Trong thời đại công nghiệp, chi phí ánh sáng nhân tạo giảm mạnh – và con đường đến với sự soi sáng được trải bằng sự sáng tạo và tàn sát.
Ánh sáng nhân tạo đầu tiên: Lửa
Trong hầu hết lịch sử nhân loại, lửa là nguồn ánh sáng nhân tạo duy nhất của chúng ta. Khó tạo ra và khó bảo vệ khỏi gió và mưa, lửa là cửa sổ đầu tiên của chúng ta nhìn vào bóng tối đêm. Lửa và ánh sáng nhân tạo cùng sức ấm mà nó tạo ra đã thay đổi tất cả và giúp đẩy nhanh con người hướng tới thời hiện đại.
Chúng ta đã quên đi bóng tối bao trùm không ngừng nghỉ của thế giới trước công nghiệp. Chỉ cần bật đèn cạnh giường hoặc đèn trong bếp, ta dễ dàng và nhanh chóng triệu tập một lượng ánh sáng lớn hơn nhiều so với cả một hộ gia đình thời tiền công nghiệp. Ánh sáng nhân tạo từng là đặc quyền đắt đỏ của người giàu có và quyền lực, đồng thời khó sản xuất và duy trì, cùng với đó là sự hạn chế lớn về chất lượng và sự sẵn có, đặc biệt là đối với người nghèo – mà trước thời công nghiệp hóa thì cơ bản là mọi người.
Thật khó để hình dung mức độ đắt đỏ của ánh sáng trong thế giới trước công nghiệp. Tại nơi ngày nay là Vương quốc Anh, giá, đã điều chỉnh theo lạm phát, cho mỗi triệu lumen-giờ ánh sáng nhân tạo là hơn 40.000 bảng Anh (tương đương khoảng 50.000 USD) vào năm 1302 CN. Đây là chi phí tương đương với việc bật mười bóng đèn LED 13W hiện đại trong chỉ 7 giờ.
Nếu một ngôi nhà chỉ thắp sáng bằng nến có thể trông nghèo khó ngày nay, thì vào những năm 1300, đó là biểu tượng của sự giàu có đáng kể. Nến tốt làm từ sáp ong cung cấp ánh sáng tốt nhất vào thời đó, nhưng việc sản xuất chúng đòi hỏi nguyên liệu đắt tiền và kỹ năng chuyên môn. Nguồn cung cấp sáp ong tự nhiên hạn chế và quy trình sản xuất thủ công phức tạp đã khiến những ngọn nến tốt trở nên xa xỉ chỉ dành cho những người giàu có nhất. Chi phí cực cao của ánh sáng nhân tạo trước hết là một vấn đề kỹ thuật. Nhu cầu về một nguồn sáng rực rỡ và không khói là rất lớn; tuy nhiên, chưa ai có thể phát triển một công nghệ cho phép sản xuất ánh sáng giá rẻ và ở quy mô lớn.
Chất lượng, độ sáng và chi phí của ánh sáng nhân tạo vẫn hầu như không thay đổi trong hàng ngàn năm. Trước thời kỳ công nghiệp, ánh sáng nhân tạo không chỉ mờ, bẩn và nguy hiểm mà còn là một gánh nặng chi phí thời gian đối với nhân lực.
Ánh sáng nhân tạo kiếm được từ một giờ làm việc
Hãy hỏi về lượng ánh sáng nhân tạo mà bạn có thể kiếm được với một giờ làm việc ở mức lương trung bình. Lượng ánh sáng này đã tăng từ 24 lumen/ 1 giờ vào năm 1750 TCN (đèn dầu mè) lên 186 lumen vào năm 1800 (nến mỡ động vật), lên 4.400 vào năm 1880 (đèn dầu hỏa), lên 531.000 vào năm 1950 (bóng đèn sợi đốt), và lên đến 8,4 triệu lumen-giờ hiện nay (bóng đèn huỳnh quang compact). Nói cách khác, một giờ làm việc hôm nay giúp bạn có ánh sáng để đọc sách trong suốt 300 ngày; một giờ làm việc vào năm 1800 chỉ kiếm được ánh sáng đọc trong mười phút.
Dầu cá voi cung cấp nguồn ánh sáng nhân tạo sáng, ổn định, có thể điều chỉnh và mang đi dễ dàng đầu tiên. Dầu cá voi cháy sáng và ổn định, có thể mang từ phòng này sang phòng khác qua đèn hoặc chiếu sáng sách được giữ trên đùi, với điều kiện bạn đủ khả năng mua sách. Mặc dù cá voi ban đầu dồi dào, việc thu hoạch, tinh chế, và vận chuyển dầu cá voi rất tốn kém. Mặc dù dầu cá voi cung cấp ánh sáng tốt nhất trong thời kỳ đầu của Cách Mạng Công Nghiệp, nó vẫn đắt đỏ đến kinh ngạc. Vào năm 1850, bốn lít dầu cá voi có giá bằng một nửa mức lương tuần của một công nhân bình thường.
Khi phần lớn thế giới công nghiệp hóa bị cuốn vào cơn sốt tìm kiếm dầu, chất bôi trơn và các sản phẩm khác chiết xuất từ cá voi, Bắc Mỹ nhanh chóng trở thành một trung tâm săn cá voi, một ngành công nghiệp giúp đưa các cảng Mỹ vươn tới sự thịnh vượng. Việc sử dụng dầu cá voi và sự khởi đầu của sản xuất công nghiệp nến và đèn dầu paraffin đã giúp đẩy giá ánh sáng nhân tạo tại Anh xuống chỉ còn £2.565 cho mỗi triệu lumen-giờ vào năm 1845. Việc sử dụng dầu cá voi làm nguồn sáng rõ ràng không phải không có hậu quả; toàn bộ quá trình này là một công việc tàn nhẫn, dơ bẩn và vất vả. Khi đáp ứng nhu cầu ánh sáng của nền văn minh, ngành công nghiệp cá voi đã đẩy một số loài cá voi đến bờ vực tuyệt chủng.
Vào năm 1846, chỉ riêng Bắc Mỹ đã triển khai một đội tàu hơn 700 chiếc săn cá voi. Số lượng cá voi bị giết hại để lấy dầu cho ánh sáng và các sản phẩm khác từ cá voi không được biết chính xác, nhưng ít nhất 300.000 cá voi đã bị giết hại chỉ trong khoảng từ năm 1700 đến năm 1800.
Open cửa tủ lạnh của bạn, và bạn có thể nhìn thấy nhiều ánh sáng hơn tổng lượng ánh sáng mà hầu hết các hộ gia đình vào thế kỷ 18 có được.
(Bill Bryson, từ At home: A short history of private life).
Tuy nhiên, dầu cá voi không phải là nguồn nhiên liệu chiếu sáng duy nhất vào thời điểm đó. Ánh sáng khí gas đã xuất hiện lẻ tẻ ở châu Âu và Mỹ vào đầu những năm 1800; tuy nhiên, ánh sáng khí gas đắt đỏ để lắp đặt và bảo trì, tương đối nguy hiểm, và thải ra khí độc hại gây chết cây cối, làm người ngửi buồn nôn, và phá hủy các loại vải. Những người giàu có đủ khả năng sử dụng khí gas thường không ưa chuộng nó, còn những người nghèo thì không thể chi trả. Ứng dụng của khí gas phần lớn nằm trong thương mại và công nghiệp, vì ánh sáng khí gas trở thành nguồn sáng chủ yếu trong các nhà máy, cơ sở lớn, và đường phố của New York và London.
Ánh sáng khí gas sáng – ít nhất là sáng hơn 20 lần so với bất kỳ loại ánh sáng nào có trước đó. Việc sử dụng khí gas để chiếu sáng đã mang lại cho chúng ta cơ hội đầu tiên để trải nghiệm loại ánh sáng toàn phòng giống như ánh sáng hiện đại. Đến giữa thế kỷ 19, ánh sáng khí gas đã có mặt ở nhiều thành phố lớn ở Mỹ và Anh, với điều kiện bạn có khả năng chi trả. Nếu bạn nghèo vào đầu thế kỷ 19, bạn thường có ba lựa chọn: đốt nến mỡ làm từ mỡ động vật đang từ từ phân hủy, tụ họp bên cạnh lửa, hoặc ngồi trong bóng tối (có lẽ là lựa chọn phổ biến nhất).
Cách mạng công nghiệp và nhu cầu về ánh sáng
Khi Cách Mạng Công Nghiệp bắt đầu phát triển, nhu cầu về ánh sáng cũng tăng lên. Áp lực đặt lên quần thể cá voi rất khắc nghiệt và không ngừng. Tuy nhiên, có một thời gian giải cứu cho cá voi vào giữa thế kỷ 19, khi một loại nhiên liệu mới bất ngờ xuất hiện trên sân khấu thế giới: dầu hỏa. Năm 1846, Abraham Gesner, một bác sĩ người Canada có niềm đam mê với địa chất than đá, đã nghĩ ra một phương pháp chưng cất để chiết xuất chất lỏng dễ cháy từ nhựa than, một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất khí gas, và ông gọi nó là dầu hỏa.
Dầu hỏa là một bước đột phá thực sự trong công nghệ chiếu sáng – nó cháy sáng rực và có thể được sản xuất với giá rẻ hơn bất kỳ nhiên liệu nào trước đó: không cần phải tàn sát cá voi. Dầu hỏa được chiết xuất từ than đá đã giúp giảm mạnh chi phí chiếu sáng và, khi kết hợp với công nghệ đèn mới, cung cấp một ngọn lửa sáng, không mùi, không dễ hư hỏng và rẻ tiền – tất cả đều là những tính chất mà dầu cá voi không có.
Việc tiếp cận dầu thô phong phú và rẻ tiền sẽ trở thành đột phá về năng lượng hóa học đầu tiên cho cuộc cách mạng chiếu sáng đại chúng trong lịch sử văn minh.
Đến năm 1850, tổng sản lượng dầu hỏa từ than đá của toàn bộ Bắc Mỹ là chưa đến 18.000 thùng mỗi tháng. Nhu cầu vượt quá cung rất nhiều, và không có phương pháp dễ dàng nào để tăng sản lượng từ nhựa than. Điều cần thiết là một phương pháp sản xuất dầu hỏa với chi phí thấp và trên quy mô công nghiệp, có khả năng đáp ứng nhu cầu chiếu sáng đang bùng nổ của một nền văn minh toàn cầu ngày càng hiện đại hóa và thịnh vượng hơn.
Nguồn cung cấp cho cuộc cách mạng chiếu sáng tiếp theo xuất hiện vào ngày 27 tháng 8 năm 1859, khi Edwin Drake và một nhóm nhỏ phát hiện dầu trong khu rừng xa xôi của Pennsylvania. Ở độ sâu chỉ 21 mét, Drake đã chính thức khởi đầu thời kỳ hydrocarbon. Mặc dù giếng dầu của Drake không phải là thành công thương mại, nhưng nó là một minh chứng đáng kinh ngạc. Dầu tồn tại ở Mỹ, và khoan là phương pháp giải phóng nó khỏi lòng đất. Việc tiếp cận dầu thô phong phú và rẻ tiền sẽ trở thành đột phá về năng lượng hóa học đầu tiên cho cuộc cách mạng chiếu sáng đại chúng trong lịch sử văn minh. Sản xuất công nghiệp các hydrocarbon lỏng sắp đẩy ngành công nghiệp cá voi ra khỏi thị trường chiếu sáng và thay đổi toàn bộ tiến trình của nền văn minh nhân loại – một kết quả đáng kể chỉ từ một mùa hè làm việc.
Cuộc cách mạng chiếu sáng đầu tiên nhờ dầu hỏa
Cuộc cách mạng chiếu sáng đầu tiên nhờ dầu hỏa đã chiếu sáng các nhà máy, xưởng làm việc, và các doanh nghiệp, và qua đó, biến đổi mạnh mẽ năng suất của loài người trong đêm.
Dầu hỏa được tinh chế từ dầu thô đã tạo ra sự giảm chi phí chiếu sáng liên tục. Chỉ 30 năm sau khi giếng dầu thô đầu tiên được khoan xong, chi phí chiếu sáng ở Anh đã giảm xuống còn £295 cho mỗi triệu lumen – giờ, giảm 97,5% so với một trăm năm trước đó, với sự giảm giá tương tự ở Mỹ. Có thể dễ dàng coi việc sản xuất và sử dụng dầu hỏa chỉ là một phần nhỏ trong câu chuyện tiến bộ của loài người; tuy nhiên, nhiều đêm muộn đã được dành để phác thảo cầu, tàu, thí nghiệm, sách, công trình và hợp đồng kinh doanh dưới ánh sáng của nó.
Cuộc cách mạng chiếu sáng đầu tiên nhờ dầu hỏa đã chiếu sáng các nhà máy, xưởng làm việc, và các doanh nghiệp, và qua đó, biến đổi mạnh mẽ năng suất của loài người trong đêm. Hàng triệu gia đình trung lưu và nghèo khó đã có cơ hội đầu tiên để tận hưởng ánh sáng nhân tạo tương đối sạch sẽ, an toàn, sáng, và dễ mang theo trong ngôi nhà của họ.
Cuộc cách mạng chiếu sáng thứ hai với điện khí hóa
Tuy nhiên, bước đột phá đầu tiên trong công nghệ chiếu sáng này không là gì so với cuộc cách mạng chiếu sáng thứ hai được thúc đẩy bởi điện khí hóa dựa trên than đá. Kỷ nguyên ánh sáng điện bắt đầu khi Thomas Edison bắt đầu tiếp thị và lắp đặt các bóng đèn thương mại đầu tiên vào những năm 1880. Từ đó, lực đẩy thị trường và đổi mới đã thúc đẩy sự sẵn có, chất lượng, an toàn, và phổ biến của ánh sáng nhân tạo tăng lên đáng kể trong khi đẩy giá xuống mức có thể tiếp cận gần như phổ cập cho toàn nhân loại.
Ánh sáng sợi đốt cuối cùng đã nhường chỗ cho ánh sáng huỳnh quang và sau đó là diode phát quang (LED), khiến chi phí ánh sáng nhân tạo ở Vương quốc Anh (dữ liệu được sử dụng ở đây rộng rãi nhờ có hồ sơ đáng tin cậy) giảm nhanh chóng chỉ trong một thế kỷ. Giữa những năm 1900 và 2000, giá của mỗi triệu lumen – giờ ánh sáng nhân tạo ở Vương quốc Anh đã giảm, tính theo giá đã điều chỉnh lạm phát, từ £236 (333 USD) xuống còn £2,62 (3,32 USD).
Lộ trình đổi mới bắt đầu với việc ra mắt thương mại của bóng đèn sợi đốt đã khiến ánh sáng nhân tạo sạch sẽ, an toàn và rẻ tiền có sẵn cho gần như toàn bộ nhân loại và qua đó, đã biến đổi nền văn minh.
