圖/《回憶中的瑪尼》電影

來源：中國科學院北京分院

你記憶中的夏天是什麼樣子的？

窗外蟬鳴陣陣，午後約三五好友在河邊捉魚，院子裏晾滿了媽媽洗過的衣服，淡淡的皂莢粉味充斥鼻尖，晚飯後切開早已在水中浸泡半天的西瓜，絲絲涼意沁人心脾，記憶中的夏天，似乎從來沒有特別炎熱。

無論怎樣，每個人的童年都少不了西瓜的身影。聯合國糧食及農業組織FAO公佈的2018年數據顯示，中國的西瓜產量爲6302.46萬噸，而出口量僅爲4.29萬噸，出口量連生產量的1%都達不到。國家統計局專門就西瓜算了一筆賬：如果按一個西瓜10斤計算，中國人每年要喫掉160億個西瓜，也就是說，佔世界人口20%的我們，喫掉了世界約70%的西瓜！

此等解暑利器，是我國土生土長的嗎？

並不是，西瓜的栽培歷史十分悠久，在古埃及，五六千年前已開始種植西瓜。與埃及相比，我國西瓜栽培的歷史要晚得多，文字記載始於五代時期的後漢高祖永福12年（公元947年），合陽縣令胡嶠曾記載由回紇引入西瓜，因來自西域，所以稱之爲“西瓜”。

從南宋開始，就湧現出了一大批“喫瓜羣衆”，他們紛紛吟詩詠贊西瓜：

“碧蔓凌霜臥軟沙，年來處處食西瓜”——南宋范成大

“西瓜足解渴，割裂青瑤膚”——元代方回

“拔出金佩刀，斫破碧玉瓶，千點紅櫻桃，一團黃水晶。下嚥頓消煙火氣，入齒便有冰雪聲。”——南宋文天祥

“採得青門綠玉房，巧將猩血沁中央，結成唏日三危露，瀉出流霞九醞漿。”——明朝瞿佑

清初詞人陳維崧有一首《洞仙歌·西瓜》，更稱得上是古代詠西瓜詩詞中的精品：“嫩瓤涼瓠，正紅冰凝結。紺唾霞膏鬥芳潔。傍銀牀，牽動百尺寒泉。縹色映，恍助玉壺寒徹。” 讀後令人饞涎欲滴。

就連文學界的著名“喫貨”汪曾祺都爲西瓜折服：“西瓜以繩絡懸之井中，下午剖食，一刀下去，喀嚓有聲，涼氣四溢，連眼睛都是涼的。”

圖/Pixabay

說這麼多，有一個問題是這些詩人也逃不過的，那就是——

如何選出一顆質地上乘、口感綿密、味美多汁的好瓜呢？

有的人第一反應就是，讓老闆切個小口，我嘗一下不就好了嗎？這樣操作沒毛病，前提是瓜多且好賣外加老闆人足夠好。

圖/Pixabay

大部分人採用祖先們傳下來的技巧：用手指敲一敲西瓜，聲音清脆的是不熟瓜，聲音沉悶的是熟瓜。

那麼每次敲瓜前，你有沒有思考過，這裏頭的挑瓜原理是什麼呢？

要想成爲合格的喫瓜羣衆，首先得明白什麼是成熟度。

口感綿密，咀嚼起來有細沙粒感，水分充足而又不失甜味，這些是大多數人關注的西瓜口感，着重點體現在甜度方面，即含糖量，普遍認爲可溶性糖高的西瓜成熟度高。

爲什麼敲擊西瓜會產生不同的聲音呢？

切開西瓜，我們可以發現裏面有很多孔隙，西瓜中可溶性固形物佔5.8~11.4%，溼基含水率爲87.6~93.5%，西瓜的不同密度對應固形物含量不同。通過計算，假設西瓜內部爲水溶液和氣體的混合物，那麼半徑15cm、密度0.931g/cm的西瓜內對應氣泡半徑爲6.16cm，證明西瓜中孔隙內爲氣體。

所以，氣泡是西瓜中的主要振動元。當我們敲擊西瓜時，聲音來自西瓜內部的氣泡共振。成熟度不同的西瓜，內部的氣泡數量及分佈也有所不同，氣泡振動時對周圍氣泡還會產生影響，呈現在我們耳中的就是或清脆或沉悶的聲音。

那麼，聲音和西瓜成熟度之間有何聯繫呢？

我們先來測評市面上一款名爲“聽西瓜”的APP。將手機靠在西瓜上，敲擊西瓜，分析手機收集的聲音信號，它的判斷依據有兩種：

①分析頻域信號，通過頻率來確定西瓜成熟度；

②觀察時域信號，生西瓜的波形不規則衰減快，熟西瓜的波形上下對稱，衰減慢。

圖/“聽西瓜”APP

　圖/作者

這款APP的判斷思路是正確的，通過分析時域或頻域信號，根據頻率或波形辨別成熟度。但是判斷依據太過簡單粗暴，對波形的規則性、西瓜的成熟度、具體判斷原理定義不夠清晰，誤測的概率比較大。

是時候展示真正的技術了！

已知成熟度高的西瓜可溶性糖含量高，根據西瓜密度和質量可以推測西瓜內可溶性固形物和氣體的體積，建立成熟度和氣體體積之間的關係，而敲擊西瓜產生的聲音反應了共振頻率，共振頻率和氣泡的數量及分佈存在聯繫。

也就是說，通過氣泡這個中間媒介，可以建立成熟度和共振頻率的關係！

成熟度←氣泡→共振頻率

根據觀察，西瓜中的氣泡與水溶液混爲一體，類似於海水中的氣泡，通過氣泡半徑可以計算共振頻率，建立氣泡半徑和共振頻率之間的關係，從而將西瓜成熟度與共振頻率聯繫。

爲了得到確切聯繫，我們對西瓜內部振動模態進行仿真，將西瓜內部的氣泡等效成大氣泡進行多次分割，使分割後的氣泡在西瓜的對稱軸上等間距分佈，並計算每次分割後的共振頻率，隨着氣泡的分割次數增加，共振頻率趨向穩定，最後得到氣泡半徑和共振頻率之間的關係。

圖/作者

根據食品檢測技術，成熟西瓜的頻率範圍爲133 Hz ~160Hz，低於133Hz的爲過熟瓜，高於160Hz爲不熟瓜。

我們對16個西瓜進行驗證，採用糖度計測量西瓜汁的含糖量，並對基頻進行修正，除去個別不可用數據，發現：糖度低的瓜基頻高，而糖度高的瓜基頻低。

更詳細的挑瓜祕訣，讀者老爺們可以戳一下這裏康康。

由此，我們證實共振頻率和成熟度之間可以通過西瓜內部的氣泡建立聯繫。根據挑瓜常識，聲音清脆的西瓜對應高頻範圍，而這樣的西瓜成熟度低、不甜；聲音沉悶的西瓜對應低頻範圍，成熟度高、較甜。

下次買瓜時，如果遇到質疑敲瓜不靠譜而非要切開小口親驗的朋友，記得把這篇文章轉發給Ta！