1
00:00:01,571 --> 00:00:03,481
在我小的时候，每到夏天，

2
00:00:03,636 --> 00:00:07,042
我都会从加拿大的家里飞去看望

3
00:00:07,042 --> 00:00:08,522
住在印度的祖父母。

4
00:00:09,157 --> 00:00:12,341
加拿大夏季的气候还算宜人——

5
00:00:12,341 --> 00:00:16,052
温度通常在 22ºC （72ºF）左右，

6
00:00:16,052 --> 00:00:18,666
并不算很热。

7
00:00:19,276 --> 00:00:22,315
然而，孟买是个闷热潮湿的地方，

8
00:00:22,339 --> 00:00:25,557
夏天的平均气温大概是 30ºC （90ºF）。

9
00:00:26,364 --> 00:00:27,950
每次到了孟买，我都会好奇，

10
00:00:27,974 --> 00:00:32,384
“人们怎么能在如此的天气
生活、工作和睡觉呢？”

11
00:00:33,539 --> 00:00:37,185
更糟糕的是，
我的祖父母家里没有空调。

12
00:00:37,768 --> 00:00:40,593
但即使我用尽浑身解数，

13
00:00:40,617 --> 00:00:43,371
也没能说服他们买一台。

14
00:00:44,220 --> 00:00:47,048
但是这种情况正在得到快速改善。

15
00:00:47,914 --> 00:00:52,255
如今，冷却系统的耗能总共占到了

16
00:00:52,279 --> 00:00:54,351
全球电力供应的 17%，

17
00:00:54,676 --> 00:00:57,070
其中就包括我在暑假

18
00:00:57,094 --> 00:00:59,741
热切渴望拥有的空调系统，

19
00:00:59,895 --> 00:01:02,335
在超市中保证我们的食品

20
00:01:02,335 --> 00:01:04,530
安全新鲜的制冷系统。

21
00:01:04,784 --> 00:01:09,036
以及保证我们的数据中心
正常运行的工业级制冷系统。

22
00:01:09,624 --> 00:01:13,029
这些系统一共贡献了

23
00:01:13,133 --> 00:01:15,085
全球温室气体排放量的 8%。

24
00:01:15,823 --> 00:01:17,434
但是令我夜不能寐的是，

25
00:01:17,458 --> 00:01:22,379
我们用于冷却的能源
可能在 2050 年之前增加 6 倍，

26
00:01:22,403 --> 00:01:26,684
主要是由于亚洲以及
非洲国家能源消耗的增长。

27
00:01:27,284 --> 00:01:28,982
我亲眼目睹了这一切。

28
00:01:29,006 --> 00:01:32,164
我祖父母家周围的每个公寓

29
00:01:32,188 --> 00:01:33,823
如今几乎都安装了空调。

30
00:01:34,236 --> 00:01:37,283
这对生活在中高温地带的

31
00:01:37,307 --> 00:01:40,006
居民的健康、幸福以及生产活动

32
00:01:40,030 --> 00:01:42,675
明显是有益的。

33
00:01:43,831 --> 00:01:47,774
但是，对于气候变化，
最应为我们敲响警钟的是，

34
00:01:47,798 --> 00:01:50,136
我们的地球越温暖，

35
00:01:50,417 --> 00:01:52,400
我们对冷却系统的需求就越大——

36
00:01:52,753 --> 00:01:56,512
而这些系统本身
又是温室气体排放的源头。

37
00:01:57,236 --> 00:02:00,493
这就有可能会引起反馈循环，

38
00:02:00,593 --> 00:02:02,051
在本世纪晚些时候，

39
00:02:02,075 --> 00:02:05,062
单单是这些冷却系统就会成为

40
00:02:05,086 --> 00:02:06,181
最大的温室气体来源。

41
00:02:06,735 --> 00:02:07,569
在最坏的情况下，

42
00:02:07,603 --> 00:02:11,557
到了 2100 年底，每年我们
用来冷却的电能就有可能

43
00:02:11,581 --> 00:02:14,269
超过10 万亿千瓦时。

44
00:02:14,846 --> 00:02:17,711
这是如今全球电力供应的一半，

45
00:02:18,198 --> 00:02:19,348
还仅仅是用于冷却。

46
00:02:20,862 --> 00:02:24,777
不过，这也为我们
提供了一个绝佳的机会。

47
00:02:25,444 --> 00:02:29,896
把冷却系统的效率提升 10%-20%，

48
00:02:30,037 --> 00:02:33,521
就会对温室气体排放
产生巨大的影响，

49
00:02:33,545 --> 00:02:36,010
不论是在今天，还是几十年后。

50
00:02:38,080 --> 00:02:41,629
并且，还能帮助我们
避免最坏情况下的反馈循环。

51
00:02:42,928 --> 00:02:46,373
我是一名科学家，致力于研究光和热，

52
00:02:46,632 --> 00:02:50,129
尤其是新材料如何能够

53
00:02:50,252 --> 00:02:52,069
以我们一度难以想象的方式

54
00:02:52,292 --> 00:02:54,766
改变这些自然基本元素的流动方式。

55
00:02:55,315 --> 00:02:57,728
所以，虽然我非常清楚
冷却系统在炎热的暑期

56
00:02:57,752 --> 00:02:59,439
所扮演的重要角色，

57
00:02:59,720 --> 00:03:01,983
但我之所以对这个问题非常感兴趣，

58
00:03:02,007 --> 00:03:06,013
是因为六年前我遇到的一个智力题。

59
00:03:07,149 --> 00:03:12,520
古代人是怎么
在沙漠气候中制造出冰的？

60
00:03:13,894 --> 00:03:16,716
这是一座冰屋的照片，

61
00:03:16,854 --> 00:03:20,481
也叫做“冰坑”，
坐落于伊朗的西南部。

62
00:03:21,006 --> 00:03:24,760
伊朗境内遍布着几十处这样的废墟，

63
00:03:24,784 --> 00:03:28,287
中东的其他地方也有
类似建筑存在的证据，

64
00:03:28,379 --> 00:03:29,712
并且一直延伸到中国。

65
00:03:30,228 --> 00:03:33,148
几世纪前操作冰屋的人

66
00:03:33,442 --> 00:03:35,926
会在傍晚太阳落山的时候，

67
00:03:35,950 --> 00:03:39,022
将水倾倒在图中左侧的水池里。

68
00:03:39,046 --> 00:03:40,630
随后，神奇的一幕发生了。

69
00:03:41,442 --> 00:03:44,204
即使周围空气的温度可能在冰点以上，

70
00:03:44,228 --> 00:03:47,926
比如 5ºC （41ºF），

71
00:03:47,950 --> 00:03:49,273
水依然会结冰。

72
00:03:50,724 --> 00:03:54,694
人们会在黎明时分收集生成的冰，

73
00:03:54,883 --> 00:03:57,290
储存在图片右侧的建筑中备用，

74
00:03:57,542 --> 00:03:59,803
整个过程一直重复到夏天结束。

75
00:04:00,133 --> 00:04:02,852
如果你在空气温度
高于冰点的晴朗的夜晚

76
00:04:02,876 --> 00:04:06,161
注意过地面上的霜，

77
00:04:06,352 --> 00:04:08,543
你就会发现二者的相似之处。

78
00:04:09,121 --> 00:04:09,965
但是，等等——

79
00:04:10,305 --> 00:04:13,653
水是怎么在零点以上结冰的呢？

80
00:04:14,487 --> 00:04:16,279
蒸发可能在其中起到了一定的作用，

81
00:04:16,437 --> 00:04:19,555
但是还不够导致水变成冰。

82
00:04:20,064 --> 00:04:22,150
一定有些别的东西
降低了它的温度。

83
00:04:22,761 --> 00:04:25,309
想象在窗台上有一块
正在冷却的馅饼。

84
00:04:25,619 --> 00:04:29,230
想让它冷却，它自身的热量
需要传递到凉爽些的地方，

85
00:04:29,254 --> 00:04:31,158
也就是它周围的空气中。

86
00:04:32,180 --> 00:04:34,258
听起来可能难以置信，

87
00:04:34,514 --> 00:04:39,890
那一池水的热量实际上
扩散到了寒冷的太空中。

88
00:04:42,085 --> 00:04:43,807
这怎么可能呢？

89
00:04:44,434 --> 00:04:48,006
就像大多数天然材料，
这一池的水也会

90
00:04:48,030 --> 00:04:50,180
以光的形式散发它的热量。

91
00:04:50,506 --> 00:04:53,323
这个概念被称作热辐射。

92
00:04:53,792 --> 00:04:58,260
实际上，我们现在都在以红外光的形式
向彼此以及我们周围的环境

93
00:04:58,284 --> 00:05:00,212
散发自身的热量，

94
00:05:00,608 --> 00:05:03,077
我们实际上可以利用
热成像仪观察到这一现象，

95
00:05:03,101 --> 00:05:06,347
并生成像这样的图像。

96
00:05:06,744 --> 00:05:09,006
所以，那一池水把自身的热量

97
00:05:09,030 --> 00:05:10,712
散播到了上方的大气中。

98
00:05:11,379 --> 00:05:13,474
大气以及其中的分子

99
00:05:13,498 --> 00:05:16,053
吸收并反射回了部分的热量。

100
00:05:16,077 --> 00:05:19,899
而导致气候变化的温室效应
就是这样发生的。

101
00:05:20,435 --> 00:05:22,958
但很重要的一点在于，

102
00:05:22,982 --> 00:05:26,182
我们的大气不会吸收所有的热量。

103
00:05:26,577 --> 00:05:29,511
如果吸收了，我们将会
住在一个更温暖的星球。

104
00:05:29,982 --> 00:05:31,490
在某些波长下，

105
00:05:31,514 --> 00:05:34,966
尤其是在 8 和 13 微米之间的波长下，

106
00:05:34,990 --> 00:05:38,752
我们的大气相当于一个“传输窗口”。

107
00:05:39,402 --> 00:05:44,753
这个窗口允许某些热量
以红外光的形式上升，

108
00:05:44,943 --> 00:05:48,276
或者说逃逸，同时带走水池的热量。

109
00:05:48,895 --> 00:05:52,665
并且它会逃逸到十分冷的地方。

110
00:05:53,633 --> 00:05:55,601
从上层大气

111
00:05:55,625 --> 00:05:57,299
到外太空的这段区域，

112
00:05:57,323 --> 00:06:00,941
温度可以低至 -270ºC，

113
00:06:01,157 --> 00:06:03,877
或者 -454ºF。

114
00:06:05,242 --> 00:06:08,606
所以这一池水向天空释放的热量

115
00:06:08,630 --> 00:06:10,168
比天空反射回来的热量要多。

116
00:06:10,425 --> 00:06:11,364
因此，

117
00:06:11,599 --> 00:06:14,962
这池水会冷却到低于周围的环境温度。

118
00:06:16,035 --> 00:06:19,551
这种效应被称作 “夜空冷却”，

119
00:06:19,575 --> 00:06:20,975
或者“辐射冷却”。

120
00:06:21,369 --> 00:06:24,823
这一自然现象的重要性早已被

121
00:06:24,847 --> 00:06:27,205
气候学家及气象学家所熟知。

122
00:06:28,879 --> 00:06:30,371
当我了解到这些时，

123
00:06:30,395 --> 00:06:33,037
我在斯坦福的博士研究已经接近尾声了。

124
00:06:33,061 --> 00:06:37,490
我为如此简单的冷却方法所震惊，

125
00:06:37,514 --> 00:06:38,780
但也十分的困惑。

126
00:06:39,284 --> 00:06:41,484
为什么我们还没有
充分利用这一现象呢？

127
00:06:42,744 --> 00:06:45,625
在过去的数十年中，
科学家和工程师已经对这一想法

128
00:06:45,649 --> 00:06:46,887
展开了研究。

129
00:06:46,911 --> 00:06:49,949
但是他们发现，至少还需要
解决一个大问题。

130
00:06:50,879 --> 00:06:53,751
这个现象被称作“夜空冷却”是有原因的。

131
00:06:54,109 --> 00:06:54,942
为什么呢？

132
00:06:55,307 --> 00:06:57,412
因为有种小东西叫做太阳。

133
00:06:58,157 --> 00:07:00,617
当地球表面正在冷却时，

134
00:07:00,641 --> 00:07:02,329
它需要朝向天空。

135
00:07:02,839 --> 00:07:04,467
在中午时分，

136
00:07:04,491 --> 00:07:07,390
在我们最需要冷却什么东西的时候，

137
00:07:07,665 --> 00:07:10,264
很遗憾，这些东西也需要面朝太阳。

138
00:07:10,585 --> 00:07:12,441
而太阳会将大多数材料加热，

139
00:07:12,465 --> 00:07:15,222
足以完全抵消这种冷却效果。

140
00:07:16,409 --> 00:07:18,222
我和同事花费了很多时间

141
00:07:18,441 --> 00:07:20,412
思考如何打造

142
00:07:20,412 --> 00:07:21,989
一种微型材料——

143
00:07:22,013 --> 00:07:25,339
它的尺寸比光本身的波长更小——
从而利用阳光

144
00:07:25,363 --> 00:07:27,996
做一些新奇且实用的事情。

145
00:07:28,377 --> 00:07:29,957
利用这个领域的知识，

146
00:07:29,981 --> 00:07:33,109
即纳米光子学，或超材料研究，

147
00:07:33,133 --> 00:07:36,213
我们首次发现了在白天

148
00:07:36,213 --> 00:07:37,830
让这个构想成为现实的方式。

149
00:07:37,854 --> 00:07:40,910
为了实现这个目的，
我设计了这张显微图片中的

150
00:07:40,934 --> 00:07:42,791
多层光学材料，

151
00:07:42,815 --> 00:07:45,894
它比人的头发丝细 40 多倍，

152
00:07:46,220 --> 00:07:48,662
并且能够同时实现两种功能。

153
00:07:49,169 --> 00:07:50,994
首先，它可以恰到好处的

154
00:07:51,018 --> 00:07:54,675
散发出大气能够向外传导的热量。

155
00:07:54,844 --> 00:07:56,785
我们把这扇窗开向宇宙。

156
00:07:57,519 --> 00:08:00,950
其次，它不会被太阳加热，

157
00:08:00,974 --> 00:08:03,253
而是可以像镜子一样
高效的反射太阳光。

158
00:08:04,315 --> 00:08:07,029
我第一次测试这种材料
是在斯坦福的楼顶，

159
00:08:07,053 --> 00:08:08,437
就在图片里的这个位置。

160
00:08:09,339 --> 00:08:11,720
我将这个设备放置在室外，

161
00:08:11,744 --> 00:08:14,815
几分钟后，当我走上前查看，

162
00:08:14,839 --> 00:08:17,286
就立刻知道它凑效了。

163
00:08:17,657 --> 00:08:18,729
我是怎么知道的呢？

164
00:08:18,729 --> 00:08:20,467
它摸起来挺凉快的。

165
00:08:21,395 --> 00:08:26,053
（掌声）

166
00:08:26,862 --> 00:08:30,846
为了强调这多么的违反直觉：

167
00:08:30,870 --> 00:08:32,600
把类似这样的材料

168
00:08:32,624 --> 00:08:35,529
放置在阳光下，

169
00:08:35,553 --> 00:08:37,913
它们的温度反而会降低。

170
00:08:37,937 --> 00:08:39,644
这是我们第一次的测试数据，

171
00:08:39,644 --> 00:08:43,443
即使把它放在太阳光下，

172
00:08:43,443 --> 00:08:46,752
材料表面的温度始终维持在
比周围大气温度

173
00:08:46,752 --> 00:08:49,958
还要低 5 ºC （9 ºF）的水平。

174
00:08:50,855 --> 00:08:53,990
我们用来制造这种材料的方法

175
00:08:54,014 --> 00:08:56,548
实际上已经规模化了。

176
00:08:56,903 --> 00:08:58,060
这让我激动万分，

177
00:08:58,084 --> 00:09:00,909
因为我们不仅做出了很酷的东西，

178
00:09:01,149 --> 00:09:06,202
并且很可能有机会
实现大规模的实际应用。

179
00:09:07,204 --> 00:09:08,747
这也引出了下一个大问题。

180
00:09:08,747 --> 00:09:11,297
怎么通过这个想法来节约能源？

181
00:09:11,752 --> 00:09:15,410
我们相信，这项技术最直接的节能方式

182
00:09:15,434 --> 00:09:17,093
是提高当今

183
00:09:17,117 --> 00:09:19,990
空调和制冷系统的效率。

184
00:09:20,561 --> 00:09:22,720
为了做到这一点，我们
已经建造了流体冷却板，

185
00:09:22,744 --> 00:09:23,943
正如图片中展示的一样。

186
00:09:24,339 --> 00:09:26,846
这些节能板看起来很像
太阳能热水器，

187
00:09:27,030 --> 00:09:29,818
却有着截然相反的功能——
使用我们发明的材料

188
00:09:29,913 --> 00:09:31,837
被动的冷却水。

189
00:09:32,815 --> 00:09:35,275
然后，这些面板可以与一个

190
00:09:35,299 --> 00:09:37,891
几乎每个冷却系统
都拥有的部件，冷凝器

191
00:09:37,891 --> 00:09:40,583
进行结合，以提高该系统的潜在效率。

192
00:09:41,367 --> 00:09:43,287
如图所示，我们的初创公司
SkyCool Systems

193
00:09:43,287 --> 00:09:47,172
如今已经在加利福尼亚州的
戴维斯市完成了实地测试。

194
00:09:47,649 --> 00:09:48,855
在这项演示中，

195
00:09:48,855 --> 00:09:51,903
我们证明了可以将现场

196
00:09:51,927 --> 00:09:54,851
冷却系统的效率提高最多 12%。

197
00:09:55,474 --> 00:09:56,728
在未来的一两年内，

198
00:09:56,752 --> 00:10:00,656
我非常期待这项技术
能够在空调和制冷领域

199
00:10:00,680 --> 00:10:03,623
开展第一个商业规模的试验。

200
00:10:04,260 --> 00:10:07,527
在未来，我们也许能够将这类面板

201
00:10:07,871 --> 00:10:11,180
与更高效的建筑冷却系统相结合，

202
00:10:11,204 --> 00:10:14,006
从而减少三分之二的能源消耗。

203
00:10:14,030 --> 00:10:17,688
最终，我们也许能够打造

204
00:10:17,712 --> 00:10:20,275
一个完全不需要
电力供应的冷却系统。

205
00:10:20,966 --> 00:10:22,482
作为迈向这一目标的第一步，

206
00:10:22,506 --> 00:10:24,300
我和斯坦福的同事

207
00:10:24,387 --> 00:10:26,413
已经证明了，通过更好的工程设计，

208
00:10:26,437 --> 00:10:31,006
我们可以让材料维持在比气温

209
00:10:31,030 --> 00:10:32,485
低 42ºC 以上的温度。

210
00:10:33,165 --> 00:10:34,315
谢谢。

211
00:10:34,339 --> 00:10:38,394
（掌声）

212
00:10:39,196 --> 00:10:40,347
不妨想象一下——

213
00:10:40,371 --> 00:10:43,774
在炎热的夏天，拥有一些
低于冰点的东西。

214
00:10:45,927 --> 00:10:50,410
我对于冷却技术的
巨大潜能感到十分激动，

215
00:10:50,434 --> 00:10:53,688
并且我认为仍然有
许多事情需要完成。

216
00:10:53,712 --> 00:10:57,180
作为科学家，我也被
这项工作所凸显的

217
00:10:57,204 --> 00:10:59,220
意义深远的机会所吸引。

218
00:10:59,760 --> 00:11:02,895
我们可以利用寒冷的黑暗太空

219
00:11:02,919 --> 00:11:04,569
加速地球上每一个

220
00:11:04,593 --> 00:11:07,847
与能源相关的过程。

221
00:11:09,204 --> 00:11:12,341
我想强调的其中一个工程
就是太阳能电池。

222
00:11:12,934 --> 00:11:14,379
它们会在太阳光下被加热，

223
00:11:14,403 --> 00:11:16,774
但随着温度升高，效率会逐渐下降。

224
00:11:17,276 --> 00:11:21,153
在 2015 年，我们展示了
在太阳能电池的顶部

225
00:11:21,177 --> 00:11:22,724
加上一些精心设计的微观结构，

226
00:11:22,748 --> 00:11:25,592
就可以更好的利用冷却效果

227
00:11:25,616 --> 00:11:29,315
来使太阳能电池被动的保持低温。

228
00:11:29,708 --> 00:11:32,029
这保证了电池更高的操作效率。

229
00:11:32,627 --> 00:11:35,595
我们正在探索更多类似的机会。

230
00:11:35,619 --> 00:11:38,864
我们想知道，是否可以
使用太空中的低温

231
00:11:38,888 --> 00:11:40,967
来帮助我们节约用水，

232
00:11:41,316 --> 00:11:43,665
又或者在离网的状态下实现。

233
00:11:43,689 --> 00:11:47,856
也许，我们甚至可以
直接利用这种低温来发电。

234
00:11:48,522 --> 00:11:51,475
地球表面与寒冷的太空之前

235
00:11:51,499 --> 00:11:53,189
存在着很大的温差。

236
00:11:53,213 --> 00:11:55,341
至少在概念上，这种差异

237
00:11:55,365 --> 00:11:57,469
能够被用来启动所谓的“热力发动机”

238
00:11:57,469 --> 00:11:58,752
进行发电。

239
00:11:59,967 --> 00:12:03,570
我们能不能制造
一个夜间发电装置，

240
00:12:03,594 --> 00:12:05,991
当太阳能电池不工作的时候，

241
00:12:06,015 --> 00:12:07,505
来产生大量的替代电能？

242
00:12:07,943 --> 00:12:10,355
我们能不能从黑暗当中产生光？

243
00:12:11,872 --> 00:12:15,961
这种能力的核心在于

244
00:12:16,285 --> 00:12:18,867
管理我们周围的热辐射。

245
00:12:19,420 --> 00:12:22,220
在我们的四周，红外线辐射无处不在；

246
00:12:22,666 --> 00:12:24,607
如果我们能够让它为我们所用，

247
00:12:25,142 --> 00:12:27,872
就可以彻底改变遍布在我们身边的

248
00:12:27,896 --> 00:12:30,629
热量和能量流动。

249
00:12:31,190 --> 00:12:34,531
这种能力，再加上
宇宙的寒冷黑暗，

250
00:12:34,555 --> 00:12:37,864
能够指引我们的未来——
作为一个文明，

251
00:12:37,888 --> 00:12:43,126
我们或许能够
在非常大的尺度上更智能的管理

252
00:12:43,150 --> 00:12:44,950
我们的热能足迹。

253
00:12:45,904 --> 00:12:47,647
在面对气候变化时，

254
00:12:48,142 --> 00:12:50,745
我相信，在我们的工具箱中
拥有这样一种能力

255
00:12:50,769 --> 00:12:52,351
将被证明是至关重要的。

256
00:12:53,428 --> 00:12:56,292
因此，下一次你在户外散步，

257
00:12:56,650 --> 00:13:02,994
在惊叹太阳对地球的生命
如此重要的同时，

258
00:13:03,018 --> 00:13:07,694
也不要忘记，天空的其他部分
也可以为我们提供一些东西。

259
00:13:08,228 --> 00:13:09,035
谢谢。

260
00:13:09,035 --> 00:13:13,548
（掌声）