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杨晗之

开博时间:2016-11-21 20:30:00

《科学画报》编辑

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最理想的光:比阳光更美好?

2016-03-01 15:53:39
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文/杨 菊

  曾经的人造光有很多隐患,但新一代的人造光可以让人充分的休息,带给人无上的快乐。

>>>>人造光的隐患

  自古以来,人们就向往光明,憎恶黑暗,并希望以灯光扫去黑夜的寂寞。然而,伴随着城市的发展,灯光越来越多,可自由选择的晚上时间越来越长,我们已经开始意识到人造光打造的“夜猫子”模式社会带来的后果,它会影响我们的睡眠,危害我们的健康,甚至还会改变我们的行为和心情。

  现代照明革命以1879年爱迪生发明的白炽灯为开端,但是单就发光而言,一直以来电灯并没有多大变化。从本质上看,所有的研究都致力于如何使灯更加高效,紧凑型荧光灯(我们常说的节能灯)确实做到了。然而,节能灯都含有汞,而汞是一种对人体十分有害的有毒物质

  因此,过去几年里,LED灯用量急剧上升。它只在一个非常小的电磁谱里发光,比同光效的节能灯要节能得多。然而,由于LED灯的白光中包含蓝光,这也引起了一些睡眠专家的担心。以色列海法大学研究人造光影响的亚伯拉罕·哈伊姆指出,晚上的蓝光对人体有害。这是因为光能做的远比照明多得多,它还能调节人体的激素水平和昼夜节律

  光关乎视觉只是因为人们需要知道是白天还是晚上。为了区分白天和黑夜,视网膜感光细胞会优化睡眠周期以适应一天24小时的光线变化。视网膜感光细胞对所有的可见光都会有反应,但它们对蓝光最敏感。蓝光在正午的阳光中达到最高值,它会强力抑制褪黑激素,从而阻碍睡眠和做梦。从正午到黄昏,自然光中的蓝光逐渐减弱,慢慢被红光取代。一旦视网膜感光细胞察觉到蓝光在减弱,人体就会做出反应,分泌出褪黑激素,让我们为睡觉做好准备

  至少,这是人体普遍遵循的一个模式。但是,在一个充满人造光的“夜猫子”模式的社会里,人体遵循的这一模式被打破了。持续不变的灯光(包括晚上的蓝光)会抑制褪黑激素的分泌,引起失眠。如此一来,人的睡眠被剥夺了,健康也就成了问题。这在夜班工人身上表现得最为明显。

  美国哈佛医学院睡眠研究者史蒂文·洛克利指出,较之上白班的女性,值夜班的女性患乳腺癌的概率要高出一半。因为晚上的光线会减少褪黑激素的分泌,而褪黑激素能抑制肿瘤。

  不仅轮班工人受到夜晚灯光的影响,我们绝大多数人在太阳落山之后也长时间暴露在人造光之中,结果,我们也被长期剥夺了睡眠。有证据表明,扰乱了褪黑激素的分泌必定会带来一系列的健康问题。美国伦斯勒理工学院光学研究中心的玛丽安娜·菲格罗证实,如果扰乱了褪黑激素的分泌,有可能会罹患心血管疾病、肥胖症、癌症和胃肠疾病。人造光不仅给人带来了破坏性影响,而且对动物也有同样影响。

  到目前为止,人造光都只用来发射一种持续的白光。同在伦斯勒理工学院工作的弗雷德·舒伯特说:“用LED简单模仿早期的灯泡并没有抓住重点,相反,我们应该用LED去设计光源,以前的研究也表明这样做并没有什么不可能。”一旦这样做,LED就提供了一个消除人造光负面影响的机会。


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重新回归自然

  洛克利建议,与其去研究人体对各种有色光的不同反应,不如将LED充分利用起来。最理想的就是从红光、绿光、蓝光合成的LED中研发出一种可调的白光,通过增强或减弱各种色彩,来模拟一天中阳光的自然变化,最终与人的生物钟同步。这种白光很灵活,将有效地运用LED来做许多以前从未做过的事情。

  因为对员工生物钟的特殊兴趣,美国国家航空航天局已经在着手调查这样做的可能性。毕竟,宇航员可是彻头彻尾的夜班工人。在空间站,宇航员每围绕地球转动90分钟就过一个白昼和黑夜。太空航行不能出一丁点差错,所以宇航员每时每刻都必须以最清醒的状态投入工作。然而,如果宇航员在空间站接受的是飘忽不定的自然光与稳定的荧光结合起来的光,这就意味着他们往往很难在一天中得到6小时的睡眠时间,更不要说指定的8小时了。

  由于担心宇航员因为睡眠不足犯下大错,美国国家航空航天局希望宇航员的睡眠能走上正轨,这就是费城杰斐逊医学院的睡眠专家乔治·布雷纳德正在4个模拟国际空间站分隔舱实验室做的可调LED光的试验。为了判定究竟哪种可调LED光与宇航员的作息时间表最吻合,布雷纳德已经研制出成千上万种合成光。比如,深红色的光有助于宇航员放松,为入睡做好准备;早上,淡黄色的光有助于宇航员清醒;在工作期间,淡蓝色的光将帮助宇航员提高警觉性。美国国家航空航天局计划用这些可调LED灯取代现在使用的节能灯。

  布雷纳德认为,单用一种光源填充可调色的复合装置还是一个新事物,现在还处在初步阶段,将来一定会更加复杂。布雷纳德也表示,他已经准备好做更深入的研究,并期待在未来的10~20年内,LED会在建筑采光业中引发一次革命

  既然我们有技术可以模拟阳光中各种精妙的自然光的话,为什么要止步不前呢?我们能比自然做得更好!我们可以有目的地研制出各种人造光来调节情绪,让自己表现得更好。例如,蓝光虽然在晚上对人体有害,白天却可以鼓舞人的情绪,对人体有益。人在白天需要抑制褪黑激素的分泌,否则会觉得沮丧。模拟正午深蓝色的光对季节性抑郁症患者的治疗也证明这一招确实有效。荷兰研究人员发现,在普通的白光中加入一点蓝光能鼓舞人的情绪。

  当然,除了宇航员,很多人群也能从LED中获益。美国最近的一次军事研究要求士兵在4种不同的灯光环境中完成一系列任务,结果发现在昏暗的节能灯下,士兵们情绪不高,表现也大打折扣;但在模拟正午蓝光的可调LED灯光环境中,士兵们士气很高,任务也完成得更漂亮。

  除了蓝光能使人情绪高涨,明亮的红光也能鼓舞人的情绪。一些企业也因此获得巨大的经济效益,航空公司就是其中之一。波音公司新生产的787梦幻飞机是专为长途航班设计的,为了给乘客带来更愉快的飞行经历,尝试着用一种特别的LED灯取代传统的节能灯。实际上,这种LED灯是在蓝光LED上加了一个可以将部分蓝光转化成黄光的磷光层,这种灯就能发出红光、绿光、蓝光的合成光,并且每种光都能调出不同的数量。这样,整个机舱就能给人一种温暖的红色调了。波音公司的负责人表示,波音公司这样做是希望乘客飞抵目的地时能恢复精神。

  最终,人们需要的将会是一个智能照明系统。当你一踏进家门,传感系统就会判断你是谁,你需要什么,并据此调整合适的光线。闹钟早上可以将你的卧室调成黄色唤醒模式,而夜班工人一回家,则换成释放褪黑激素的红色。这样,大家就都不会有睡眠之忧了。如果你要熬夜或是举行宴会,切换一下就可以了。或许,人造光问题的解决之道不在人为因素太多而在于人为因素太少了。


——选自《科学画报》


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