How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers

You've probably heard that

כנראה שמעתם

carbon dioxide is warming the Earth,

שפחמן דו חמצני מחמם את כדור הארץ,

but how does it work?

אבל איך הוא עושה את זה?

Is it like the glass of a greenhouse

האם זה כמו הזכוכית בחממה

or like an insulating blanket?

או כמו שמיכה מבודדת?

Well, not entirely.

ובכן, לא ממש.

The answer involves a bit

התשובה מערבת מעט

of quantum mechanics, but don't worry,

מכאניקה קוואנטית, אבל אל תדאגו,

we'll start with a rainbow.

נתחיל בקשת.

If you look closely at sunlight separated

אם אתם מביטים מקרוב באור שמש מפוזר

through a prism,

דרך מנסרה,

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

אתם תראו רווחים כהים היכן שרצועות של צבע חסרות.

Where did they go?

לאן הן הלכו?

Before reaching our eyes,

לפני שהם הגיעו לעיניים שלכם,

different gases absorbed those

גזים שונים סופגים את

specific parts of the spectrum.

החלקים הספציפיים של הספקטרום.

For example, oxygen gas snatched up

לדוגמה, גז חמצן חטף

some of the dark red light,

חלק מהצבע האדום הכהה,

and sodium grabbed two bands of yellow.

ונתרן לקח שתי רצועות של צהוב.

But why do these gases absorb

אבל למה הגזים האלה קולטים

specific colors of light?

צבעים מסויימים של אור?

This is where we enter the quantum realm.

שם אנחנו נכנסים לממלכה הקוואנטית.

Every atom and molecule has a set number

לכל אטום ומולקולה יש מספר קבוע

of possible energy levels for its electrons.

של רמות אנרגיה אפשריות לאלקטרונים שלהם.

To shift its electrons from the ground state

כדי להעביר אלקטרון ממצב בסיסי

to a higher level,

לרמה גבוהה יותר,

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

מולקולה צריכה להשיג כמות מסויימת של אנרגיה.

No more, no less.

לא יותר, לא פחות.

It gets that energy from light,

היא מקבלת את האנרגיה הזו מאור,

which comes in more energy levels than you could count.

שמגיע ביותר רמות אנרגיה משתוכלו לספור.

Light consists of tiny particles called photons

אור מכיל חלקיקים זעירים שנקראים פוטונים

and the amount of energy in each photon

והכמות של האנרגיה בכל פוטון

corresponds to its color.

מתאימה לצבע שלו.

Red light has lower energy and longer wavelengths.

לאור אדום יש אנרגיה נמוכה יותר ואורכי גל ארוכים יותר,

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

לאור סגול יש אנרגיה גבוהה יותר ואורכי גל קצרים יותר.

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

אור שמש מציע את כל הפוטונים של הקשת,

so a gas molecule can choose

אז מולקולות גז יכולות לבחור

the photons that carry the exact amount of energy

את הפוטונים שנושאות את האנרגיה המדוייקת

needed to shift the molecule to

שדרושה להסיט את המולקולה

its next energy level.

לרמת האנרגיה הבאה שלה.

When this match is made,

כשההתאמה הזו נעשית,

the photon disappers as the molecule

הפוטון נעלם כשהמולקולה

gains its energy,

אוגרת אנרגיה,

and we get a small gap in our rainbow.

ואנחנו מקבלים פער קטן בקשת שלנו.

If a photon carries too much or too little energy,

אם פוטון נושא מעט או יותר מדי אנרגיה,

the molecule has no choice but

למולקולה אין ברירה

to let it fly past.

אלא לתת לו לעבור.

This is why glass is transparent.

לכן זכוכית היא שקופה.

The atoms in glass do not pair well

האטומים של הזכוכית לא מתאימים היטב

with any of the energy levels in visible light,

לשום סוג של רמת אנרגיה של אור נראה,

so the photons pass through.

אז הפוטונים עוברים דרכה.

So, which photons does carbon dioxide prefer?

אז, איזה פוטונים פחמן דו חמצני מעדיף?

Where is the black line in our rainbow

איפה הקו השחור בקשת שלנו

that explains global warming?

שמסביר את ההתחממות הגלובלית?

Well, it's not there.

ובכן, הוא לא שם.

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

פחמן דו חמצני לא סופג קרני אור ישירות

from the Sun.

מהשמש.

It absorbs light from a totally

הוא סופג אור מגוף שמיימי

different celestial body.

שונה לחלוטין.

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

אחד שלא נראה כאילו הוא פולט אור בכלל:

Earth.

כדור הארץ.

If you're wondering why our planet

אם תהיתם למה הפלנטה שלנו

doesn't seem to be glowing,

לא נראית כזורחת,

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

זה בגלל שכדור הארץ לא פולט אור נראה.

It emits infared light.

הוא פולט אור אינפרא אדום.

The light that our eyes can see,

האור שהעיניים שלנו יכולות לראות,

including all of the colors of the rainbow,

כולל כל הצבעים בקשת,

is just a small part of the larger spectrum

הוא חלק קטן של ספקטרום גדול יותר

of electromagnetic radiation,

של קרינה אלקטרומגנטית,

which includes radio waves, microwaves,

שכוללת גלי רדיו, גלי מיקרו,

infrared, ultraviolet, x-rays,

גלי אינפא אדום, אולטרה סגול, קרני X,

and gamma rays.

וקרינת גמא.

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

זה אולי נראה מוזר לחשוב על הדברים האלה כאור,

but there is no fundamental difference

אבל אין הבדל בסיסי

between visible light and other electromagnetic radiation.

בין אור נראה וסוגים אחרים של קרינה אלקטרומגנטית.

It's the same energy,

זו אותה אנרגיה,

but at a higher or lower level.

אבל ברמות גבוהות או נמוכות יותר.

In fact, it's a bit presumptuous to define

למעשה, זה מעט יומרני להגדיר

the term visible light by our own limitations.

את המושג אור נראה לפי המגבלות שלנו.

After all, infrared light is visible to snakes,

אחרי הכל, אור אינפרא אדום נראה לנחשים,

and ultraviolet light is visible to birds.

ואולטרה סגול נראה לציפורים.

If our eyes were adapted to see light of

אם העיניים שלנו היו מותאמות לראות אור

1900 megahertz, then a mobile phone

ב 1900 מגה הרץ, אז טלפון סלולרי

would be a flashlight,

היה פנס,

and a cell phone tower

ומגדל סלולרי

would look like a huge lantern.

היה נראה כמו מנורה עצומה.

Earth emits infrared radiation

כדור הארץ פולט קרינה אינפרא אדומה

because every object with a temperature

מפני שכל אובייקט עם טמפרטורה

above absolute zero will emit light.

מעל האפס המוחלט יפלוט אור.

This is called thermal radiation.

זה נקרא קרינה טרמית.

The hotter an object gets,

ככל שאובייקט מתחמם,

the higher frequency the light it emits.

תדירות הקרינה שלו גובהת.

When you heat a piece of iron,

כשאתם מחממים פיסת ברזל,

it will emit more and more frequencies of infrared light,

היא תפלוט יותר ויותר תדירויות של אור אינפרא אדום,

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

ואז, בחום של בערך 450 מעלות צלזיוס,

its light will reach the visible spectrum.

האור שלו יגיע לספקטרום הנראה.

At first, it will look red hot.

ראשית, היא תראה אדומה.

And with even more heat,

ואז עם יותר חום,

it will glow white

הוא יזהר בלבן

with all of the frequencies of visible light.

עם כל התדירויות של אור נראה.

This is how traditional light bulbs

כך נורות מסורתיות

were designed to work

תוכננו לעבוד

and why they're so wasteful.

ולכן הן כל כך בזבזניות.

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

95% מהאור שהן פולטות בלתי נראה לעיניים שלנו.

It's wasted as heat.

זה חום מבוזבז.

Earth's infrared radiation would escape to space

קרינת האינפרא אדום של כדור הארץ תברח לחלל

if there weren't greenhouse gas molecules

אם לא היו מולקולות גזי חממה

in our atmophere.

באטמוספירה שלנו.

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

ממש כמו שחמצן מעדיף פוטונים אדומים כהים,

carbon dioxide and other greenhouse gases

פחמן דו חמצני וגזי חממה אחרים

match with infrared photons.

מתאימים לפוטונים אינפרא אדומים.

They provide the right amount of energy

הם מספקים את הכמות המתאימה של אנרגיה

to shift the gas molecules into their higher energy level.

כדי להסיט את מולקולות הגז לרמות הגבוהות יותר של האנרגיה.

Shortly after a carbon dioxide molecule

מעט אחרי שמולקולת הפחמן הדו חמצני

absorbs an infrared photon,

סופגת פוטון אינפרא אדום,

it will fall back to its previous energy level,

היא תחזור חזרה לרמה הנמוכה יותר של האנרגיה,

and spit a photon back out in a random direction.

ותפלוט פוטון חזרה לכיוון אקראי.

Some of that energy then returns

חלק מהאנרגיה הזו תחזור

to Earth's surface,

לפני כדור הארץ,

causing warming.

ותגרום להתחממות.

The more carbon dioxide in the atmosphere,

ככל שיותר פחמן דו חמצני יהיה באטמוספירה,

the more likely that infrared photons

זה יותר סביר שהפוטונים האינפרא אדומים

will land back on Earth

יחזרו לכדור הארץ

and change our climate.

וישנו את האקלים.