我 1996年,耶鲁大学经济学家威廉·D·诺德豪斯(William D.Nordhaus)计算出,巴比伦的普通公民总共要工作41个小时才能买到足够的灯油,相当于一个75瓦的灯泡燃烧一个小时。 在美国独立战争时期,一个殖民者可以用蜡烛的形式购买等量的光,大约五个小时的工作。到1992年,普通美国人使用紧凑型荧光灯,可以在不到一秒钟的时间内获得等量的光线。 听起来不错。
除了一件事:我们对待光就像对待一种药物,它的价格正在向零螺旋上升。 用哈佛医学院睡眠专家查尔斯·切斯勒(Charles A.Czeisler)的话来说,“每次我们打开灯,我们都在无意中服用了一种药物,这种药物会影响我们的睡眠方式和第二天的醒来方式。” 1 我们每天的新陈代谢周期并不精确地长达24小时,这是哺乳动物昼夜节律系统中一个关键的进化故障。 必须每天重置生理节奏,使我们的行为与地球自转保持同步,这样我们才能在天黑时睡觉,在天亮时醒来。 这个过程被称为夹带,它是通过曝光来实现的。 在大脑中,下丘脑的一个叫做视交叉上核的区域接收来自视网膜的输入,使专门的“24小时”细胞以特定的模式振荡。 这会影响我们的饮食、睡眠和工作方式。对大多数人来说,昼夜节律反应依赖于强度,这意味着光照越大,对人体昼夜节制系统的影响越大。
更复杂的是,我们与光的关系也是深刻的心理因素。 在《影响照明质量的心理过程》中,发表于 Leukos,北美照明工程学会杂志 2001年,Jennifer A.Veitch分析了有关照明条件如何影响办公室环境中的情绪和行为的现有科学证据。 韦奇发现,“对照度水平的偏好通常高于推荐水平。”荷兰、瑞典、英国、美国和加拿大的研究人员都记录了同样的“超亮”现象。 2 Veitch还引用了一项研究,该研究表明,“患有季节性情感障碍或这种情绪障碍的较轻、亚综合征形式的人始终比匹配的正常对照组更喜欢较高的房间照度水平。”
Veitch的数据支持“在低适应性照明条件下,尤其是在垂直照明较低的情况下,与照明条件相关的常见昏暗体验”的概念。简单地说,人们在没有墙壁照明的昏暗工作室中感觉不舒服。 查看任何经典黑色电影了解详细信息。
我们对光的渴望已经改变了我们的城市。 我们已经把夜间小偷、变态者和扒手束缚住了; 鬼魂、妖精和女巫。 北卡罗来纳大学物理与光学系教授格雷格·格布尔提醒我,H.P.Lovecraft的许多故事 猎黑行者 去看电影 沥青黑色 -我们关注的是当一切都变暗时会发生的可怕的事情。许多否认鬼魂和女巫存在的第一批论文来自荷兰和英国的大城市,其中包括一些欧洲最早和最广泛的街道照明。 大约在同一时间,“未能照明”成为17世纪的犯罪。 正如亨利·大卫·梭罗(Henry David Thoreau)得出的结论:“尽管女巫都被吊死了,基督教和蜡烛也被引入,但男人们通常还是有点害怕黑暗。”到19世纪中期,煤气灯改变了一切。 艺术家、波西米亚人和各行各业的普通公民冒险进入城市的煤气灯之夜。 在1850年的袖珍指南中, 纽约Gas-Light ,我们被告知如何“穿透黑夜的厚重面纱,揭开大都市黑暗的可怕奥秘。”
今天,工程师们正在给车轮上油。 由于半导体中摩尔定律的惊人必然性,照明价格下降,效率提高。 1965年,英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)预测摩尔定律(Moore’s Law)表示,芯片上封装的晶体管数量将每18到24个月翻一番。 半个多世纪过去了,摩尔定律仍然适用,尽管许多专家相信它将在未来几年内继续发展。 照明领域有自己的摩尔定律,一种LED对应物,称为赫兹定律。 2000年,当时就职于安捷伦科技公司(Agilent Technologies)的罗兰·海茨(Roland Haitz)博士预测,LED照明的成本将下降10倍,而“每盏灯的光通量”(我们称之为亮度或亮度)将每十年增加20倍。 这一趋势将持续多久也是一个激烈争论的问题,但固态照明(SSL)技术是基于半导体组件的,因此技术价格已经确定,至少目前是这样,照明可能会继续变得更便宜。
许多最初否认鬼魂和巫婆存在的论文来自荷兰和英国的大城市,其中包括欧洲最早和最广泛的街道照明。
随着价格的下降,我们对光的使用也在按比例增加。 几年来,桑迪亚国家实验室的物理学家Jeff Tsao一直在研究人工照明的经济成本效益比。 通过分析跨越三个世纪和六大洲的数据集,曹国伟和他的同事得出结论:“发光效率的提高导致了照明用能源需求的增加,几乎完全抵消了效率的提高,基本上是能源使用的100%反弹。” 三 桑迪亚集团的方程式并不是神圣的文书,但具有惊人的一致性,人类在面临更便宜、更高效的照明技术时,只需使用更多的照明技术。我们不把储蓄存起来,而是陷入了所谓的杰文斯悖论, 它指出,如果由此产生的节省被花费而不是被节省,那么技术改进可能会适得其反。
Tsao计算出,因此,光代表了一段时间内人均国内生产总值的恒定份额; 300年来,世界一直在将0.72%的GDP用于照明。 如果有其他能源市场的GDP支出在一段时间内保持不变,曹国伟对此一无所知。 著名的环保主义者阿莫里·洛文斯(Amory Lovins)对 《纽约客》 大卫·欧文(David Owen)在2010年表示,改善照明一直是“一顿有偿的午餐” 4
像任何瘾君子一样,我们不知道什么时候受够了。 埃默里大学(Emory University)的生物人类学家卡罗尔·沃特曼(Carol Worthman)表示:“进化人类学家学到的一件事是,人类不一定是自然保护者。”他曾在新几内亚和越南等夜间照明不足的发展中国家进行过实地考察。 “我们没有内在机制来减少消费,即使是为了我们自己的身体健康。”昼夜节律的破坏和夜空的消失只是价格的一部分。 我们甚至尝试过,但失败了,去理解我们有多需要。 “尽管经过了一个多世纪的研究,”桑迪亚研究小组发现,“可比空间的建议[照明]水平仍有高达20倍的差异。”
然而,经过几个世纪的狼吞虎咽,隧道尽头可能终将一片黑暗。 桑迪亚集团预测,“发达国家的平均照度已接近饱和点,但可以提出合理的论点,即饱和点可能会高出10倍或更多。”与我们所走的距离相比,即使是10倍也很小,而且可能在不远的将来达到。 曹国伟表示:“改善的速度仍然很快,所以我认为至少在未来十年内不会出现放缓。”
1850年袖珍指南 纽约Gas-Light 帮助读者谈判一个日益明亮的夜间大都市。 国会图书馆 即使我们没有达到饱和,我们也可能决定控制自己的使用。 生态经济学家布莱克·奥尔科特(Blake Alcott)认为,如果杰文斯(Jevons)的悖论是对的,那么“企业实际效率的提高必须通过配额或定量配给等物理上限来补偿。”奥尔科特在东安格利亚大学(University of East Anglia)攻读博士学位,研究可持续发展战略, 在利兹大学可持续发展研究所任职一段时间后。 他的大部分工作都集中在围绕能源反弹效应的争论上。 奥尔科特认为,我们需要制动机制来限制或限制发达国家照明的扩张。 奥尔科特在信中写道:“尽管他们可能在政治上不受欢迎。” 生态经济学 2005年,“生态经济学应再次重视资源配给。” 5
在这里,技术也将发挥作用。 曹国伟预测,未来将是传感器和网络智能化。 荷兰NXP半导体公司智能照明开发经理杰克·范德波尔表示:“这看起来可能令人毛骨悚然,但当网络知道你在哪里,你在哪里寻找时,网络应该能够找到许多通过合理布置照明来节约能源的方法。”, 告诉英国广播公司:“现在管理路灯的方式太过时了。人们想要更多的控制。”
人类在面临更便宜、更高效的照明技术时,只需更多地使用它。
Sandia的研究人员设想了一个未来,照明系统将更接近自然照明,并在电话中看到了一个有用的类比,即光电话服务演变为“融合了通信、计算和显示技术的智能移动通信系统” 关键是实时控制光波长和强度的混合,以及实时控制光的放置。 圣杯是一种基于半导体的分布式传感器和控制器阵列,可以“调整局部照明度”以匹配时间、地点和人员。 我们的目标是根据人们的喜好定制灯光,这样可以减少照明并通过消除浪费来节约能源。 研究人员表示,预计到2020年左右,当今的紧凑型荧光灯将被SSL LED取代,届时,第一种基本的“智能”照明将开始普及。 这可能最终导致无线控制,以实现完全的开/关调光响应。 据曹国伟2010年发表在《纽约时报》上的文章称,我们将进入一个“照明系统拥有根据用户偏好定制灯光所需的信息”的时代 物理学报D . 6
这将是我们思维方式的重大改变。 随着智能电网的智能化,资源配给在技术上变得更加可行。 智能照明电网的微观定价可能导致“照明套利”,在这种情况下,各种形式的电力需求可以来回交易。 但并不是每个人都认为这会发生。 威廉·诺德豪斯(William Nordhaus)告诉我,“我无法想象在我的有生之年我们会看到照明配给。”诺德豪斯对曹氏团队使用的大型数据集的质量存在一些问题,并认为饱和度不会马上出现。 “如果流明小时数在下个世纪的增长与上个世纪一样大,但在全球范围内达到饱和,我会感到惊讶吗?几乎肯定不会。”
如果没有其他事情,社区可能会自行处理此事。 最近对亚利桑那州基特峰国家光学天文台周围的光污染进行的一项调查表明,这座山只比1988年亮了一点点,基本稳定在1999年的水平。 研究人员认为,当地的照明条例和旨在节约能源的室外照明法规抵消了亚利桑那州城市中心总体人口增长的影响。 洛厄尔天文台(Lowell Observatory)的凯瑟琳·纽金特(Kathryn Neugent)和菲利普·梅西(Philip Massey)写道,这些限制规定了每英亩的总流明,并对室外照明设置了宵禁,“有效地阻止了家庭、商业和室外照明对夜空的影响。”
在弥留之际,歌德应该要求更多的光明。 今天,我们生活在一个满足了歌德最疯狂梦想之外的需求的世界。 海龟错误地走向海边的公寓,萤火虫找不到配偶,2008年三分之二的美国人和世界上90%的人口再也无法用肉眼看到银河系。 我们能承受多少光线? 我们一定会发现的。 毕竟,它实际上是免费的。
德克·汉森为 《科学美国人》、《连线》、, 达纳基金会 科学美国人思维, 和其他出版物。 他是 化学旋转木马:科学告诉我们的关于戒毒的信息。
工具书类
1.Duffy,J.F.&Czeisler,C.A.光对人体生理生理的影响。 睡眠医学诊所 4 , 165-177 (2009).
2.Veitch,J.A.影响照明质量的心理过程。 Leukos,北美照明工程学会杂志 30 , 124-140 (2001).
3.曹J.Y.&Waide P.《世界对光的渴求:跨越三个世纪和六大洲的经验数据和趋势》。 Leukos,北美照明工程学会杂志 6 , 259-281 (2010).
4.Nordhaus,W.实际产出和实际年龄指标是否反映了现实? 照明的历史表明并非如此。 新产品经济学 27-70 (1996).
5.奥尔科特,B.杰文斯悖论。 生态经济学 54 , 9-21 (2005).
6.曹建勇等,《固体照明:能源经济视角》。 物理学报D。 43 ,354001(2010年)。
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