WEBVTT

00:00:01.571 --> 00:00:03.586
在我成長過程中，每年夏天，

00:00:03.610 --> 00:00:06.992
我會從我在加拿大的家，
搭飛機去看我的祖父母，

00:00:07.016 --> 00:00:08.816
他們住在印度孟買。

00:00:09.157 --> 00:00:12.291
現在加拿大的夏天很暖和，

00:00:12.315 --> 00:00:16.022
最高大約攝氏 22 度或華氏 72 度，

00:00:16.046 --> 00:00:18.666
這是典型的夏日，不算太熱。

00:00:19.276 --> 00:00:22.315
另一方面，孟買
是個又熱又濕的地方，

00:00:22.339 --> 00:00:25.557
會超過攝氏 30 度或華氏 90 度。

00:00:26.364 --> 00:00:27.950
一抵達孟買，我就會問：

00:00:27.974 --> 00:00:32.384
「怎麼可能有人在這種天氣
生活、工作，或睡覺？」

00:00:33.539 --> 00:00:37.185
更糟的是，我的祖父母沒有冷氣。

00:00:37.768 --> 00:00:40.593
我已經盡了我最大的努力，

00:00:40.617 --> 00:00:43.371
但我始終無法
說服他們裝一台冷氣。

00:00:44.220 --> 00:00:47.315
但這狀況在改變，且改變得很快。

NOTE Paragraph

00:00:47.914 --> 00:00:52.255
現今的冷卻系統所用的電量加總起來

00:00:52.279 --> 00:00:54.652
佔全世界用電量的 17%。

00:00:54.676 --> 00:00:57.070
包括從我暑假

00:00:57.094 --> 00:00:59.871
超想要的冷氣，

00:00:59.895 --> 00:01:02.599
到超級市場中確保我們的食物安全

00:01:02.619 --> 00:01:04.760
且存放於低溫的冷藏系統，

00:01:04.784 --> 00:01:09.036
到確保我們資料儲存中心
能順利運作的工業規模冷卻系統。

00:01:09.624 --> 00:01:13.109
這些系統所排放的溫室氣體加起來

00:01:13.133 --> 00:01:15.383
佔全球總排放的 8%。

NOTE Paragraph

00:01:15.823 --> 00:01:17.434
但，讓我睡不著覺的，

00:01:17.458 --> 00:01:22.379
是我們用在冷卻上的能量，
到 2050 年時可能會增為六倍，

00:01:22.403 --> 00:01:26.684
主要的原因是亞洲
和非洲國家的用量增加。

00:01:27.284 --> 00:01:28.982
我親眼見過。

00:01:29.006 --> 00:01:32.164
幾乎我祖母家附近的每一間公寓，

00:01:32.188 --> 00:01:34.212
現在都有冷氣了。

00:01:34.236 --> 00:01:37.283
那很明顯是件好事，

00:01:37.307 --> 00:01:40.006
就溫暖氣候地區居民的健康、

00:01:40.030 --> 00:01:42.675
幸福，以及生產力而言。

00:01:43.831 --> 00:01:47.774
然而關於氣候變遷最大的警訊之一，

00:01:47.798 --> 00:01:50.393
就是當地球變得更暖和，

00:01:50.417 --> 00:01:52.729
我們就會更需要冷卻系統，

00:01:52.753 --> 00:01:56.512
這些系統本身就是
溫室氣體排放的來源。

00:01:57.236 --> 00:02:00.569
這就有可能會形成一個惡性循環，

00:02:00.593 --> 00:02:02.591
光是冷卻系統

00:02:02.621 --> 00:02:05.062
就能在這個世紀後期變成最大的

00:02:05.086 --> 00:02:06.428
溫室氣體來源。

00:02:06.735 --> 00:02:07.913
在最糟的狀況中，

00:02:07.937 --> 00:02:10.617
到 2100 年時，
光為了冷卻，我們可能每年

00:02:10.631 --> 00:02:14.269
就會需要超過
十兆千瓦小時的電力。

00:02:14.846 --> 00:02:17.711
那是現今我們電力總供應量的一半。

00:02:18.198 --> 00:02:19.348
光為了冷卻。

00:02:20.862 --> 00:02:24.777
但這也為我們點出了
一個很棒的機會。

00:02:25.444 --> 00:02:30.013
如果每一種冷卻系統在效能上
都能有 10%~20% 的改善，

00:02:30.037 --> 00:02:33.521
就會對溫室氣體的排放
有非常大的影響，

00:02:33.545 --> 00:02:36.010
對於現今以及本世紀後期都是如此。

00:02:38.080 --> 00:02:41.629
且它能協助我們避免發生
最糟狀況的惡性循環。

NOTE Paragraph

00:02:42.928 --> 00:02:46.608
我是一位常常在思考
光和熱的科學家。

00:02:46.632 --> 00:02:49.728
我特別著重研究新材料
如何能協助我們改變

00:02:49.752 --> 00:02:52.268
大自然這些基本元素的流動方式，

00:02:52.292 --> 00:02:54.934
用我們以前認為
不可能的方式來做到。

00:02:55.315 --> 00:02:57.728
所以，我一直都懂

00:02:57.752 --> 00:02:59.696
暑假降溫的重要性，

00:02:59.720 --> 00:03:02.483
由於六年前我遇到的智力難題，

00:03:02.507 --> 00:03:06.833
我實際上已經完成了
解決這個問題的工作。

00:03:07.149 --> 00:03:12.766
古人怎麼能在沙漠氣候下製冰？

00:03:13.894 --> 00:03:16.830
這張照片中的是一間冰室，

00:03:16.854 --> 00:03:20.481
也叫做「Yakhchal」，
位在伊朗西南部。

00:03:21.006 --> 00:03:24.760
在伊朗各地，有數十個
這類建築物的遺跡，

00:03:24.784 --> 00:03:28.474
有證據顯示，這類建築物
還遍及了中東其它地區，

00:03:28.498 --> 00:03:29.712
一路延伸到中國。

NOTE Paragraph

00:03:30.228 --> 00:03:33.418
幾百年前使用這些冰室的人

00:03:33.442 --> 00:03:35.926
會把水倒入照片左側的池子中，

00:03:35.950 --> 00:03:39.022
時機是太陽下山，
剛剛進入傍晚的時候。

00:03:39.046 --> 00:03:40.855
接著，神奇的事就會發生。

00:03:41.442 --> 00:03:44.204
雖然空氣中的溫度還在冰點以上，

00:03:44.228 --> 00:03:47.926
比如攝氏 5 度，或華氏 41 度，

00:03:47.950 --> 00:03:49.484
水卻會結冰。

00:03:50.724 --> 00:03:54.859
一大清早，產出的冰
就會被收集起來，

00:03:54.883 --> 00:03:57.518
儲存放在右邊的建築物裡備用，

00:03:57.542 --> 00:04:00.008
夏季的所有月份就是這樣渡過。

00:04:00.133 --> 00:04:02.852
你們其實有可能見過
類似的現象發生，

00:04:02.876 --> 00:04:06.368
如果你有注意過，在晴天晚上，
即使空氣溫度在冰點以上，

00:04:06.398 --> 00:04:09.097
地面也會形成霜，就是類似的現象。

00:04:09.121 --> 00:04:10.281
但，等等。

00:04:10.305 --> 00:04:14.036
如果空氣溫度沒有低於冰點，
為什麼水會結冰？

00:04:14.487 --> 00:04:16.413
蒸發的效應就很重要了，

00:04:16.437 --> 00:04:19.752
但光是這點還不夠讓水變成冰。

00:04:20.064 --> 00:04:22.150
還要有其他東西來將水冷卻。

NOTE Paragraph

00:04:22.761 --> 00:04:25.309
想像一個派，在窗臺上冷卻。

00:04:25.619 --> 00:04:29.230
若要讓它冷下來，
就要讓熱流到比較冷的地方。

00:04:29.254 --> 00:04:31.798
也就是，流到它周圍的空氣中。

00:04:32.180 --> 00:04:34.490
雖然這聽起來很不合情理，

00:04:34.514 --> 00:04:39.890
一池水的熱怎麼可能
流到低溫的外太空中。

NOTE Paragraph

00:04:42.085 --> 00:04:43.807
這怎麼有可能發生？

00:04:44.434 --> 00:04:48.006
嗯，那池水和大部分的
自然材料一樣，

00:04:48.030 --> 00:04:50.180
以光的方式將熱發送出去。

00:04:50.506 --> 00:04:53.323
這概念就是大家所知的「熱輻射」。

00:04:53.792 --> 00:04:58.260
事實上，我們現在都在
用紅外線光的方式把我們的熱

00:04:58.284 --> 00:05:00.212
發送給彼此和周遭的環境。

00:05:00.608 --> 00:05:03.077
使用熱感攝影機
就能將這現象視覺化，

00:05:03.101 --> 00:05:06.347
它們所產出的影像，
就會類似各位現在看到的這一張。

00:05:06.744 --> 00:05:09.006
所以，這一池水把它的熱

00:05:09.030 --> 00:05:10.712
向上發送到大氣中。

00:05:11.379 --> 00:05:13.474
大氣以及大氣中的分子

00:05:13.498 --> 00:05:16.053
會吸收其中一些熱，再發送回來。

00:05:16.077 --> 00:05:19.899
那其實就是造成
氣候變遷的溫室效應。

NOTE Paragraph

00:05:20.435 --> 00:05:22.958
但在這裡要了解一個關鍵。

00:05:22.982 --> 00:05:26.182
我們的大氣並不會吸收所有的熱。

00:05:26.577 --> 00:05:29.511
如果會的話，地球就會更暖和許多。

00:05:29.982 --> 00:05:31.490
在某些波長，

00:05:31.514 --> 00:05:34.966
特別是在 8~13 微米之間，

00:05:34.990 --> 00:05:38.752
我們的大氣有個所謂的傳送窗口。

00:05:39.402 --> 00:05:44.919
這扇窗會讓其中一些
以紅外線方式向上發送的熱

00:05:44.943 --> 00:05:48.636
有效地發散傳送，將池水的熱給帶走。

00:05:48.895 --> 00:05:52.665
這些熱會發散到一個更冷的地方 :

00:05:53.633 --> 00:05:55.601
大氣上層的低溫當中，

00:05:55.625 --> 00:05:57.299
以及一路到外太空中，

00:05:57.323 --> 00:06:01.133
外太空的溫度可以
低到攝氏 -270 度，

00:06:01.157 --> 00:06:03.877
或華氏 -454 度。

00:06:05.242 --> 00:06:08.606
所以那池水發送到天空中的熱

00:06:08.630 --> 00:06:10.401
就多於天空發送回來的熱。

00:06:10.425 --> 00:06:11.575
基於這個理由，

00:06:11.599 --> 00:06:14.615
那池水會冷卻到比環境更低的溫度。

00:06:16.035 --> 00:06:19.551
那就是一般所知的夜空冷卻，

00:06:19.575 --> 00:06:20.975
或稱輻射冷卻。

00:06:21.369 --> 00:06:24.823
氣候科學家和氣象學家一直都知道

00:06:24.847 --> 00:06:27.447
這是個非常重要的自然現象。

NOTE Paragraph

00:06:28.879 --> 00:06:30.371
當我接觸到這些資訊時，

00:06:30.395 --> 00:06:33.037
我已經快要拿到
史丹佛的博士學位了。

00:06:33.061 --> 00:06:37.490
這種冷卻方法表面是如此簡單，
背後卻又是個複雜的謎，

00:06:37.514 --> 00:06:39.190
這讓我感到困惑。

00:06:39.284 --> 00:06:41.484
我們為什麼不好好利用它？

00:06:42.744 --> 00:06:45.625
在過去數十年，科學家和工程師

00:06:45.649 --> 00:06:46.887
都在研究這個機制。

00:06:46.911 --> 00:06:50.199
但結果發現，至少有一個大問題。

00:06:50.879 --> 00:06:53.751
它被稱為夜空冷卻，是有原因的。

00:06:54.109 --> 00:06:55.283
為什麼？

00:06:55.307 --> 00:06:57.676
因為有個小東西，叫做太陽。

00:06:58.157 --> 00:07:00.617
要進行冷卻的表面，

00:07:00.641 --> 00:07:02.815
必需要能夠面向天空。

00:07:02.839 --> 00:07:04.467
在日正當中時，

00:07:04.491 --> 00:07:07.641
我們最希望的就是能冷到最低點，

00:07:07.665 --> 00:07:10.561
很不幸的，在那時候
你得要向上看向太陽。

00:07:10.585 --> 00:07:12.441
而太陽會把大部分的物質加熱，

00:07:12.465 --> 00:07:16.162
熱到足以完全抵消掉這種冷卻效應。

NOTE Paragraph

00:07:16.409 --> 00:07:18.777
同事和我花了很多時間思考

00:07:18.791 --> 00:07:21.953
要如何建構出波長極短的材料，

00:07:22.013 --> 00:07:25.339
讓它們能與光反應
產生新的、有用的東西——

00:07:25.363 --> 00:07:28.353
波長要小於光本身的波長。

00:07:28.377 --> 00:07:29.957
使用這個領域的洞見，

00:07:29.981 --> 00:07:33.109
也就是一般所知的
奈米光子或超材料研究，

00:07:33.133 --> 00:07:37.763
我們首次發現可能有種辦法
能夠在白天實現這一點，

NOTE Paragraph

00:07:37.854 --> 00:07:40.910
我為此設計了一種多層的光學材料，

00:07:40.934 --> 00:07:42.791
在這張顯微鏡影像中可以看見。

00:07:42.815 --> 00:07:46.196
它比一般人髮的 40 分之一還要薄。

00:07:46.220 --> 00:07:48.738
它能夠同時做兩件事。

00:07:49.169 --> 00:07:52.164
首先，它能精準地把熱發送到大氣層

00:07:52.184 --> 00:07:54.820
達到最佳的降溫效果。

00:07:54.844 --> 00:07:56.977
我們對準了通往太空的窗戶。

00:07:57.519 --> 00:08:00.950
第二是它能避免被太陽加溫。

00:08:00.974 --> 00:08:04.264
它是面很好的太陽光反射鏡。

00:08:04.315 --> 00:08:07.029
我第一次測試它時，
是在史丹佛的屋頂上，

00:08:07.053 --> 00:08:08.815
各位在照片上可以看見。

00:08:09.339 --> 00:08:11.720
我把這個裝置留在那裡一陣子，

00:08:11.744 --> 00:08:14.815
幾分鐘之後，我走向它，

00:08:14.839 --> 00:08:17.633
在幾秒鐘之內，我就知道它有用。

00:08:17.657 --> 00:08:18.815
如何知道的？

00:08:18.839 --> 00:08:20.466
我摸了它，摸起來是冷的。

NOTE Paragraph

00:08:21.395 --> 00:08:26.053
（掌聲）

NOTE Paragraph

00:08:26.862 --> 00:08:30.846
再強調一下這個現象
有多怪異且和直覺不符：

00:08:30.870 --> 00:08:32.600
這種材料及其它相似的材料

00:08:32.624 --> 00:08:35.529
如果離開陰影反而會變得更冷，

00:08:35.553 --> 00:08:37.913
即使是被陽光直射著。

00:08:37.937 --> 00:08:40.590
各位現在看到的
是我們第一次實驗的資料，

00:08:40.644 --> 00:08:43.383
當時那材料的溫度比空氣的溫度

00:08:43.407 --> 00:08:46.683
低攝氏 5 度或華氏 9 度，

00:08:46.707 --> 00:08:49.521
即使太陽光直射在它上面。

00:08:50.855 --> 00:08:56.540
實際量產這種材料的方法已然存在。

00:08:56.903 --> 00:08:58.060
我非常興奮，

00:08:58.084 --> 00:09:01.125
因為我們不只是
發明出了很酷的東西，

00:09:01.149 --> 00:09:06.202
我們可能真的有機會
做出很有用的東西來。

00:09:07.204 --> 00:09:09.117
那就帶出了下一個大問題。

NOTE Paragraph

00:09:09.141 --> 00:09:11.728
要如何用這個點子，來節省能源？

00:09:11.752 --> 00:09:15.410
我們相信，若要用這項技術
來節省能源，最直接的方式

00:09:15.434 --> 00:09:17.093
就是對現今的冷氣

00:09:17.117 --> 00:09:20.180
和冰箱系統進行效能的提升。

00:09:20.561 --> 00:09:22.720
為此，我們打造了液態的冷卻板，

00:09:22.744 --> 00:09:24.315
就像畫面上的這種。

00:09:24.339 --> 00:09:27.006
它們的外型和太陽能熱水器很相似，

00:09:27.030 --> 00:09:28.394
差別在於功能相反，

00:09:28.414 --> 00:09:32.041
它們能用我們的特殊材料
被動地讓水冷卻。

00:09:32.815 --> 00:09:35.275
這些冷卻板可以和一個元件整合，

00:09:35.299 --> 00:09:37.867
幾乎所有冷卻系統
都有這個元件：冷凝器，

00:09:37.891 --> 00:09:41.024
目的是要改善系統的根本效率。

00:09:41.367 --> 00:09:43.263
我們的新創公司叫
SkyCool Systems，

00:09:43.287 --> 00:09:47.161
目前已經在加州戴維斯
完成了實地測試，如照片所示。

00:09:47.649 --> 00:09:48.831
在那次展示中，

00:09:48.855 --> 00:09:51.903
我們展現了我們在實做上真的能夠

00:09:51.927 --> 00:09:54.851
改善冷卻系統的效率達 12%。

NOTE Paragraph

00:09:55.474 --> 00:09:56.868
在接下來的一、兩年，

00:09:56.912 --> 00:10:00.656
我很興奮地期待能看到
商業規模的測試開始進行，

00:10:00.680 --> 00:10:03.823
用在包括冷氣以及冰箱上。

00:10:04.260 --> 00:10:07.847
在未來，我們可能可以
把這些冷卻板整合到

00:10:07.871 --> 00:10:11.180
更高效能的建築冷卻系統中，

00:10:11.204 --> 00:10:14.006
將這些系統所需要使用的
能源減少三分之二。

00:10:14.030 --> 00:10:17.688
最終，我們可能可以打造一個完全

00:10:17.712 --> 00:10:20.275
不需要電力輸入的冷卻系統。

00:10:20.966 --> 00:10:22.482
要做到這點，第一步，

00:10:22.506 --> 00:10:24.363
我和史丹佛的同事

00:10:24.387 --> 00:10:26.413
已經讓大家看到，確實可以

00:10:26.437 --> 00:10:31.006
將物體維持在比空氣溫度
低攝氏 42 度的狀態，

00:10:31.030 --> 00:10:32.968
用更好的工程方式就能做到。

NOTE Paragraph

00:10:33.165 --> 00:10:34.315
謝謝。

NOTE Paragraph

00:10:34.339 --> 00:10:38.394
（掌聲）

NOTE Paragraph

00:10:39.196 --> 00:10:40.347
想像一下，

00:10:40.371 --> 00:10:43.774
在炎熱的夏日，有低於冰點的東西。

00:10:45.927 --> 00:10:50.410
所以，雖然我對於我們
能為冷卻做出的貢獻感到很興奮，

00:10:50.434 --> 00:10:53.688
但我認為還有很多還沒完成的，

00:10:53.712 --> 00:10:57.180
身為科學家，我也被
這項發明所強調出來的

00:10:57.204 --> 00:10:59.220
深刻機會給深深吸引著。

00:10:59.760 --> 00:11:02.895
我們可以利用太空的寒冷黑暗

00:11:02.919 --> 00:11:04.569
來改善地球上

00:11:04.593 --> 00:11:07.847
每一項與能源有關過程的效能。

00:11:09.204 --> 00:11:12.521
我想要特別提出來的
其中一種過程，就是太陽能板。

00:11:12.774 --> 00:11:14.689
在太陽下，它們會被加溫，

00:11:14.719 --> 00:11:17.147
當它們本身越熱，就越沒沒效率。

00:11:17.276 --> 00:11:21.153
2015 年，我們展示出在太陽能板上方

00:11:21.177 --> 00:11:22.724
刻意加上微結構，

00:11:22.748 --> 00:11:25.592
就能夠更善加利用這種冷卻效應，

00:11:25.616 --> 00:11:29.315
來被動地將太陽能板保持在較低的溫度。

00:11:29.708 --> 00:11:32.029
這樣太陽能板就能更有效地運作。

00:11:32.627 --> 00:11:35.595
我們還在進一步研究這些機會。

00:11:35.619 --> 00:11:38.864
我們在問的問題是，
我們是否能用太空的低溫

00:11:38.888 --> 00:11:40.967
來協助我們做水資源保存。

00:11:41.316 --> 00:11:43.665
或許協助我們不再使用電網。

00:11:43.689 --> 00:11:47.856
我們甚至可以直接用這低溫來發電。

00:11:48.522 --> 00:11:51.475
我們地球這裡的溫度和太空的低溫

00:11:51.499 --> 00:11:53.189
有很大的落差。

00:11:53.213 --> 00:11:55.341
那種落差，至少在概念上，

00:11:55.365 --> 00:11:57.959
可以被用來驅動所謂的熱引擎，

00:11:57.983 --> 00:11:59.173
來產生電力。

00:11:59.967 --> 00:12:03.570
那麼我們是否能夠做出
一種夜晚的發電裝置，

00:12:03.594 --> 00:12:05.365
能夠產生夠用的電力，

00:12:05.385 --> 00:12:07.919
在太陽能板不能運作時代勞呢？

00:12:07.943 --> 00:12:11.347
我們能否用黑暗來產生光？

NOTE Paragraph

00:12:11.872 --> 00:12:16.261
這項能力的關鍵，在於要能夠管理

00:12:16.285 --> 00:12:19.396
我們周遭的熱輻射。

00:12:19.420 --> 00:12:22.220
我們經常處在紅外線光之中；

00:12:22.666 --> 00:12:25.118
如果我們願意改變這一切，

00:12:25.142 --> 00:12:27.872
我們就能深深地改變每天在我們周圍

00:12:27.896 --> 00:12:30.629
比比皆是的熱與能量之流動。

00:12:31.190 --> 00:12:34.531
這種能力，再加上太空的寒冷黑暗，

00:12:34.555 --> 00:12:37.864
就能為我們的文明指點未來的方向，

00:12:37.888 --> 00:12:43.126
讓我們能更智慧地
管理我們的熱能足跡，

00:12:43.150 --> 00:12:44.950
且能做到非常大的規模。

NOTE Paragraph

00:12:45.904 --> 00:12:48.118
我們正在面臨氣候變遷，

00:12:48.142 --> 00:12:50.745
我相信把這能力放入我們的工具箱

00:12:50.769 --> 00:12:52.569
非常的重要。

00:12:53.428 --> 00:12:56.626
所以，下次當你在外面四處走動時，

00:12:56.650 --> 00:13:02.994
是的，當我們對太陽
在地球生命的重要性感到驚艷時，

00:13:03.018 --> 00:13:07.694
也別忘了天空中的其它部分，
也能為我們提供某些資源。

NOTE Paragraph

00:13:08.533 --> 00:13:09.684
謝謝。

NOTE Paragraph

00:13:09.708 --> 00:13:13.818
（掌聲）