How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

번역: 동욱 천 검토: jimin Hyun

You've probably heard that

당신은 아마 들어 봤을 것입니다.

carbon dioxide is warming the Earth,

이산화탄소가 지구를 온난하게 한다는 것을요.

but how does it work?

하지만 어떻게 이것이 일어 날까요?

Is it like the glass of a greenhouse

이것이 마치 온실의 풀,

or like an insulating blanket?

또는 차단하는 담요 같은 걸까요?

Well, not entirely.

글쎄요, 정확하진 않습니다.

The answer involves a bit

정답은 양자역학을 조금 포함합니다.

of quantum mechanics, but don't worry,

하지만 걱정하지 마세요.

we'll start with a rainbow.

우린 무지개부터 시작할 겁니다.

If you look closely at sunlight separated

당신이 만약 프리즘을 통해

through a prism,

분리된 햇빛을 가까이서 본다면,

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

색깔 띠가 사라진 부분의 어두운 틈을 볼 수 있을 것입니다.

Where did they go?

그들은 어디로 갔을까요?

Before reaching our eyes,

우리의 눈에 닿기 전에,

different gases absorbed those

각각 다른 가스가

specific parts of the spectrum.

특정한 부분의 스펙트럼에 흡수됩니다.

For example, oxygen gas snatched up

예를 들어, 산소는

some of the dark red light,

어두운 붉은 빛을 띄고,

and sodium grabbed two bands of yellow.

나트륨은 두개의 노란색 띠를 보입니다.

But why do these gases absorb

하지만 왜 이러한 가스가

specific colors of light?

특정한 색깔의 빛을 흡수할까요?

This is where we enter the quantum realm.

이것은 우리가 양자의 영역에 들어온 것입니다.

Every atom and molecule has a set number

모든 원자와 분자는 번호를 가지고 있습니다.

of possible energy levels for its electrons.

전자의 가능한 에너지 수준에 맞는

To shift its electrons from the ground state

이것의 전자를 기저(낮은 에너지) 상태에서

to a higher level,

높은 에너지 수준으로 이동시키기 위해서

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

분자는 특정한 양의 에너지를 모을 필요가 있습니다.

No more, no less.

더 많지도, 적지도 않게요.

It gets that energy from light,

이것은 그 에너지를 빛에서 얻습니다.

which comes in more energy levels than you could count.

당신이 셀수 있는 수준보다 더 많은 에너지를 얻습니다.

Light consists of tiny particles called photons

빛은 광자(photons)라고 불리는 작은 입자로 구성되어 있습니다.

and the amount of energy in each photon

그리고 각각의 광자 에너지 양은

corresponds to its color.

그것의 색깔과 들어맞습니다.

Red light has lower energy and longer wavelengths.

붉은색은 낮은 에너지와 긴 파장을 보이고.

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

보라색은 높은 에너지와 짧은 파장을 보입니다.

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

햇빛은 무지개의 모든 광자를 제공합니다.

so a gas molecule can choose

그래서 가스 분자는 선택을 할수 있습니다.

the photons that carry the exact amount of energy

그 광자는 분자가 다음 에너지 수준으로

needed to shift the molecule to

이동하는데 필요한

its next energy level.

정확한 양의 에너지를 운반합니다.

When this match is made,

이 연결이 만들어 질때,

the photon disappers as the molecule

광자는 에너지를 얻으며

gains its energy,

분자로 사라집니다.

and we get a small gap in our rainbow.

그리고 무지개에 작은 틈이 생깁니다.

If a photon carries too much or too little energy,

만약 광자가 너무많은, 또는 너무 적은 에너지를 가져왔다면,

the molecule has no choice but

분자는 선택을 하지 않고

to let it fly past.

지나가도록 내버려 둡니다.

This is why glass is transparent.

이것은 유리가 투명한 이유입니다.

The atoms in glass do not pair well

유리안의 원자는 가시광선의

with any of the energy levels in visible light,

어떤 에너지 준위에도 짝을 이루지 않습니다.

so the photons pass through.

따라서 광자는 통과합니다.

So, which photons does carbon dioxide prefer?

그래서, 이산화탄소에 적절한 광자는 무엇일까요?

Where is the black line in our rainbow

지구 온난화를 설명하는

that explains global warming?

무지개의 검은 선은 어디 있을까요?

Well, it's not there.

글썌요, 그것은 무지개에 없습니다.

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

이산화탄소는 태양으로부터

from the Sun.

직접 빛을 흠수하지 않습니다.

It absorbs light from a totally

이산화탄소는 완전히 다른 천체로부터

different celestial body.

빛을 흡수합니다.

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

하지만 빛을 전혀 방출 하지 않고 나타나는 것이 있습니다.

Earth.

그것은 바로 지구입니다.

If you're wondering why our planet

당신은 왜 지구가

doesn't seem to be glowing,

타는 것 처럼 보이지 않는지 궁금할 것 입니다.

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

그것은 지구가 가시광선을 방출하지 않기 때문입니다.

It emits infared light.

지구는 적외선을 방출합니다.

The light that our eyes can see,

무지개의 모든 색을 포함해서

including all of the colors of the rainbow,

우리가 볼수 있는 빛은

is just a small part of the larger spectrum

라디오파, 마이크로파,

of electromagnetic radiation,

적외선, 자외선,x선,

which includes radio waves, microwaves,

그리고 감마선을 포함하는

infrared, ultraviolet, x-rays,

전자기 방사선의

and gamma rays.

거대한 스펙트럼의 한 작은 부분일 뿐입니다.

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

그것들을 빛으로 생각하는 것은 이상해 보일지도 모릅니다.

but there is no fundamental difference

하지만 가시광선과 다른 전자기 방사선과는

between visible light and other electromagnetic radiation.

근본적인 차이점이 없습니다.

It's the same energy,

그것들은 같은 에너지입니다.

but at a higher or lower level.

하지만 더 높거나 더 낮은 단계에 존재합니다.

In fact, it's a bit presumptuous to define

사실, 우리 자신의 한계로 가시광선의 조건을 결정하는 것은

the term visible light by our own limitations.

약간 주제넘는 것 입니다.

After all, infrared light is visible to snakes,

왜냐하면 적외선은 뱀들에게 보일 수 있고

and ultraviolet light is visible to birds.

자외선은 새들에게 보이기 때문입니다.

If our eyes were adapted to see light of

만약 우리의 눈이 1900 메가헤르츠의 빛으로 보는데에

1900 megahertz, then a mobile phone

적응되어 있다면

would be a flashlight,

전화기는 섬광처럼 보일것 이고

and a cell phone tower

전화 기지국은

would look like a huge lantern.

큰 랜턴처럼 보일것 입니다.

Earth emits infrared radiation

모든 물체는 절대영도에서

because every object with a temperature

빛을 발산할 것이기 때문에

above absolute zero will emit light.

지구는 적외선을 방출할 것입니다.

This is called thermal radiation.

이것은 열 적외선이라고 불립니다.

The hotter an object gets,

한 물체가 뜨거워 질수록

the higher frequency the light it emits.

더 높은 주파수의 빛이 방출될 것입니다.

When you heat a piece of iron,

당신이 철 조각을 가열하면 가열할 수록

it will emit more and more frequencies of infrared light,

더높은 주파수의 적외선을 방출할 것이고,

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

섭씨 450도 부근에서,

its light will reach the visible spectrum.

가시광선의 스펙트럼에 도달할 것입니다.

At first, it will look red hot.

처음엔 빨갛고 뜨겁게 보일 것입니다.

And with even more heat,

그리고 더 뜨겁게 가열 할 수록,

it will glow white

가시광선의 모든 주파수들로

with all of the frequencies of visible light.

하얗게 빛날 것입니다.

This is how traditional light bulbs

이것은 전통적인 전구가

were designed to work

어떻게 작동하게 디자인 되었고,

and why they're so wasteful.

왜 그들이 쓸모가 없는지를 알려주는것 입니다.

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

방출되는 빛의 95처센트는 눈에 보이지 않습니다.

It's wasted as heat.

그것들은 열에너지로 낭비됩니다.

Earth's infrared radiation would escape to space

대기안에서,

if there weren't greenhouse gas molecules

온실가스의 분자들이 없다면,

in our atmophere.

지구의 적외선은 우주로 방출될 것입니다.

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

단지 산소가 어둡고 붉은 광자를 선호하는 것 처럼,

carbon dioxide and other greenhouse gases

이산화탄소와 다른 온실가스들은

match with infrared photons.

적외선 광자와 연결됩니다.

They provide the right amount of energy

그들은 기체분자들을 더 높은 에너지 준위로 올리기 위해

to shift the gas molecules into their higher energy level.

적당한 양의 에너지를 공급합니다.

Shortly after a carbon dioxide molecule

이산화 탄소 분자가

absorbs an infrared photon,

적외선 광자를 흡수한 잠시 후에,

it will fall back to its previous energy level,

이전의 에너지 준위로 다시 떨어질 것입니다.

and spit a photon back out in a random direction.

그리고 임의의 방향대로 광자를 뱉어낼 것입니다.

Some of that energy then returns

지구의 표면으로 돌아가는

to Earth's surface,

몇몇 에너지들은

causing warming.

지구 온난화를 일으킵니다.

The more carbon dioxide in the atmosphere,

대기에 더 많은 이산화탄소가 있을수록

the more likely that infrared photons

더 많은 적외선 광자가 들어와

will land back on Earth

지구에 정착하여

and change our climate.

기후를 바꿀 가능성이 높아집니다.