作者：Max
審核：李毅飛
現代人三大迷惑行為：搜尋引擎看病，電商網購抓藥，社交平臺養生
01
事情是這樣的，某日物理君為圖方便，用搜尋引擎搜索了太赫茲領域的相關新聞。再打開購物網站的時候，便收到了奇怪的推薦——
這科技感實足的造型，騷氣的顏色，拉風的名字，配上使用演示實景圖，實在是閃瞎了在下的鈦合金狗眼。確定這不是某種新型手持作戰武器？
產品詳情頁還給出了科學原理的解釋：
「……直接被物質內部的無機物質、有機物、細胞的遺傳基因分子及原子吸收，增強格子振動能量（激活或被稱為使其活性化）。」簡而言之，太赫茲波照一照，變身蜘蛛俠不是夢。
不得不說該產品推薦勾起了物理君強烈的好奇心，於是在網購平臺搜索欄中輸入了「太赫茲」三個字。於是又發現了更多「高科技」保健產品。
有針對年輕市場的，「纖體養生，活化機能」的「生命光線」「正能量」手鍊
愛美之心人皆有之，「對抗時光，重塑立體輪廓」，「每秒釋放1兆次太赫茲波」的多晶矽美容儀自然少不了。
如此高科技的應用怎麼會放過老人市場，於是「泰赫茲納米能量防滑老人鞋」應運而生。
這三款「高科技」產品有的來自【xx好貨】，有的來自【xx超市】，還有的來自某某服飾旗艦店。除了上述三款以外，還有無數令人眼花繚亂的太赫茲相關產品，在這裡就不給大家免費推廣帶貨了……
當然，物理君對於這些「高科技」產品，都已毫不留情的點擊了「舉報」，避免爸爸媽媽哥哥姐姐叔叔阿姨爺爺奶奶踩雷。如果太赫茲有社交帳號，估計也要發文吐槽喊冤一下：你們都要玩我，好歹把名字叫對了行嗎？那些「泰赫茲」、「鈦赫茲」都是什麼鬼？
02
那麼，被各種保健產品蹭熱度瘋狂應用的「太赫茲」到底是個什麼東西？
太赫茲（Terahertz，THz）是頻率單位之一，表示電磁波的振蕩頻率，這裡的「T」與硬碟中的「TB」一樣，是數量單位，1THz= 1012Hz，因此太赫茲一般指頻率在0.1~10 THz(波長為30μm—3mm)範圍內的電磁波，在長波段與毫米波相重合，在短波段與紅外光相重合，是宏觀經典理論向微觀量子理論的過渡區，也是電子學向光子學的過渡區，稱為電磁波譜的「太赫茲空隙(THz gap)」。
太赫茲波的波段能夠覆蓋半導體、等離子體，有機體和生物大分子等物質的特徵譜，因此利用太赫茲（波）作為診斷媒介，可以診斷許多物理、化學反應過程，從而在材料科學、生物醫學等領域具發揮重要作用。
如今的太赫茲技術是一個非常重要的交叉前沿領域，可廣泛應用於雷達、遙感、國土安全與反恐、高保密的數據通訊與傳輸、大氣與環境監測、實時生物信息提取以及醫學診斷等領域，給技術創新、國民經濟發展和國家安全提供了一個非常誘人的機遇，可能引發科學技術的革命性發展。目前在以下四個領域中，太赫茲技術有很好的應用前景。
1、安檢成像
在火車站、機場等公共場所進行的傳統安檢通常要進行兩步：先通過金屬安檢門（大多基於X射線），隨後全身被工作人員用手持式金屬探測器掃了個遍。而傳統人體安檢方式存在諸多漏洞：金屬安檢門無法定位隨身藏匿違禁品，需人工複查，人工安檢工作量大，效率低，還存在漏檢隱患和涉及隱私等問題；此外，一些爆炸物、液體、陶瓷等非金屬危險及違禁品，傳統金屬安檢門「形同虛設」，同時傳統方式對於數據收集、存儲以及管理都較為薄弱。
太赫茲波的穿透能力很強，覆蓋面更廣，其對於生活中常見的塑料製品，紡織品，木製品都是透明的，而對於金屬和特定的化學物質則表現出不同強度的反射特性，可探測藏匿在人員衣物下的武器、爆炸物，以及金屬和非金屬等物品，特別是對陶瓷刀具等其他儀器很難查到的物品有很高的探測效率，可探測卡片大小的物品。同時，由於太赫茲光子能量很低，頻率為1THz的太赫茲單光子能量僅為4.13 meV，因此，其不會在人體產生有害的光致電離，相比X光更加安全。因此基於太赫茲的無損成像技術在安全監測領域具有廣泛應用，目前北京各大高鐵站、機場均已配備了相關的設備。
某機場THz安檢儀
2、通信
隨著移動通信技術的快速發展，人們對數據的傳輸速率要求也越來越高。從通信1G（2.4Kbps）到現在的5G，我們可以看到數據的傳輸速率提高了幾千倍。相應的，我們使用的無線電磁波的頻率也在不斷提高。因為理論上來講，頻率越高，允許分配的帶寬範圍越大，單位時間內所能傳遞的數據量就越大。太赫茲波的頻率比目前使用的微波要高1～4個數量級，它能提供10Gbit/s以上的無線傳輸速率，這是微波無法達到的高度。
當前，美國、歐盟、日本等國都在加速發展面向6G 的太赫茲通信技術。2019 年日本NTT集團宣布研發出了太赫茲頻段的射頻晶片，並進行了高速數據傳輸實驗，峰值速率達到了100 Gbit/s。德國固態物理研究所(IAF)、德國聯邦物理技術研究院(PTB)、Braunschweig 大學、日本NTT、美國貝爾實驗室、加拿大多倫多大學、法國IEMN、美國Asyrmatos 通信系統公司等在太赫茲技術研究上投入了巨大的精力。
3、雷達
總的來說，太赫茲雷達具有高解析度、強穿透力和強抗幹擾能力等特點。因為太赫茲的波長很短，大約在30μm—3mm的範圍內，遠小於微波與毫米波的波長，能達到更高的精度，而且穿透力遠遠強於雷射雷達。
相比於傳統的高頻信號，由於太赫茲信號的波長短，對目標的材質和表面更加敏感。太赫茲雷達將是未來目標檢測和識別的重要設備。隨著系統集成技術的進步，整個雷達系統可以被設計得更小，因此太赫茲雷達可以用於自動駕駛汽車的車載高分辨力成像雷達。
目前，實現汽車無人駕駛的三大主流傳感器是光學攝像頭、雷射雷達與毫米波雷達。光學攝像頭與雷射雷達作為光學傳感器，性能上存在覆蓋距離近、惡劣天氣工作受影響的缺點。毫米波雷達探測距離遠、不受惡劣天氣工作影響；但不能識別物體形狀，且解析度較低，主要用於避障。而太赫茲波與毫米波一樣，不容易受天氣和光線幹擾；太赫茲汽車雷達相比光學攝像頭與雷射雷達，即使在惡劣天氣下，性能也不會出現大幅度衰退；而功能與雷射雷達類似。
4、生物醫療診斷
在生物醫學領域，太赫茲技術可以為眾多應用場景提供新型的醫療手段。太赫茲波易被極性分子吸收，光子能量較X 射線低很多，由於能量對絕大部分的生物細胞無電離傷害，適合對活體生物或組織進行實時檢查，如人體皮膚燒傷程度檢測或皮膚癌的早期診斷、口腔疾病診斷、生物傳感探針治療、活體DNA 鑑別等。
生物體對太赫茲波具有多種獨特的響應，DNA、RNA、蛋白質等重要生物大分子的許多旋轉、振動能級和氫鍵都處於太赫茲波段。太赫茲波在生物大分子之間的信息應答，乃至對生物大分子的精確調控方面，太赫茲波譜對這些生物分子集體振動模式引起的分子構象、分子結構及分子環境的變化非常敏感。也就是說，太赫茲的頻段能夠直接探測到生物分子的信息，這是其他電磁波段無法比擬的。
左：人的右髖骨的實物照片；中：X射線成像圖；右：太赫茲成像圖；髖骨翼含有更多的海綿組織，髖骨的下方含有更多的密質骨。通過X射線成像只能看出髖骨翼對X射線透過性很高，而太赫茲成像技術能夠很好地通過色度的變化展現出髖骨的構成變換情況。
03
我們正處於一個信息爆炸的時代，蹭熱度的「智商稅」產品屢見不鮮，市場監管自然不可少。對於普通群眾而言，保持好奇之心，遇事多問幾個為什麼，多花幾分鐘去搜索一下背後「高大上」名詞的具體含義，或許能幫助我們極大地降低我們上當受騙的概率。
參考文獻：
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[6]鄧維立，劉霞. 太赫茲/毫米波人體安檢和人臉識別技術深度融合應用研究. 安全檢查
[7]劉瑞婷. 太赫茲探測技術應用及發展研究. 無線技術
[9]羅超. 華訊方舟：擁抱「太赫茲毫米波+」智慧人體安檢新時代
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作者：Max
審稿：李毅飛
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