Физик на кухне
Все сказанное до сих пор относилось к традиционному приготовлению пищи, при котором тепло всегда подводится извне, независимо от кушанья и способа его приготовления. Это означает полную зависимость от теплопроводности: для того, чтоб прогреть пищу и приготовить ее, необходимо прохождение тепла с поверхности внутрь материала. Иными словами, внутри приготовляемого кушанья в течение какого-то времени существует градиент температуры. Наличие разностей температур и есть фундаментальная характеристика нашей традиционной кухни. Наружная сторона горячее внутренней, и потому кекс является хрустящим снаружи и мягким внутри. Соответственно внутренняя часть бифштекса или недожаренного мяса еще красна и сыра, в то время как наружная сторона уже готова. Конечно, если ждать достаточно долго, температура в конце концов выравняется; именно это и происходит при медленном приготовлении бараньей лопатки по Рэмфорду, а также при тушении или кипячении.
Необходим ли, однако, этот температурный градиент, или при приготовлении пищи можно вообще обойтись без передачи тепла теплопроводностью?
Пока нагрев обрабатываемого материала зависит от энергии молекул, обойтись без использования теплопроводности невозможно. Но положение меняется, если применять особые виды облучения. В зависимости от природы облучения и нагреваемого материала можно генерировать тепло в глубине последнего. Такая радиация должна проходить через вещество, теряя по пути лишь небольшую часть своей энергии. Это происходит, например, с рентгеновскими лучами, с гамма-лучами и, что особенно для нас важно, с короткими радиоволнами в сантиметровом диапазоне. Такое излучение может проходить через большинство составных частей нашей пищи, и при толщине слоя в несколько сантиметров поглощается только небольшая часть энергии. В некоторых веществах, например, в сахаре и в оливковом масле, поглощение так мало, что при облучении их микроволнами происходит лишь весьма незначительное разогревание. С другой стороны, вода является очень сильным поглотителем волн высокой частоты, и потому пищевые продукты, содержащие воду, можно нагревать чрезвычайно быстро.
На кухне моего дома в Оксфорде я провел много увлекательных экспериментов при помощи высокочастотной плиты; она была любезно предоставлена фирмой «Филипс электрик лимитед». Разрешите показать один из типичных и до сих пор наиболее важный способ употребления высокочастотной плиты, а именно: быстрое нагревание и приготовление блюд. Я помещаю в печь несколько сосисок и чашку холодного кофе. Через 15 секунд мы получаем горячие сосиски с чашкой горячего кофе.
Потеря энергии микроволнами различна при их прохождении через разные вещества. Даже для одного и того же вещества проницаемость меняется в зависимости от его физического состояния. Как я уже сказал, вода хорошо поглощает микроволны; это происходит потому, что под влиянием микроволнового электрического поля молекулы воды вращаются или колеблются, а вследствие вызываемого этим трения их энергия превращается в теплоту. Во льду, наоборот, молекулы воды жестко закреплены в кристаллической решетке; микроволны почти не воздействуют на них и потому проходят сквозь лед почти беспрепятственно. Это иллюстрируется следующим опытом: в выемку, сделанную в куске льда, помещают чашку с водой и через 30 секунд пребывания в высокочастотной печи вода закипает, между тем как лед, окружающий ее, остается без изменения.