我N 1996年,耶鲁经济学家William D. Nordhaus计算说巴比伦的普通公民将共有41小时购买足够的灯泡,以等于75瓦灯泡燃烧一小时。在美国革命的时候,殖民地将能够以蜡烛的形式购买相同数量的光线,约五小时的工作。到1992年,使用紧凑型荧光的美国普通美国可以在不到一秒钟内获得相同数量的光线。这听起来很有帮助。
除了一件事:我们对待光线就像对待一种价格正呈螺旋形接近于零的药物。用哈佛医学院(Harvard Medical School)睡眠专家查尔斯·a·蔡斯勒(Charles a . Czeisler)的话来说,“每次我们一开灯,就在不经意间服用了一种影响我们睡眠和第二天醒来方式的药物。”1我们每天的新陈代谢周期并不是确切的24小时,这被证明是哺乳动物昼夜节律系统中一个关键的进化故障。昼夜节律必须每天重置,以保持我们的行为与地球自转同步,这样我们就会在天黑时睡觉,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信息,导致特殊的“24小时”细胞以特定的模式振荡。这影响了我们的饮食、睡眠和工作。对大多数人来说,昼夜节律反应是依赖于强度的,这意味着光线越大,对人体昼夜节律系统的影响就越大。
更复杂的是,我们与光的关系也是深刻的心理关系。发表于《影响照明质量的心理过程》莱科斯,北美照明工程学报杂志2001年,詹妮弗·a·维奇(Jennifer A. Veitch)分析了有关照明条件影响办公室环境中的情绪和行为的现有科学证据。维奇发现“人们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有相同的“忽略”倾向。2Veitch还引用了一些研究,这些研究表明,“季节性情感障碍或这种情绪障碍的较温和亚症状的人,与匹配的正常对照组相比,始终更喜欢较高的房间光照水平。”
Veitch的数据支持“低适应亮度的照明条件下,特别是垂直亮度较低的情况下,通常会出现黑暗的体验”的观点。简单地说,在没有墙壁照明的昏暗工作室里,人们会感到不舒服。详情请参阅任何黑色经典电影。
我们对光的欲望已经改变了我们的城市。我们蹒跚着盗贼,变态和扒手;幽灵,哥布林和巫婆。北卡罗来纳大学物理和光学科学系教授格雷格·古堡提醒我,从H. P. Lovecraft的财富黑暗幽魂到电影沥青黑色——专注于当一切都变黑时我们会遇到的可怕的事情。许多最初否认鬼魂和女巫存在的论文来自荷兰和英国的大城市,这些城市拥有欧洲最早和最广泛的街道照明。大约在同一时间,“未能阐明”成为17世纪的一种犯罪。正如亨利·大卫·梭罗(Henry David Thoreau)总结的那样:“尽管女巫都被吊死了,基督教和蜡烛也被引入了,但人们通常还是有点害怕黑暗。”到了19世纪中期,煤气灯改变了一切。艺术家、波希米亚人,以及各行各业的普通市民,都冒险进入煤气灯照亮的城市黑夜。在1850年的袖珍指南中,纽约的煤气灯书中告诉我们如何“穿透厚重的夜幕,揭开大都市黑暗可怕的神秘面纱”。
今天,工程师们正在给车轮加油。在半导体领域,摩尔定律(Moore 's Law)的不可避免性令人惊叹,照明价格下降,效率提高。摩尔定律(Moore’s Law)是英特尔(Intel)联合创始人戈登•摩尔(Gordon Moore)在1965年提出的一项预测。该定律指出,芯片上封装的晶体管数量每18到24个月就会翻一番。半个多世纪过去了,摩尔定律仍然成立,尽管许多专家认为它将在几年后走到尽头。照明领域有它自己的摩尔定律,一个LED对应的叫做海茨定律。2000年,当时在安捷伦科技公司工作的罗兰·海茨博士预测,LED照明的成本将下降10倍,而“每盏灯的通量”(我们称之为亮度或光度)将每十年增加20倍。这一趋势将持续多久也是一个激烈的争论,但固态照明(SSL)技术是基于半导体组件,所以技术价格固定,至少目前,照明可能会继续变得更便宜。
许多最初否认鬼魂和女巫存在的论文来自荷兰和英国的大城市,这些城市拥有欧洲最早和最广泛的街道照明。
随着价格的下降,我们对光的使用也相应地增加了。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。分析数据集跨越三个世纪和六大洲,曹和他的同事在桑迪亚得出结论,“提高照明效率的结果已经增加对能源的需求用于照明,几乎完全抵消了能源使用效率gains-essentially反弹100%。”3.桑迪亚集团的公式并不是神圣的,但具有显著的一致性,人类,当面对一种更便宜和更有效的照明技术时,简单地使用它。我们并没有把节省下来的钱存入银行,而是陷入了所谓的杰文斯悖论(Jevons’paradox)。该悖论认为,如果由此节省下来的钱被花了,而不是被存了下来,那么技术改进可能会适得其反。
曹计算的结果是,随着时间的推移,光在人均国内生产总值(GDP)中的比例是固定的;300年来,全世界的光支出占GDP的0.72%。如果有其他能源市场的支出占GDP的百分比随时间变化不变,曹不知道这些市场。著名的环境学家艾默里·洛文斯曾告诉《纽约客》在2010年的一篇文章中,大卫·欧文(David Owen)说,改善照明一直是“你拿了钱就该吃的午餐”。4
就像任何瘾君子一样,我们不知道什么时候我们有足够的时间。“进化的人类学家所知的一件事是人类不一定是天然保护主义者,”埃默里大学的生物人类学家卡罗尔斯商人表示,他在发展中国家在新的几内亚和越南等发展中国家做了野外工作。“即使是我们自己身体健康的最佳利益,我们也没有内在的机制来减少消费。”昼夜节律的破坏和消失的夜空只是价格的一部分。我们甚至尝试过,失败了解我们需要多少。“尽管在一个世纪的研究中,”桑迪亚集团发现“,”推荐的[照明]适合可比较的空间的水平仍然变化达到20倍。“
然而,在几个世纪的狼吞虎咽之后,隧道的尽头可能最终会出现黑暗。桑迪亚集团预测,“发达国家的平均照度正接近饱和点,但可以提出合理的论点,饱和点可能是10倍或更高。”与我们所取得的成就相比,即使是10的倍数也是很小的,而且可能在不远的将来达到。“改善的步伐仍然相当快,”曹说,“所以我认为至少在未来10年内,放缓不会发生。”
即使我们没有达到饱和,我们也可能决定控制我们自己的使用。生态经济学家布莱克·奥尔科特(Blake Alcott)认为,如果杰文斯的悖论是正确的,那么“一切照旧的效率增长必须用配额或定量配给等物理上限来补偿。”奥尔科特在利兹大学(University of Leeds)可持续发展研究所(sustainability Research Institute)工作了一段时间后,在东安格利亚大学(University of East Anglia)攻读了可持续发展战略博士学位。他的大部分工作都集中在围绕能量反弹效应的争论上。奥尔科特认为,我们需要刹车机制来限制或限制发达国家照明行业的迅猛发展。“尽管它们在政治上可能并不流行,”奥尔科特写道生态经济学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。Tsao预测未来将是传感器和网络智能性。“这似乎令人毛骨悚然,但是当网络知道你在哪里以及在哪里寻找时,网络应该能够通过明智地放置光线来弄清楚很多节约能源的方式。”荷兰NXP半导体智能照明的开发经理Jack Van der Pol告诉BBC:“现在管理的路灯的方式如此过时。人们想要更多的控制权。“
人类,当面对一种更便宜、更高效的照明技术时,只是简单地使用它。
桑迪亚的研究人员设想了一个未来,其中照明系统将更加密切地近似自然照明,并在电话中看到一个有用的类比,其中裸骨电话服务演变为“具有融合通信,计算和显示技术的智能移动通信系统。“实时控制光波长和强度的混合,以及光放置的实时控制,是键。Holy Grail是一种基于半导体的分布式传感器阵列和控制,将“定制局部照明”匹配时间,地方和人。目标是定制光以适应人们的偏好,这可能会通过熨烫废物来削减照明并节省能量。研究人员说,今天的紧凑型荧光灯预计将向SSL LED达到SSL LED,这是第一个基本的“智能”照明将获得地面。这最终可能导致无线控制以满足/关闭调光响应。根据TSAO的2010篇文章,我们将进入“照明系统具有为用户偏好定制光线所需的信息”的时代物理学报D.6
这将是我们思维方式的一个重大变化。随着智能电网越来越智能化,资源配给在技术上变得更加可行。智能照明电网上的微定价可能导致“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。但并不是所有人都认为这将会发生。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灯光配给。”诺德豪斯对曹的团队使用的大数据集的质量存在一些问题,他认为饱和度还不是马上就能达到的。“如果下个世纪流明小时的增长和上个世纪一样快,我会感到惊讶,但全球范围内的饱和?几乎肯定不是。”
如果没有别的办法,社区可能会自行处理此事。最近对位于亚利桑那州基特峰(Kitt Peak)的国家光学天文台(National Optical Astronomy Observatory)周围的光污染进行的一项调查显示,这座山的亮度仅比1988年稍亮,基本稳定在1999年的水平。研究人员认为,当地的照明条例和户外照明规范旨在节约能源,这已经设法抵消了亚利桑那州城市中心的总体人口增长。洛厄尔天文台的凯瑟琳·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,“已经有效地阻止了家庭、商业和室外灯光对夜空的影响。”
歌德临终时,应该要求更多的光线。今天,我们生活在一个满足了歌德超乎想象的需求的世界。海龟跌跌撞撞地奔向海边的公寓,萤火虫找不到配偶,2008年三分之二的美国人和世界上90%的人口无法再用肉眼看到银河系。我们能承受多少光?我们一定会找到答案的。毕竟,它实际上是免费的。
德克·汉森的贡献科学的美国,有线,Dana基金会《科学美国人的思维》和其他出版物。他是本书的作者化学旋转木马:科学告诉我们如何战胜毒瘾。
参考文献
1.《光对人体昼夜生理的影响》。睡眠医学诊所4, 165 - 177(2009)。
2.王志强,王志强。心理过程对照明质量的影响。莱科斯,北美照明工程学报杂志30., 124 - 140(2001)。
3.曹志勇、陈志强、陈志强,《世界对光的需求:三世纪六大洲的实证数据与趋势》。莱科斯,北美照明工程学报杂志6, 259 - 281(2010)。
4.实际产出和实际工资指标反映现实吗?照明的历史表明并非如此。新商品经济学27 - 70(1996)。
5.奥尔科特,B.杰文斯的悖论。生态经济学549(2005)。
6. Tsao J.Y.等等。固态照明:能源经济学的观点。物理学报D。43.,354001(2010)。