今年夏天被認為是有記錄以來最熱的夏天！而且由於全球變暖的趨勢，科學家預測未來可能只會更熱。空調、冰箱似乎成為越來越多人必備的選擇，但是這些傳統的製冷設備通常比較貴，最重要的是它們都非常耗電。

根據中國電力報的報導，現在中國是全世界最大的製冷產品生產、消費和出口國， 2019年中國製冷用電量就已經超過了全社會用電量的15%以上。

製冷設備工作的用電量與所需調節的溫度有關係，所以隨著地球越來越熱，製冷設備的用電量將持續增加，這將會是一個可怕的數字。

Grid Engine

所以現在尋找降低熱量的替代方案似乎已經迫在眉睫，好消息是，現實中還確實有辦法在不耗電或者損毀其它任何能源的情況下給物體降溫。

這聽起來似乎難以置信，但通過使用正確的材料，可以讓物體輻射的能量多於吸收的能量，從而將其溫度降低幾度，這個被稱為輻射冷卻。

萬物都在發光

有多種方式可以讓物體發光，其中最簡單的方法就是讓它變得更熱，這就是傳統白熾燈泡的工作原理，電流流過燈泡內部的燈絲，使燈絲變得很熱，從而發光。

但是那些不太熱的東西要怎麼發光呢，比如一顆土豆它要怎麼發光呢？

這裡請記住，光是一種電磁波，所有這些波都以光速傳播，只是彼此波長不同。

如果這種電磁波的波長在400到700納米之間，那麼它就會被我們的肉眼檢測到，因此被稱為可見光。

Marcello Casal Jr/Agência Brasil

在溫室下，土豆產生的電磁波最大強度為9.8微米，它處在電磁波譜紅外線部分，我們無法用肉眼看見，但可以用紅外攝像機看到。

不僅是土豆，實際上任何存在溫度的物體都在向外散發紅外線，因為紅外輻射的主要來源就是熱量或熱輻射。

那麼，這和冷卻有什麼關係呢？

其實，這就意味著所有物體都可以傳遞熱能，而傳遞熱能則意味著一個冷卻，另外一個變熱。

我們知道，物體可以通過三種方式與其他物體發生熱相互作用，常見是熱傳導和對流。

熱傳導就是兩個不同溫度的物體接觸時，熱能從較熱的物體轉移到較冷的物體；而對流則適用於氣體和液體，將熱量進行傳遞。

第三種類型的熱相互作用便是輻射，當熱物體發出紅外輻射時，該輻射可以被其他物體吸收並將其加熱，烤箱就是這樣工作的。

DryPot

你把想要熱的東西放進烤箱，加熱元件就會變得非常熱，產生紅外輻射，食物吸收紅外輻射並被升高溫度。

現在想像一下，你預熱好烤箱，然後將其關閉，再將土豆放入其中，這時熱烤箱依然在向外發出紅外輻射，而土豆將會吸收大部分輻射，

結果：土豆變熱，烤箱變涼。

這並不是烤土豆的正確方法，但關鍵是當物體產生紅外輻射時，它就會被冷卻。

我們前面提到過，我們周圍的一切都在發射紅外輻射，那麼一切不是都應該變得更冷嗎？

當然，很明顯這並沒有發生，這是因為當附近的所有物體都具有相同的溫度時，它們就不會因輻射而冷卻。

那麼這個時候的物體的紅外輻射又將傳遞到哪裡呢？

答案是太空！

在冬天的時候，其實我們可以僅通過觀察天空來判斷夜晚是否會寒冷。

在無雲的夜晚，地面會輻射紅外能量，這種能量的損失會使地面變冷。

但並非所有能量都會逃逸，比如大氣中的二氧化碳可以捕獲一些紅外波長。這就是它能造成溫室效應的原因。

但較小範圍的紅外波長（8 至13 微米之間）可以穿過大氣層並進入太空，這個範圍稱為“紅外窗口”。

但這只適用於夜晚萬里無雲的情況，因為雲層可以阻擋紅外線窗口，因此能量又會反射回地面。

所以，萬里晴空的越晚往往更加寒冷，多雲的時候則會不那麼冷。

這種效果在白天則不太明顯，因為白天地面散發的熱量，遠沒有從太陽那裡吸收的熱量多。

這就是為什麼地球表面集體降溫，而不用有任何物體升溫的原因所在，因為真正需要升溫的是太空。

發射到太空的輻射最終可能會撞擊月球並提高月球的溫度，或者可能會永遠向外傳播。

那麼現在還有一個問題，當陽光照射時，是否有可能使物體變得比環境溫度更冷呢？

在繼續討論之前，也就是我們要真正了解輻射冷卻的工作原理之前，我們還需要考慮另一個非常重要的屬性，那就是材料的反射率和發射率。

發射率指的是材料發射紅外能量能力的量度，測量範圍通常為0.00 到1.00，而反射率是指從材料表面反射的電磁波能力，範圍也是0.00到1.00。

一種材料的發射率越接近1.00，該材料則越傾向於吸收紅外能量，只發射自己的紅外能量。反射率則正好相反。

反射率和發射率都取決於光的波長，但這裡需要提一下，某些東西在可見光譜（400-700 nm 波長）中反射性不強，但並不意味著它對紅外波長（大約10 微米）的反射作用相同。

所以，如果材料或者混合材料合適的話，是可以做到在陽光照射下依然具有冷卻效果的，只要它具有高反射率和高紅外發射率（特別是在8 至13 微米波長之間）。

圖：目前世界上最白的反射冷卻塗料——硫酸鋇塗料，對環境降溫非常明顯

太陽光會從物體上反射，因此不會引起熱量加熱，而紅外輻射又會導致物體溫度降低。

反射的太陽光和發射的紅外輻射都將進入太空或者被附近的物體吸收，但由於這種材料的溫度會低於周圍其它材料，所以這里大部分也都會反射入太空。

最後，輻射冷卻有一個非常酷的應用。你可以利用較冷的輻射冷卻面板和較熱地面之間的溫差來通過熱電發電機發電，它就像在夜間工作的太陽能電池板。

當然，輻射冷卻最關鍵的部分是它的零電力輸入，在電力日益緊張的當下，這確實是不錯的選擇。

不過，單獨使用這種方法不足以取代空調，因為它們只能幾度幾度，但省電還是可以的！

原文：https://www.wired.com/story/how-to-cool-an-object-without-using-any-energy/