Glänzendes Entenfleisch gekauft? Ist ihr vor lauter Hunger schwindelig oder ist die Ente zu einem Geist geworden?

„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 bunten metallischen Glanz. Bildquelle: Fotografiert vom Autor

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.

Der Aufbau der Muskeln

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.

Schematische Darstellung der Muskelmikrostruktur, übersetzt vom Autor, Quelle: siehe Abbildung

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.

Lichtinterferenz und Gitterdispersion

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

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 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 im Raum zwei punktförmige Lichtquellen mehrere Wellenlängen voneinander entfernt sind, ist die Ausbreitung der Wellen nicht mehr in alle Richtungen gleichmäßig, sondern wird gerichtet: Sie breiten sich in einigen Richtungen stark aus, während sie in anderen Richtungen schwächer werden oder sogar ganz verschwinden. 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!

Gitter- und Dispersionseffekte

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 Mikrostruktur des Muskels beträgt der Querschnittsdurchmesser der Muskelfasern 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!

Rasterelektronenmikroskopaufnahme von gekochtem Muskelfleisch bei 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 Millimeter. Bildquelle: Fotografiert vom Autor

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. Daher spricht man davon, dass das Gitter über eine Dispersionsfähigkeit verfügt. Eine seiner wichtigsten Anwendungen ist die Spektrometrie.

Struktur eines faseroptischen Spektrometers, Bildquelle: Fotografiert vom Autor

Diagramm des Gitterdispersionseffekts, 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 Platte und Sechskantschlüssel (beachten Sie die Schatten- und Farbreihenfolge) und elektronenmikroskopische Struktur der optischen Platte. Bildquelle: Fotografiert vom Autor

Auch die Mikrostruktur der CD besteht aus einer Reihe von Zäunen 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.

Quelle: Dieser Artikel wurde von Science Popularization China erstellt, von Tang Hongyang (Institut für Optoelektronik-Technologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften) produziert und von der China Science Popularization Expo betreut.

Dieser Artikel wurde autorisiert. Für den Nachdruck wenden Sie sich bitte an den ursprünglichen Autor.