹饪方式都能给食客以全然不同的体验。当烤箱、微波炉这两大从西方引进后，无异于又给中餐文化锦上添花。那么为什么不同的烹饪方式会产生如此丰富的变化呢？热传播方式的不同是其中一个原因。
炒和煎主要的热传播方式是热传导（尽管油也算流体，但油产生的对流可以忽略不计）。主导方程为：
有经验的读者知道，在有稳定外来热源的情况下，热传导（布朗运动）达到均匀受热状态的速度相对较慢，所以炒菜时必须把锅里的菜反复翻炒，否则容易炒焦。
蒸和炖主要的热传播方式是热对流。主导方程为：
因为流体也有热传导效应，所以热传导项不能完全忽略，不过热传导系数从D变成了“很小的系数”ε，以突出流体中热传导不明显这一事实。当热对流效应显著，即v较大时，方程能更快地达到热平衡（均匀受热）状态。这就是为什么蒸和炖出来的菜品无需翻炒，且滋味隽永。
烤箱和微波炉的热传播方式是热辐射。烤箱采用的是红外线辐射，而微波炉采用的是微波辐射。由黑体辐射理论，室温下物体的辐射电磁波频率主要对应于红外线波段，所以红外线是我们日常生活中热辐射的主要来源。用烤箱加热食物时，由红外线的热效应，烤箱内的空气都被加热了，使得烤箱的能耗升高。此外，由于红外线穿透性较弱，烤箱里的食物总是从最外面开始加热，然后通过热传导的方式把热量传播到食物内部。以上过程可以近似地用以下初边值问题描述：
前面提到过，热传导不易使物体均匀受热，所以上述方程（第一行）解释了为什么烤箱里烤出来的食物（牛排，鸡翅）内部不容易熟；而上述边界条件（第三行）和初始条件（第二行）的差异则解释了为什么烤箱里的食物会在最外面形成一层脆皮，而不是食物内部。
三、微波的热效应
虽是同根生，微波加热食物的方式却和红外线全然不同。心细的读者可能会从以下几个事实注意到两者的差异：1.微波炉的加热速度快很多；2.被微波炉加热的食物中心部位都很烫；3.加热后，微波炉里的空气并没有烤箱那么热。这几个事实都和微波的工作原理相关。
上一小节讲过，红外线的热效应是源于食物对它的吸收。被吸收后，红外线的能量直接转化成了食物的热能，这就是红外线穿透性差的原因。但微波不一样，它的穿透性很强，那么是什么造成了它如此强力的热效应？答案：微波产生的以恰当频率变化的电磁场。
微波炉主要靠加热水、糖、脂肪和蛋白质这些营养物质来加热食物。生命在于运动，要加热这些物质就要想办法让它们对应的分子动起来。这几种物质有个共性——它们都是可极化物质（dielectric material），在外加电场的作用下，它们内部的电荷会随着电场方向稍微移动，形成和电场方向相同的极化电荷对，称作电偶矩密度(dipole moment density)：
如果外加电场的大小和方向以一定频率变化，那么电偶矩密度自然会随它而相伴到白首，从而使分子产生一定频率的振动。但并非变化频率越高振动越剧烈，因为即使相伴白首，也不一定相随至海角天涯——相伴相随总是有延迟性的。物质介电常数是一个复数，由物质本身属性和外加电场的变化频率共同决定，这个常数虚部和实部的比值决定了该物质在特定频率变化电场下的热效应。
有经验的读者知道，电磁波是相互垂直的正弦交变电场和磁场产生的平面波：
蓝色部分表示磁场，红色部分表示电场，黑色箭头表示波的传播方向。如果只考虑微波的电场部分，那么哪个频率的电磁波能带来最大的热效应呢？答案在下图：
上图为水分子的电介质谱，表示水的介电常数在不同频率电磁波环境下的变化。介电常数虚部和实部比值最大值对应的频率为10^10(Hz)处，正好对应于微波波段。这就是微波强大热效应的理论依据。空气、糖、脂肪、陶瓷的电介质谱和水都有所不同，且分子排布结构也不一样，所以加热程度比不上水。
四、微波炉的工作原理
微波炉的工作原理如下(摘自百度百科)：
其中虚线是微波传播路径。由上图可见，微波经搅拌器打散后，通过不同金属壁的反射而最终达到加热食物的目的。微波的波长决定了它的独特属性——可以穿过陶瓷、塑料、食物等有机物或硅族高分子，但会被厚金属墙反射。正是微波对于食物的强大穿透性使得食物内部也能同时受热。
那么问题又来了，尽管微波炉很容易深入食物内部，但还是会有加热不均的情况。例如加热一碗牛奶，像心上人对你的态度一样，忽冷忽热。这又是什么原因呢？我们来看看一条微波在微波炉内的传播：
其中蓝色曲线代表电场，它会周期性地改变大小。红色点表示电场在这些点的位置大小永远是0，所以对应于这些点的部分不会被加热。这就是微波炉会使食物受热不均的原因。下面微波炉奶酪的受热情况能很好地印证这一事实：
五、微波炉加热金属
如果在食物外面一层铝箔纸放入微波炉加热会如何呢？答案：铝箔纸处会出现火花，甚至会引起爆炸。所以一定不要把铝箔纸放入微波炉。但把勺子放入微波炉就没关系，为什么？
其实微波加热铝箔纸的原理和加热食物的原理全然不同。因为变化的电场对金属（导体）影响不大，所以微波加热铝箔纸靠的是变化的磁场。变化的磁场产生环路电流（法拉第电磁感应定律，如下式）：
然后环路电流产生热。尽管厚金属能有效反射微波，薄金属还是能被微波轻易穿过的，所以锡箔纸表面会轻易产生环路电流从而发出电火花，而勺子不会。
六、小结
最后来总结一下几种热传播方式的特色:
微波热效应的发现当然没有上文所述原理那么复杂。微波炉是由美国人珀西·斯宾塞(percy spencer)发明的，他最初在雷达站工作。1939年的某一天，他站在雷达下面发呆，突然发现口袋里的棒棒糖融化了。当时温度并不特别高，因此他猜测是某种雷达波对棒棒糖产生了热效应。从最初的微波加热爆米花和微波加热鸡蛋开始，经过六年实验，第一台微波炉总算诞生了。但此时的微波炉又贵又笨重，实用性很差，直到1967年，微波炉才逐渐在美国普及开来。
微波炉的历史告诉我们，大多数伟大的发明都基于生活中看似微不足道的事实，有了最初的想法以后，接下来的工作就是在不断的实验和理论推导中相互进行，一切都顺理成章了。相信所有的科学界大师级人物都有这种敏锐的洞察力，这种洞察力正是值得我们每个人学习的地方。
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编辑：Alex Yuan
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