「别总玩手机了,辐射大得很,对身体不好!」这曾经是中国父母对子女不厌其烦的叮嘱。

 

的确,手机是一直要被抱着上网,或者紧贴在头上打电话,甚至搂着睡觉的,堪称我们关系最密切的伙伴。这个伙伴要工作,就得源源不断地向外辐射「电磁波」这种看不见摸不着的神秘能量。离手机最近的,就是我们的头部。头骨里那柔弱的大脑,正是人体的司令部,经不起一点闪失。

 

手机产生的电磁辐射,就在如此近的距离作用于大脑,到底会不会对身体有什么不利的影响?其实,这是一个有着数十年历史的古老问题,随着 5G 等新技术的发展又不断被反复追问,历久而弥新。

 

下面,蜉蝣君将和大家探讨下面几个问题:

  • 什么是电磁辐射?电磁辐射是否对人体有害?手机产生的辐射到底有多大?我们该怎么办?

 

1、什么是电磁辐射?

 

电和磁是密不可分的两种物理现象。变化的电场产生磁场,变化的磁场又产生电场,两者互为因果,形成电磁场。

 

电磁场就这样在电生磁,磁生电的过程在空间中不断传播开来,把能量像潮水一样一波一波地向前散播开来,形成了电磁波。

 

电磁波(红色的线表示电场,蓝色的线表示磁场)

 

这些电磁波以光速向前传播。由于光速恒定,所以波长和频率就是成反比关系,即波长越长,频率越低;反过来就是波长越短,频率越高。

 

电磁波波长和频率的关系

 

电磁波的能量和频率紧密相关。不同频率的电磁波所含能量不同,其辐射于人体并被吸收之后,产生的作用是不同的。

 

无线电波,微波,红外线,这些类型的电磁波频率较低,被人体吸收之后,所含的能量最终都转化成了热量。

 

这种类型的辐射就叫做「非电离辐射」。顾名思义,就是不会使人体产生电离效应的辐射。

 

那什么是电离呢?且看下面这种高频电磁波的所作所为。

 

随着电磁波频率的升高,到了 X 射线和伽玛射线(γ射线)这个级别,就可以称为高能电磁波了。

 

这些高能电磁波会把人体内的原子中的电子给直接轰击出去,失去电子的原子就带上了正电,这个过程就叫「电离」。

 

电离辐射破坏人体微观结构

 

电离会对人体内部从微观上产生破坏。毫无疑问,电离辐射对人体的伤害是巨大的。

 

电磁波的频率越高,能量越强,电离能力越强。在电磁波谱上,过了可见光,到了远紫外线这个级别的时候,电离能力就已经比较强了。

 

电离辐射的危害是巨大的,这一点确凿无疑,因此也没有必要再进行讨论。

 

那么,广泛应用在无线通信中的无线电波或者微波产生的非电离辐射到底是否对人体有害呢?

 

2、非电离辐射是否对人体有害?

 

这个问题看似简单,普罗大众也都期望获取到一个非常明确的答案。如果无害就敞开用,有害就少用!

 

然而非常遗憾,科学共同体对此的回答是:不知道,因为没有彻底搞清楚,还存在争论。

 

当然更字斟句酌的回答是:迄今为止,没有任何研究表明存在一致的证据,证明接触射频场强度低于造成组织发热的限值,会产生不良健康后果。

 

早在 1996 年,世界卫生组织(WHO)就建立了「国际电磁场计划」,以调查人体长期暴露在极低频电场和磁场中是否会危害健康。

 

在 2008 年,该项目最终发布了对电磁辐射长期调查的评估结果与建议,也就是上述那段科学而严谨的描述。

 

为什么经过了长达 12 年的研究,只得出了这样一个似是而非的结论?

 

当电磁波作用于人体时,非电离辐射会产生两种影响:热效应和非热效应。下面我们这两种效应分开说。

 

所谓热效应,即是人体受电磁波的影响,内部产生感应电流,体内的分子运动加剧,电磁波的能量最终转化为热量。

 

热效应的原理已经研究地很透彻了,并在我们的日常生活中一直在使用,微波炉就是热效应的最经典应用。

 

有人说,既然微波炉可以把食物加热到熟透乃至烧焦,那肯定也会对人体产生类似伤害。

 

这种说法是因为,微波炉的功率一般在一千瓦以上,加热效果自然显著,人体组织显然扛不住如此高功率的摧残。

 

而手机的发射功率一般只有 0.1 到 2 瓦,对人引起的局部温度升高不会超过 0.2 度,再加之血液的流动,基本不会对人体产生影响。

 

真正麻烦的是「非热效应」。

 

人体长时间暴露在低热效应的电磁环境里,虽然不会受到组织发热等影响,但是也可能会存在其它生理影响,这些影响被统称为非热效应。

 

比如下面几个问题:

 

细胞生长和增殖会不会受到影响?

体内各种酶的活性会不会受到影响?

组织的修复和再生会不会受到影响?

 

上面几个问题的实质是,人体是精密而复杂的,内部同时进行着多种物理化学过程来支撑各种各样的生理活动,这些活动会不会受到持续的外部电磁场的影响呢?

 

关于这方面的研究可以说是百花齐放,百家争鸣,争议遍地,持续数十年依然不清不楚。

 

2011 年,世界卫生组织(WHO)下属的国际癌症研究机构(IARC)将手机定义为「可能致癌物」,归属 2B 类(同属 2B 类的还有咖啡,泡菜等)。

 

IARC 发布的评估报告称,无线通信设备产生的电磁场增加了患神经胶质瘤(一种脑瘤)的风险,有可能是一些人患癌症的原因。

 

2016 年 5 月,美国政府资助的一项研究通过对小白鼠的实验显示,长期高强度使用手机,可能导致大脑神经胶质瘤和心脏神经鞘瘤发病风险上升。

 

这似乎印证了之前 IARC 发布的评估报告。但是该发现也引发了业界内外不少争论与质疑。

 

2018 年 3 月,美国国家环境科学研究所国际毒理学计划也公布了一份关于大鼠小鼠手机电磁辐射致癌的报告草案。

 

但报告中也同时提到,这项研究是同类研究中规模最大的,但是它依然不够完善,变量控制不够充分等等问题依然存在,导致无法百分百确信结论的正确性。

 

同时,国际上亦有多家机构进行了手机使用与癌症关系的研究,但这类研究大多因「研究方法选择不恰当」或「样本数过小」等问题受到质疑。

 

除了这些得出负面结论的研究,正向的研究结论也是屡见不鲜。

 

多年以来,在东欧地区存在一种毫米波疗法:通过每天在毫米波照射中暴露 15-30 分钟,持续 5-15 天,可以治疗胃溃疡、心血血管疾病、呼吸道疾病、皮肤病等。

 

美国天普大学的学者发现 61.22GHz 的毫米波能够抑制皮下肿瘤生长。另外的一些研究表明,毫米波可以增强人体免疫系统。

 

甚至,由于认为毫米波可以促进伤口愈合,并且不留伤疤,它也已经在俄罗斯的一些美容诊所中用以医疗美容。

 

面对这样看似充满争议的局面,各种频段电磁波的非电离辐射对人体的好处姑且不谈,业界普遍还是倾向于非电离辐射是没有害处的。

 

总结下来还是那句话:迄今为止,没有任何研究表明存在一致的证据,证明接触射频场强度低于造成组织发热的限值,会产生不良健康后果。

 

3、手机辐射的国际标准

 

为了保险起见,各个国家和组织制定了相关的电磁辐射暴露健康标准,将手机的辐射严格限制在一个很小的范围内。只要手机遵守这些标准,就可以认为是安全的。

 

这些健康标准都指向了一个指标:SAR,专门用于手机等便携通信设备近场辐射对人体健康影响。

 

SAR 的全称是 Specific Absorption Ratio,中文意为「比吸收率」。其定义为「人体的一部分组织,平均一秒钟时间会吸收多少手机发出的电磁波能量」,单位为 W/kg。

 

SAR 的数学定义

 

要评估这个值,需要明确两个因素的影响:

 

1. 测量的人体组织样本的质量取多少? 

2. 连续测量多长时间进行平均?

 

上述两个因素的取值在欧洲和美国是不同的,因此导致了标准数值上的差异。

 

欧洲的标准是取 10 克的人体组织作为测量单位,连续测试 6 分钟,依此得出的 SAR 值不得超过 2.0W/kg。

 

美国联邦无线电委员会(FCC)制定的标准更为严格,取 1 克的人体组织作为测量单位,并连续测试 30 分钟,依此得出的 SAR 值不得超过 1.6W/kg。

 

这个值呢,是一个双刃剑。定地松了起不到保护人体健康的作用,定地太苛刻了又会限制行业的发展。

 

中国则经过了长期研究,在 2007 年发布了 GB 21288《移动电话电磁辐射局部暴露限值》这一强制标准。

 

该国标借鉴了欧洲的标准,明确规定:「任意 10 克生物组织、任意连续 6 分钟内的平均比吸收率(SAR)值不得超过 2.0W/kg」。

 

除此之外,国标还要求厂家在产品说明书中用黑体字标注 SAR 值,并鼓励同时在产品外包装上标明,如下图所示。

 

国标对手机 SAR 标注的要求

 

SAR 的测试需要经过标准,严格的流程。行业推荐标准 YD/T 1644.1-2007 中对测试模型和测试流程进行了非常详尽的描述。

 

首先制作一个标准的人体模型,其形状是根据人体学研究中 90%成年男子头部的研究报告而制定的,模型的耳朵模拟人使用手持设备时耳朵的扁平状态。

 

用于测试手机 SAR 的人体模型

 

然后再给模型内注入和人体的电介质特性相同的模拟组织液(其实模拟的就是大脑组织)。不同频段上模拟组织液的参数有细微的不同。

 

为了评估 SAR 的三维分布,装有探头的扫描定位系统应可以扫描模型内部的整个电磁辐射的暴露体积以及强度。

 

考虑到打电话时手持手机的习惯,测试时,手机在头部模型上的两种测试位置 「贴脸」和「倾斜 15°」都需要进行。

 

测试手机 SAR 值需要考虑的两种手持手机姿势

 

利用此模型,再经过复杂而严谨的测试流程,就可以得到准确的头部 SAR 值了。

 

4、SAR 值和手机的发射功率的关系

 

手机的发射功率一般都很小,且大多数时间都不需要满功率发射。

 

在 2G 的 GSM 技术下,手机的最大发射功率可达到 33dBm(2W),但是 GSM 的一个载频分为 8 个时隙,手机同时只能占用一个时隙,因此平均下来的发射功率仅为 250 毫瓦。

 

在 3G 的 WCDMA 技术下,手机的发射功率只在 2100M 上最大支持 33dBm(2W),其他频段都是 21dBm(125 毫瓦)或者 24dBm(250 毫瓦)。并且手机还要进行每秒 1500 次的功率控制,在能满足需求的基础上力争把手机的发射功率降到最低。

 

在 4G 的 LTE 技术下,手机的最大发射功率仅为 23dBm(200 毫瓦),跟 2G 和 3G 手机的平均发射功率相差不大。

 

到了 5G,手机在几个主流的 TDD 频段(比如移动的 2.6GHz 和电信联通的 3.5GHz)上的发射功率可以达到 26dBm(400 毫瓦)。但 TDD 的上行时隙占比较低,一般为 30%,另外 70%的时间手机其实是不发射功率的,这样平均下来也是小于 23dBm 的。

 

一般来说,手机的发射功率和手机的通信质量密切相关,手机在设计时必然是要遵守协议,通过降低发射功率来减小 SAR 是得不偿失的。

 

在测试时需要把手机的发射功率设置为最大,因此,在满足协议的前提下,所有手机在这一点上是站在同一起跑线的。

 

要降低 SAR,在手机设计中是一个综合性的系统问题。在设计初期,就需要充分考虑主板的设计,天线的位置,听筒,话筒,以及电池的合理放置,在保证发射功率的同时,调整天线的方向图,减少直接面向头部的峰值。

 

大量的实验数据也已证明,各款智能手机的 SAR 值主要取决于天线种类,位置,内部电路设计,以及外观设计等因素,而非移动通信的制式。

不同品牌的手机,甚至同一品牌不同型号的手机,其 SAR 值之间相差往往非常大。

 

在去年年初,德国联邦辐射防护办公室针对德国市场销售的手机发布了一份手机辐射排行榜,结果国产品牌霸屏。

 

德国联邦辐射防护办公室公布的手机辐射 TOP16

 

如上图所示,在辐射 SAR 值较高的前 16 名中, 小米和一加各占 4 款,「包揽」了半壁江山。

 

德国公布的手机辐射较低的 16 款手机

 

而在 SAR 值较低的 16 款手机中,三星一家竟然占据半数,国产品牌只剩下中兴手机了。

 

尽管这些手机的 SAR 值都小于 2.0W/kg,是符合标准的,但没有对比就没有伤害,某些国产品牌跟三星相比还是不足的。

 

苹果手机可以非常方便地查询 SAR 值。只需进入:设置→通用→法律与监管→射频暴露,就可以看到关于 SAR 值的解释说明和一个链接,点击链接进去该型号的 SAR 值了。

 

苹果手机查询 SAR 的界面

 

鉴于苹果一向严谨的态度,下面的 SAR 值应该是可信的。蜉蝣君目前所用手机的 SAR 值为 0.56W/Kg,远低于中国国标的要求。

 

苹果 iPhone7 手机的 SAR 值

 

至于安卓手机,由于厂家较多,蜉蝣君测试了手边的一部红米,一部华为。

 

结果两部都是翻遍设置都没有找到查看 SAR 的地方。上了小米官网,试图查询最新的小米 10 Pro 的 SAR 值,也无果而终。

 

现状如此,相信后续会有清晰的查询办法,我们也只能拭目以待了。

 

5、我们该怎么办?

 

手机的辐射客观存在,然而目前世界上有太多的未知没有发现,电磁生物学也确实没有办法证明手机辐射无害,只是能是倾向于无害。

 

那我们应该怎样和手机这个不能离开须臾的伙伴相处呢?

 

「嘴上说不要,身体却很诚实」正是上述问题的最佳答案。

 

现如今,不但那些在「辐射有害」的教诲下成长的年轻人依旧我行我素抱着手机嗨玩,连那些曾视手机辐射为洪水猛兽的父母们竟也都沉迷在各式各样的手机 APP 其中无法自拔了。

 

其实,我们的大脑无时无刻不在进行利弊的权衡,从而取得利益最大化的决定。

 

比如,尽管吸烟明确致癌,其中的放射性物质还有电离辐射,但它带来的愉悦是绝对的立竿见影的,烟民们还是愿意为此付出健康风险的代价。

 

酒精,也是不折不扣的一类致癌物,但仍然阻止不了人们在饭桌上推杯换盏,把酒言欢。毕竟对酒当歌,人生几何。

 

各种各样的药物,其不良反应经常能长达好几页纸,但病人们还是能毫无心理压力地吞咽下去。原因无他,其利远大于弊。

 

对于上述明确有害的事情我们我们尚且可以权衡利弊而决策,那么,对于没有任何明确证据证明有害的非电离辐射,最优选择当然是不言自明的。

 

综上,作为一个理性的人,在无线通信给我们带来的前所未有方便快捷,甚至愉悦面前,是没有可能拒绝的,非电离辐射那一点未知的风险简直是不值一提。

 

曾经,那群原始人围着熊熊燃烧的火堆,火焰强烈地发射着红外线和可见光,这些携带能量的电磁波(红外线,可见光)照射在肥美的羊肉上,脂肪嗞嗞作响,激起美拉德反应,香气四溢。他们畅谈未来,载歌载舞。

 

围着火堆跳舞的人

 

时光如梭,这些人已传承为现在的我们,虽然外表可能已经大不相同,但内在的需求依然如旧。

 

因为,作为一个个孤立的个体,我们是孤独的,对美食,通信和社交的渴望早已镌刻在了基因里。