不過,有鑑於當前新浪微博魚龍混雜,即便是一些“專業人士”也經常被“打臉”。所以我們今天就從輻射對外界影響的三個方面——電離(光電效應)、感應電流和熱效應——來詳細探究一下,隔空充電對人體到底有沒有傷害。
注:由於物理發展的歷史原因,所以輻射、電磁波、光這幾個概念是相互包含的。大致來說,輻射包含電磁波 以及 α 和 β 射線這類高速帶電粒子流,而光(一般指可見光)則屬於電磁波的一種。
隔空充電會讓我們得輻射綜合徵麼?先說結論:不會。因為急性或慢性輻射綜合徵(或其引發的癌症)是由過量電離輻射引起。在說電離輻射之前,我們先了解一下光電效應。
光電效應是指在高於某特定頻率(該頻率被定義為極限頻率)的電磁波照射下,某些物質內部的電子吸收能量後逸出而形成電流。這份能量的大小我們通常稱其為“逸出功”。不同材質的物體需要的逸出功各不相同,通常來說容易產生自有電子的材質——例如金屬、半導體(如 CMOS、太陽能電池板)的 PN 結部分等需要的逸出功比較小;而受共價鍵或離子鍵束縛的電子如果要逸出,那麼需要給電子的逸出功就要大不少。
根據愛因斯坦《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》中的看法,光束可以被描述為一群離散的量子,也就是光子。光子的能量則可以被表示為 E=hf,其中 f 為光的頻率,h 為普朗克常數即一個定值。也就是說電磁波能賦予電子多少能量和電磁波自身的頻率有關,頻率越高能量越大、電離能力就越強。而上一段說的逸出功,將其帶入到 E=hf 中的 E 裡,就能得出對應的極限頻率 f。
所以這就能解釋為何只有在電磁波高於某個頻率下才會形成光電效應:只要光子的能量(和頻率正相關)低於逸出功的大小,那麼無論用光強多大的電磁波照射物體,光子也無法給電子足夠的能量讓其脫離原子核或化學鍵的束縛,即無法產生光電效應。
(如圖所示,只有當頻率高於 10^14Hz 後,才能使鋅產生光電效應)
同樣的道理,當電磁波的頻率高於約 3×10^15Hz 時,由於超過了能使物體產生電離作用的極限頻率,所以過量照射後就會破壞人體內分子結構,導致輻射綜合徵。對於這種輻射我們通常稱其為電離輻射。
所以,只要隔空充電時的電磁波不屬於電離輻射,無論它的功率有多大,都無法電離我們身體內的分子(包括 DNA 分子),也就不會對普通人的健康產生影響。
那麼小米隔空充電使用的是哪種電磁波呢?
首先根據雷軍自己的科普微博,可以知道這種電磁波的波段為毫米波,頻率範圍大致在 30~300Ghz 、波長在 1mm 到 10mm 之間,即 EHF(極高頻)。
在電磁波譜上,毫米波屬於微波的一種,大致位於下圖所示的位置。
由於圖中越靠左電磁波的頻率越低,波長越長,而越靠右則頻率越高,波長越短。所以我們現在可以得出兩個結論:
小米隔空充電採用的毫米波所處的微波頻段屬於非電離輻射小米隔空充電採用的毫米波頻率比可見光還低回顧輻射綜合徵的原因——遭到過量的電離輻射照射。既然現在小米隔空充電用的毫米波連電離輻射都不是,所以擔心個啥?
加上頻率越高光子能量越高,所以與其擔心隔空充電會誘發癌症,倒不如擔心一下白天的太陽光和晚上的燈光,畢竟可見光頻段的電離能力可比微波強多了。
非電離輻射一定安全麼?雖然非電離輻射光子能量不夠,無法電離我們體內的分子導致癌症之類的輻射病,但是也並不代表非電離輻射不會透過其他方式來影響我們的身體。對於非電離輻射來說,其對人體的影響主要在於會引發感應電流以及熱效應。
感應電流很容易理解,因為電磁波本質上就是個變化的電磁場,所以在經過線圈時,因為楞次定律,線圈內會產生感生電流。實際上我們現在用的無線充電板、非接觸式 IC 卡(nfc、交通卡)以及變壓器(變電站,充手機用的充電頭)就利用了這個原理。
不過因為感應電流一般出現在低頻率電磁波:例如無線電以及長波(比如無線電塔、交流電輸電線)上,而隔空充電所屬的毫米波屬於微波範疇,所以隔空充電時一般不會感知到感應電流。
那麼隔空充電對單純人體影響最大的就剩下熱效應。正如我們可以使用微波爐加熱食物一樣,隔空充電所使用的微波也有傳遞熱能的能力。而過量輻射導致的熱效應則有可能導致灼傷:比如在太陽底下被曬傷。
(這其實也能算曬傷)
所以在國際上,針對電子裝置通常採用比吸收率(SAR)作為評價電子產品輻射強度的標準。
比如一個人在正午的太陽底下行走,人體的接收到的 SAR 值大約是 5 ;一般手機正常工作時的平均 SAR 值一般都小於 1 。如果小米隔空充電的 SAR 值能夠控制在可以接受的範圍內,那麼它對人體的影響就不會很大。不過現在小米官方還沒有公佈包括 SAR 實測值在內的詳細技術引數,所以我們的研究也就到此為止了。
補充小米的隔空充電技術的發射端並不是一個理想的全向天線,而是使用了相控陣天線進行波束賦形。也就是說在接收端 5W 的情況下,發射端並不需要很高的發射功率:根據微博網友 @卡瑪醬Mk2 的計算,小米隔空充電的發射機在發射端大約是 10dBw 量級,與之對應的,4G 基站功率大約為 13~16dBw。因為發射器在進行波束賦形後相當於一個定向天線,所以只要人體和被充電的物件不在一個直線上,人體所受到的輻射劑量就會變得極小。雖然微波對人體的感應電流影響有限,但是目前很難說 10W 量級的發射功率對於類似心臟起搏器這種對電磁環境比較敏感的人體植入裝置是否會產生影響。在未來的量產產品中,理論上可以透過降低輸出功率、提升轉化率、檢測到人體自動停止充電等方式進一步降低該技術對人體的影響。4、總結:第一,由於小米的隔空充電發射的並不是電離輻射而是比可見光電離能力更差的微波,所以並不用擔心照了這玩意兒會導致癌症(講真,於其擔心這還不如擔心混在太陽光裡的紫外線呢,高頻紫外線可是正兒八經的電離輻射)。
第二,在感應電流和熱效應之間一般來說對人體影響更大的是熱效應,但小米目前並沒有公開隔空充電發射端和接收端的 SAR 值,所以暫時還不能得出在熱效應方面是否安全的結論。
第三、目前隔空充電的發射端和接收端是否會影響諸如心臟起搏器這類對電磁環境要求很高的器械還有待觀察。
第四,目前小米只是公佈了隔空充電這項技術,並沒有公佈正式售賣的商業產品。所以最終做出來的實際產品如何還有待驗證。
最後,無論小米的隔空充電技術能否作為商業產品推出,但敢於往之前無人涉及的領域踏出第一步的精神值得肯定。
參考材料:
《什麼是輻射?》果殼網
《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》Albert·Einstein
《急性輻射綜合徵》維基百科
《慢性輻射綜合症》維基百科
《電離輻射》維基百科
《極高頻》維基百科
《微波》維基百科
《電磁場與公共衛生:行動電話》中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所
《電磁場與公共衛生:基臺和無線技術》中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所
"Specific Absorption Rate (SAR) For Cell Phones: What It Means For You" Federal Communications Commission