Das glitzernde Fleisch, kann ich es essen?

„Ein weiterer wunderschöner Tag geht zu Ende. Morgen ist Wochenende und ich muss heute Abend etwas Gutes essen.“ Während ich den Tisch aufräumte, überlegte ich, was ich später kaufen könnte. Es ist beschlossen, dass wir heute Abend die berühmte Delikatesse aus Leshan, Sichuan, essen werden: Süßhäutige Ente!

Nach der Arbeit gehe ich zum Markt, kaufe Süßhautente und gehe in einem Rutsch nach Hause. Gerade als ich freudig die Schachtel öffnete, passierte etwas Seltsames. Warum glitzerte die Ente? Bin ich zu hungrig, um klar zu sehen?

Entenfleisch zeigt aus verschiedenen Blickwinkeln einen farbenfrohen metallischen Glanz

(Bildnachweis: Foto vom Autor aufgenommen)

Nach sorgfältiger Beobachtung stellte ich fest, dass der metallische Glanz nur in Bereichen mit fester Muskulatur auftritt, während dieses Phänomen bei Knochen, weißen Fettschichten und der Epidermis nicht zu beobachten ist. Daher ist die Vermutung angebracht, dass dies mit der Wechselwirkung zwischen Licht und Muskel zusammenhängt. Wenn Sie die Einzelheiten wissen möchten, hören Sie mir bitte langsam zu.

1. Muskelstruktur

Schematische Darstellung der Muskelmikrostruktur

(Übersetzt vom Autor, Quelle siehe Bild)

Nehmen wir beispielsweise den Skelettmuskel: Skelettmuskelfasern sind Muskelzellen, also längliche Zellen mit mehreren Kernen. Der Skelettmuskel besteht aus Muskelfaserbündeln, die wiederum aus Muskelzellen bestehen. Myozyten enthalten mehrere Myofibrillen, die in mehrere Sarkomere unterteilt werden können. In der Mikrostruktur des Muskels wird dieser in dicke und dünne Filamente unterteilt.

Wenn Sie das Wort „肌“ überall auf dem Bildschirm sehen, können Sie es dann kaum erkennen? Es spielt keine Rolle. Dazu muss man nur wissen, dass der Muskelaufbau zwar kompliziert klingt, in Wirklichkeit aber ganz einfach aussieht. Es handelt sich lediglich um ein normales Bündel von Litzen, wie Drähte und Kabel. Beim horizontalen Schneiden des Fleisches setzt sich der Muskelquerschnitt aus kleinen Abschnitten zusammen. Wenn Licht auf die gegarten, glänzenden Fleischstücke trifft, erfolgt die Lichtreflexion tatsächlich durch kleine Schnitte.

Was hat das also mit farbigen Reflexionen zu tun? Bitte lesen Sie weiter.

2. Interferenz von Lichtwellen und Gitterdispersion

Als Regentropfen auf die ruhige Seeoberfläche tropften, wurde die Seeoberfläche aktiv. Die Wasserwellen darauf zogen zwar allein ihre Kreise, schienen sich aber gegenseitig zu stören und miteinander zu spielen.

Regentropfen fallen auf den See

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Licht ist eine elektromagnetische Welle. Die Geschwindigkeit, mit der es sich im Vakuum ausbreitet, ist eine Konstante, die üblicherweise durch den Buchstaben c dargestellt wird und ungefähr 300.000 Kilometer pro Sekunde beträgt. Noch erstaunlicher ist, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum nichts mit dem Bewegungszustand des Trägheitsbezugssystems und auch nichts mit der Farbe des Lichts, also der Frequenz des Lichts, zu tun hat. Da sich der Brechungsindex in der uns umgebenden Luft nicht wesentlich ändert, können wir aus der Beziehung „Frequenz multipliziert mit Wellenlänge ergibt Lichtgeschwindigkeit“ erkennen, dass wir im Leben grundsätzlich davon ausgehen können, dass die Farbe des Lichts in der Luft mit seiner Wellenlänge zusammenhängt.

Ausbreitung einer Einzelpunkt-Lichtwellenquelle und Ausbreitung einer Doppelpunkt-Lichtwellenquelle

(Bildquelle: vom Autor bereitgestellt)

Wie in der Abbildung oben gezeigt, ist die Ausbreitung des Lichts bei nur einer punktförmigen Lichtwellenquelle im Raum wie die eines Wassertropfens, der auf die Wasseroberfläche fällt, sich kreisförmig ausbreitet und allmählich schwächer wird, wenn sich die Welle von der Lichtquelle entfernt. Dies ist eine Folge der Energieerhaltung, denn bei der Ausdehnung des Kreises bleibt die Energie konstant, was zwangsläufig dazu führt, dass die Welle mit zunehmender Ausbreitungsdistanz schwächer wird. Stellen Sie sich vor, wir zünden eine Kerze an. Die Flamme wird schwächer, je weiter sie entfernt ist.

Wenn zwei punktförmige Lichtquellen im Raum mehrere Wellenlängen voneinander entfernt sind, ist die Ausbreitung der Welle nicht mehr in alle Richtungen gleichmäßig, sondern wird gerichtet, mit einer starken Ausbreitung in einigen Richtungen und einer schwächeren oder gar keiner Ausbreitung in anderen Richtungen. Dies ist auch eine Manifestation des Energieerhaltungssatzes: Wenn die Ausbreitungsfähigkeit in einigen Richtungen stark ist, muss es Richtungen mit schwächerer Ausbreitung geben, was die Energie konzentriert.

Der Querschnitt des Muskels muss noch erstaunlicher sein, oder? Das stimmt!

3. Gitter- und Dispersionseffekt

Ausbreitungsverhalten von rotem und blauem Licht im „Muskelmodell“

(Bildquelle: vom Autor bereitgestellt)

Es werden mathematische und physikalische Modelle der Muskelstruktur durchgeführt. Jedes Muskelfaserbündel wird als eine miteinander verbundene Wellenquelle betrachtet und der Abstand zwischen Punktlichtquellen ist viel kleiner als die Wellenlänge. Die durch das Sarkolemm getrennten Lücken können als Unterbrechungen in der kontinuierlichen Wellenquelle betrachtet werden. Gemäß der in Abb. 7 dargestellten Mikrostruktur des Muskels beträgt der Querschnittsdurchmesser der Muskelfaser etwa 50 μm und der Abstand etwa 10 μm. Basierend auf diesen Daten simulierten wir die Ausbreitung von Lichtwellen, nachdem sie an den Muskeln reflektiert wurden, und stellten fest, dass ein magisches Phänomen auftrat!

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme von gekochtem Muskelfleisch unter Normaldruck

(Bildquelle: Referenz [2])

Erstens ist die Ausbreitung des Lichts unabhängig von seiner Farbe eindeutig gerichtet. Zweitens sind sie in der Reihenfolge „Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Blau und Violett“ angeordnet. Die Wellenlänge des roten Lichts ist lang und die Wellenlänge des blauen Lichts ist kurz. Dabei sind die Ausbreitungsrichtungen bis auf die senkrecht zur Muskeloberfläche stehende zentrale Symmetrielinie gleich und der Ablenkwinkel des roten Lichts kleiner als der des blauen und violetten Lichts. Dies ist das genaue Gegenteil des Brechungsverhaltens von Glas.

Diese Struktur ähnelt einem Zaun, bei dem ein Gitter an das andere grenzt, weshalb sie bildlich als „Gitter“ bezeichnet wird. Warum es als shān ausgesprochen wird, ist eine andere Geschichte.

Gitter mit 1200 reflektierenden Linien pro mm

(Bildnachweis: Foto vom Autor aufgenommen)

Da Licht unterschiedlicher Farben mit Ausnahme der Mitte unterschiedliche Ausbreitungswinkel hat, hat die Gitterstruktur die Funktion, das Licht nach Farbe (genauer gesagt nach Wellenlänge und Frequenz) zu trennen, sodass unser Gitter über die Fähigkeit zur Dispersion verfügt. Eine seiner wichtigsten Anwendungen ist die Spektrometrie.

Struktur eines faseroptischen Spektrometers

(Bildnachweis: Foto vom Autor aufgenommen)

Gitterdispersionseffektdiagramm

(Bildquelle: vom Autor bereitgestellt)

Gibt es im Leben ein Gitter, das es uns ermöglicht, regenbogenfarbenes Licht zu sehen? Natürlich gibt es das, das ist die CD.

Optische Scheibe und Sechskantschlüssel (beachten Sie die Schatten- und Farbabfolge) und Elektronenmikroskopiebild der optischen Scheibe

(Bildnachweis: Foto vom Autor aufgenommen)

Auch die Mikrostruktur der CD gleicht einem Zaun und die Punkte darauf stellen die aufgezeichneten Informationen dar. Auf dem Bild können wir sehen, dass sich der Schatten zu diesem Zeitpunkt auf der linken Seite befindet, was bedeutet, dass die Sonne oben rechts steht. Das rote Licht ist links und das blaue Licht rechts, was bedeutet, dass der Ablenkwinkel des roten Lichts größer ist als der des blauen Lichts, was mit unseren Simulationsergebnissen übereinstimmt.

Wenn Sie also auch das glitzernde Fleisch sehen möchten, können Sie versuchen, es aus einem bestimmten Winkel zu betrachten, da der Querschnitt des Muskels grundsätzlich flach ist und Sie den Gitterdispersionseffekt nur bei einem solchen Blickwinkel erkennen. Ich glaube, dass wir durch die oben genannten Simulationsexperimente die anfänglichen Zweifel ausgeräumt haben. Angesichts dieses glitzernden Stücks Fleisch müssen Sie sich keine Gedanken darüber machen, ob Sie es essen können oder nicht. Genießen Sie es einfach!

Quellen:

[1] Zhong Xihua. (2012). Grundlagen der modernen Optik. Peking-Universitätsverlag.

[2] Wang Zhijiang und Jiang Aimin. (2015). Auswirkungen der Ultrahochdruckbehandlung auf die Mikrostruktur von gekochtem Hühnerfleisch. Lebensmittel und Maschinen (1), 4.

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Tang Hongyang (Institut für Optoelektronik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo