How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

المترجم: Mhd. Fady Tootoonjy المدقّق: khalid marbou

You've probably heard that

ربّما سمعتم أنّ

carbon dioxide is warming the Earth,

ثاني أكسيد الكربون يرفع درجة حرارة الأرض،

but how does it work?

لكن كيف يحدث ذلك؟

Is it like the glass of a greenhouse

أهو مثل زجاج الدفيئة،

or like an insulating blanket?

أو مثل بطانية عازلة؟

Well, not entirely.

حسنا، ليس تمامًا.

The answer involves a bit

تشمل الإجابة القليل

of quantum mechanics, but don't worry,

من ميكانيكا الكم، لكن لا تقلقوا،

we'll start with a rainbow.

سوف نبدأ من قوس قزح.

If you look closely at sunlight separated

إذا نظرتم عن قرب إلى ضوء الشمس المنقسم

through a prism,

من خلال موشور،

you'll see dark gaps where bands of color went missing.

فسوف ترون فجوات معتمة تفتقد شرائط من الألوان.

Where did they go?

أين ذهبت؟

Before reaching our eyes,

قبل وصولها إلى أعينكم،

different gases absorbed those

امتصت غازات مختلفة تلك

specific parts of the spectrum.

الأجزاء المحددة من ألوان الطيف.

For example, oxygen gas snatched up

على سبيل المثال، انتزع غازالأكسجين

some of the dark red light,

بعض الضوء الأحمر الداكن،

and sodium grabbed two bands of yellow.

كما انتزع الصوديوم شريطين من اللون الأصفر.

But why do these gases absorb

لكن لماذا تمتص هذه الغازات

specific colors of light?

ألوانًا محددة من الضوء؟

This is where we enter the quantum realm.

هنا ندخل المجال الكمومي.

Every atom and molecule has a set number

لكلّ ذرة وجزيء عدد محدد

of possible energy levels for its electrons.

من مستويات الطاقة الممكنة لإلكتروناتها.

To shift its electrons from the ground state

ومن أجل رفع طاقة الإلكترونات من المستوى الأدنى

to a higher level,

إلى مستويات أعلى،

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

يحتاج الجزيء إلى اكتساب مقدار معيّن من الطاقة.

No more, no less.

لا أكثر ولا أقل.

It gets that energy from light,

فيحصل على الطاقة من الضوء،

which comes in more energy levels than you could count.

الذي يأتي بمستويات طاقة أكثر مما يمكن إحصاؤه.

Light consists of tiny particles called photons

يتكوّن الضوء من جُسيمات صغيرة تسمى الفوتونات

and the amount of energy in each photon

ومقدار الطاقة الموجودة في كلّ فوتون

corresponds to its color.

يتوافق مع لونه.

Red light has lower energy and longer wavelengths.

فالضوء الأحمر منخفض الطاقة وموجته طويلة.

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

أمّا الضوء البنفسجي فهو عالي الطاقة وقصير الموجة.

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

يوفّر ضوء الشمس جميع فوتونات قوس قزح،

so a gas molecule can choose

فيستطيع جزيء الغاز أن يختار

the photons that carry the exact amount of energy

الفوتونات التي تحمل الكمية المناسبة من الطاقة

needed to shift the molecule to

اللازمة لرفع الجزيء إلى

its next energy level.

مستوى طاقته التالي.

When this match is made,

وعندما يحدث هذا التطابق،

the photon disappers as the molecule

يختفي الفوتون بينما

gains its energy,

يحصل الجزيء على طاقته،

and we get a small gap in our rainbow.

ويصبح لدينا فراغ صغير في قوس قزح.

If a photon carries too much or too little energy,

وإذا كان الفوتون يحمل كمّية أكثر أو أقل من الطاقة المطلوبة،

the molecule has no choice but

فلا يكون للجزيء خيار سوى

to let it fly past.

تركه يمر.

This is why glass is transparent.

هذا هو سبب شفافية الزجاج.

The atoms in glass do not pair well

إذ لا تقترن ذرات الزجاج جيدًا

with any of the energy levels in visible light,

مع أي من مستويات الطاقة الموجودة في الضوء المرئي،

so the photons pass through.

فتمرّ الفوتونات من خلاله.

So, which photons does carbon dioxide prefer?

ما هي إذًا الفوتونات التي يفضّلها ثاني أكسيد الكربون؟

Where is the black line in our rainbow

أين يوجد الخط الأسود في قوس قزح

that explains global warming?

الذي يفسّر الاحتباس الحراري العالمي؟

Well, it's not there.

حسنٌ، إنّه غير موجود.

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

لا يمتص ثاني أكسيد الكربون الضوء مباشرةً

from the Sun.

من الشمس.

It absorbs light from a totally

بل يمتصّه من

different celestial body.

جرم سماوي مختلف كليًّا.

One that doesn't appear to be emitting light at all:

جرمٌ لا يبدو أنّه ينبعث منه أيّ ضوء:

Earth.

كوكب الأرض.

If you're wondering why our planet

إن كنتم تتساءلون

doesn't seem to be glowing,

لم لا يبدو أنّ كوكبنا يتوهّج،

it's because the Earth doesn't emit visible light.

ذلك لأنّ الأرض لا ينبعث منها ضوء مرئي.

It emits infared light.

بل ينبعث ضوء تحت الأحمر.

The light that our eyes can see,

الضوء الذي يمكن لأعيننا رؤيته،

including all of the colors of the rainbow,

بما في ذلك جميع ألوان قوس قزح،

is just a small part of the larger spectrum

هو مجرّد جزء صغير من طيف أكبر

of electromagnetic radiation,

من الإشعاعات الكهرومغناطيسية،

which includes radio waves, microwaves,

التي تشمل أمواج الراديو، والأمواج الميكروية،

infrared, ultraviolet, x-rays,

وتحت الحمراء، وفوق البنفسجية، والأشعة السينية،

and gamma rays.

وأشعة غاما.

It may seem strange to think of these things as light,

ربما يبدو من الغريب التفكير في تلك الأشياء على أنّها ضوء،

but there is no fundamental difference

إلاّ أنّه لا يوجد اختلاف جوهري

between visible light and other electromagnetic radiation.

بين الضوء المرئي والإشعاعات الكهرومغناطيسية الأخرى.

It's the same energy,

فالطاقة هي ذاتها،

but at a higher or lower level.

لكن في مستوى أعلى أو أدنى.

In fact, it's a bit presumptuous to define

في الواقع، إنّ من الغطرسة تعريف

the term visible light by our own limitations.

مصطلح الضوء المرئي بناءً على محدوديتنا.

After all, infrared light is visible to snakes,

ففي نهاية المطاف، الضوء دون الأحمر مرئي بالنسبة للأفاعي،

and ultraviolet light is visible to birds.

والضوء فوق البنفسجي مرئي بالنسبة للطيور.

If our eyes were adapted to see light of

ولو تكيّفت أعيننا على رؤية الضوء

1900 megahertz, then a mobile phone

بتردد 1900 ميغاهيرتز، فإنّ الهاتف الخلوي

would be a flashlight,

سوف يصبح ضوء كشافا،

and a cell phone tower

وسوف تبدو الأبراج الخلوية

would look like a huge lantern.

مثل مصابيح ضخمة.

Earth emits infrared radiation

تنبعث من الأرض الأشعة تحت الحمراء

because every object with a temperature

لأنّ الضوء ينبعث من كلّ جسمٍ له حرارة

above absolute zero will emit light.

فوق الصفر المطلق.

This is called thermal radiation.

وهذا ما يسمى بالإشعاع الحراري.

The hotter an object gets,

كلما ارتفعت حرارة الجسم،

the higher frequency the light it emits.

ارتفع تردد الضوء المنبعث منه.

When you heat a piece of iron,

عندما تقومون بتسخين قطعة من الحديد،

it will emit more and more frequencies of infrared light,

ينبعث منها المزيد من ترددات الضوء تحت الأحمر،

and then, at a temperature of around 450 degrees Celsius,

وعند بلوغها حوالي 450 درجة مئوية،

its light will reach the visible spectrum.

يصل ضوءها إلى الطيف المرئي.

At first, it will look red hot.

تبدو في البداية ساخنة لدرجة الاحمرار.

And with even more heat,

وعند ازدياد التسخين،

it will glow white

تتوهج باللون الأبيض

with all of the frequencies of visible light.

فتنبعث منها جميع ترددات الضوء المرئي.

This is how traditional light bulbs

هذه هي الطريقة التي صُممت

were designed to work

لتعمل بها المصابيح التقليدية

and why they're so wasteful.

وهي السبب في أنّها كثيرة الهدر.

95% of the light they emit is invisible to our eyes.

فـ 95 بالمئة من الضوء الذي تصدره غير مرئي لأعيننا.

It's wasted as heat.

ويضيع على شكل حرارة.

Earth's infrared radiation would escape to space

تنطلق الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأرض في الفضاء

if there weren't greenhouse gas molecules

إذا لم تتوفر جزيئات غاز الدفيئة

in our atmophere.

في غلافنا الجوي.

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

ومثلما يفضّل غاز الأكسجين الفوتونات الحمراء الداكنة،

carbon dioxide and other greenhouse gases

فإنّ ثاني أكسيد الكربون وغازات الدفيئة الأخرى

match with infrared photons.

تفضّل الفوتونات تحت الحمراء.

They provide the right amount of energy

فهي توفّر كمية الطاقة المناسبة

to shift the gas molecules into their higher energy level.

لنقل جزيئات الغاز إلى مستوى طاقتها الأعلى.

Shortly after a carbon dioxide molecule

وبعد وقت قصير من امتصاص جزيئات ثاني أكسيد الكربون

absorbs an infrared photon,

للفوتونات تحت الحمراء،

it will fall back to its previous energy level,

تعود إلى مستوى طاقتها السابق،

and spit a photon back out in a random direction.

وتلفظ الفوتونات باتجاه عشوائي.

Some of that energy then returns

ثم يعود جزء من تلك الطاقة

to Earth's surface,

إلى سطح الأرض،

causing warming.

ما يتسبب بارتفاع درجة الحرارة.

The more carbon dioxide in the atmosphere,

وكلّما ازداد ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي،

the more likely that infrared photons

زاد احتمال أن تعود الفوتونات تحت الحمراء

will land back on Earth

وتحط على الأرض

and change our climate.

فيتغير بذلك مناخنا.