How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

Übersetzung: Sarah Braun Lektorat: Nadine Hennig

You've probably heard that

Du hast wahrscheinlich gehört,

carbon dioxide is warming the Earth,

dass Kohlendioxid die Erde erwärmt,

but how does it work?

aber wie funktioniert das?

Is it like the glass of a greenhouse

Ist es wie das Glas eines Treibhauses

or like an insulating blanket?

oder eine isolierende Decke?

Well, not entirely.

Nun, nicht ganz.

The answer involves a bit

Die Antwort hat etwas mit

of quantum mechanics, but don't worry,

Quantenmechanik zu tun, aber keine Sorge,

we'll start with a rainbow.

wir beginnen mit einem Regenbogen.

If you look closely at sunlight separated

Im Sonnenlicht, das durch ein Prisma gebrochen wird,

through a prism,

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

siehst du dunkle Lücken, wo Farbbänder verloren gegangen sind.

Where did they go?

Wo sind sie hin?

Before reaching our eyes,

Bevor sie das Auge erreichen,

different gases absorbed those

schlucken verschiedene Gase

specific parts of the spectrum.

diese speziellen Teile des Spektrums.

For example, oxygen gas snatched up

Zum Beispiel hat Sauerstoff

some of the dark red light,

etwas vom dunkelroten Licht erhascht,

and sodium grabbed two bands of yellow.

und Natrium hat sich zwei gelbe Bänder gegriffen.

But why do these gases absorb

Aber warum absorbieren diese Gase

specific colors of light?

spezielle Farben des Lichts?

This is where we enter the quantum realm.

An dieser Stelle betreten wir das Reich der Quanten.

Every atom and molecule has a set number

Jedes Atom und Molekül hat eine festgelegte Anzahl

of possible energy levels for its electrons.

an möglichen Energiestufen für seine Elektronen.

To shift its electrons from the ground state

Um die Elektronen vom Grundzustand

to a higher level,

auf eine höhere Stufe zu verlagern,

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

muss ein Molekül eine bestimmte Menge an Energie gewinnen.

No more, no less.

Nicht mehr und nicht weniger.

It gets that energy from light,

Es bekommt diese Energie vom Licht,

which comes in more energy levels than you could count.

das unzählige Energiestufen besitzt.

Light consists of tiny particles called photons

Licht besteht aus winzigen Teilchen namens Photonen,

and the amount of energy in each photon

und die Menge an Energie in jedem Photon

corresponds to its color.

entspricht seiner Farbe.

Red light has lower energy and longer wavelengths.

Rotes Licht hat weniger Energie und längere Wellenlängen.

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

Violettes Licht hat mehr Energie und kürzere Wellenlängen.

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

Sonnenlicht bietet alle Photonen des Regenbogens,

so a gas molecule can choose

also kann ein Gasmolekül die Photonen wählen,

the photons that carry the exact amount of energy

die die exakte Menge an Energie tragen,

needed to shift the molecule to

die gebraucht werden, um die Moleküle

its next energy level.

zur nächsten Energiestufe zu verlagern.

When this match is made,

Sind diese zugeordnet, verschwindet das Photon,

the photon disappers as the molecule

während das Molekül seine Energie erlangt

gains its energy,

and we get a small gap in our rainbow.

und wir eine kleine Lücke in unserem Regenbogen bekommen.

If a photon carries too much or too little energy,

Besitzt ein Photon zu viel oder zu wenig Energie,

the molecule has no choice but

hat das Molekül keine andere Wahl,

to let it fly past.

als es vorbeifliegen zu lassen.

This is why glass is transparent.

Das ist der Grund, warum Glas durchsichtig ist.

The atoms in glass do not pair well

Die Atome im Glas passen nicht gut

with any of the energy levels in visible light,

zu den einzelnen Energiestufen des sichtbaren Lichts,

so the photons pass through.

also gehen die Photonen durch.

So, which photons does carbon dioxide prefer?

Welche Photonen zieht Kohlendioxid also vor?

Where is the black line in our rainbow

Wo ist die schwarze Linie in unserem Regenbogen,

that explains global warming?

die die globale Erwärmung erklärt?

Well, it's not there.

Es gibt keine.

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

Kohlendioxid absorbiert Licht nicht direkt von der Sonne.

from the Sun.

It absorbs light from a totally

Es absorbiert Licht von einem völlig anderen Himmelskörper.

different celestial body.

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

Einer, der scheinbar gar kein Licht aussendet:

Earth.

die Erde.

If you're wondering why our planet

Du fragst dich vielleicht,

warum unser Planet scheinbar nicht glüht.

doesn't seem to be glowing,

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

Die Erde sendet kein sichtbares Licht aus.

It emits infared light.

Sie sendet Infrarotlicht aus.

The light that our eyes can see,

Das Licht, das unser Auge sehen kann,

including all of the colors of the rainbow,

inklusive aller Farben des Regenbogens,

is just a small part of the larger spectrum

ist nur ein kleiner Teil des größeren Spektrums

of electromagnetic radiation,

der elektromagnetischen Strahlung,

which includes radio waves, microwaves,

die Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot-, UV-, Röntgenstrahlen

infrared, ultraviolet, x-rays,

und Gammastrahlen umfasst.

and gamma rays.

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

Es mag seltsam sein, diese Dinge als Licht zu bezeichnen,

but there is no fundamental difference

aber es gibt keinen großen Unterschied

between visible light and other electromagnetic radiation.

zwischen sichtbarem Licht und anderer elektromagnetischer Strahlung.

It's the same energy,

Es ist die gleiche Energie,

but at a higher or lower level.

nur in höheren oder niedrigeren Stufen.

In fact, it's a bit presumptuous to define

Tatsächlich wäre es etwas anmaßend,

the term visible light by our own limitations.

den Begriff "sichtbares Licht" mit unseren eigenen Beschränkungen zu definieren.

After all, infrared light is visible to snakes,

Immerhin ist Infrarotlicht für Schlangen

and ultraviolet light is visible to birds.

und UV-Licht für Vögel sichtbar.

If our eyes were adapted to see light of

Wären unsere Augen dazu fähig,

1900 megahertz, then a mobile phone

Licht von 1900 MHz zu sehen,

wäre ein Handy eine Taschenlampe,

would be a flashlight,

and a cell phone tower

und ein Handymast würde wie eine riesige Laterne aussehen.

would look like a huge lantern.

Earth emits infrared radiation

Die Erde sendet Infrarotstrahlung aus,

because every object with a temperature

weil jedes Objekt mit einer Temperatur

above absolute zero will emit light.

über dem absoluten Nullpunkt Licht aussendet.

This is called thermal radiation.

Das nennt man "thermische Strahlung".

The hotter an object gets,

Umso heißer ein Objekt wird,

the higher frequency the light it emits.

desto höher ist die Frequenz des Lichts, das es aussendet.

When you heat a piece of iron,

Erhitzt man ein Stück Eisen,

it will emit more and more frequencies of infrared light,

wird es immer mehr Frequenzen von Infrarotlicht aussenden,

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

und dann bei einer Temperatur von ca. 450ºC

its light will reach the visible spectrum.

erreicht sein Licht das sichtbare Spektrum.

At first, it will look red hot.

Zuerst glüht es rot.

And with even more heat,

Bei noch mehr Hitze glüht es weiß,

it will glow white

with all of the frequencies of visible light.

mit allen Frequenzen des sichtbaren Lichts.

This is how traditional light bulbs

So funktionieren herkömmliche Glühbirnen

were designed to work

and why they're so wasteful.

und darum sind sie so verschwenderisch.

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

95 % des Lichts, das sie aussenden, sind für uns unsichtbar.

It's wasted as heat.

Es wird als Wärme verschwendet.

Earth's infrared radiation would escape to space

Die Infrarotstrahlung der Erde würde ins All entfliehen,

if there weren't greenhouse gas molecules

wenn es keine Treibhausgasmoleküle

in our atmophere.

in unserer Atmosphäre gäbe.

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

Genau wie Sauerstoff die dunkelroten Photonen vorzieht,

carbon dioxide and other greenhouse gases

passen Kohlendioxid und andere Treibhausgase

match with infrared photons.

mit infraroten Photonen zusammen.

They provide the right amount of energy

Sie haben die richtige Menge an Energie,

to shift the gas molecules into their higher energy level.

um die Gasmoleküle auf ihre höhere Energiestufe zu verlagern.

Shortly after a carbon dioxide molecule

Kurz nachdem ein Kohlendioxidmolekül

absorbs an infrared photon,

ein infrarotes Photon aufnimmt,

it will fall back to its previous energy level,

fällt es zurück auf seine vorherige Energiestufe

and spit a photon back out in a random direction.

und wirft ein Photon in willkürlicher Richtung zurück.

Some of that energy then returns

Ein Teil dieser Energie kehrt dann zur Erdoberfläche zurück

to Earth's surface,

causing warming.

und verursacht Erwärmung.

The more carbon dioxide in the atmosphere,

Umso mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre ist,

the more likely that infrared photons

desto wahrscheinlicher ist es, dass infrarote Photonen

will land back on Earth

wieder auf der Erde landen und unser Klima verändern.

and change our climate.