How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

Tłumaczenie: Maria Chrzanowska Korekta: Barbara Guzik

You've probably heard that

Zapewne słyszeliście,

carbon dioxide is warming the Earth,

że dwutlenek węgla ogrzewa Ziemię,

but how does it work?

ale jak to działa?

Is it like the glass of a greenhouse

Jak szklarnia

or like an insulating blanket?

czy też jak koc izotermiczny?

Well, not entirely.

Niezupełnie.

The answer involves a bit

Odpowiedź zawiera odrobinę

of quantum mechanics, but don't worry,

mechaniki kwantowej, ale bez obaw,

we'll start with a rainbow.

zaczniemy od tęczy.

If you look closely at sunlight separated

Przyglądając się światłu słonecznemu

through a prism,

rozszczepionemu przez pryzmat,

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

można zobaczyć luki, z których zniknęły pasma koloru.

Where did they go?

Gdzie się podziały?

Before reaching our eyes,

Przed dotarciem do naszych oczu

different gases absorbed those

różne gazy wchłonęły

specific parts of the spectrum.

te części spektrum światła.

For example, oxygen gas snatched up

Tlen, na przykład, przechwycił

some of the dark red light,

część ciemnoczerwonego światła,

and sodium grabbed two bands of yellow.

a sód - dwa pasma żółtego.

But why do these gases absorb

Ale dlaczego te gazy wchłaniają

specific colors of light?

różne kolory światła?

This is where we enter the quantum realm.

Tu wkraczamy do sfery kwantowej.

Every atom and molecule has a set number

Każdy atom i cząsteczka ma określoną liczbę

of possible energy levels for its electrons.

możliwych poziomów energetycznych dla swoich elektronów.

To shift its electrons from the ground state

Żeby przenieść elektrony

to a higher level,

z poziomu podstawowego na wyższy,

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

cząsteczka musi uzyskać pewną ilość energii.

No more, no less.

Dokładnie określoną.

It gets that energy from light,

Dostaje tę energię ze światła,

which comes in more energy levels than you could count.

które ma więcej poziomów energii, niż można policzyć.

Light consists of tiny particles called photons

Światło składa się z małych cząsteczek zwanych fotonami,

and the amount of energy in each photon

a ilość energii w każdym fotonie

corresponds to its color.

odpowiada jego kolorowi.

Red light has lower energy and longer wavelengths.

Światło czerwone ma niższą energię i większe długości fal.

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

Światło fioletowe ma wyższą energię i krótsze długości fal.

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

Światło słoneczne zawiera wszystkie fotony tęczy,

so a gas molecule can choose

więc cząsteczka gazu może wybrać fotony,

the photons that carry the exact amount of energy

które niosą odpowiednią ilość energii

needed to shift the molecule to

potrzebnej cząsteczce

its next energy level.

do zmiany poziomu energii.

When this match is made,

Kiedy nastąpi takie sparowanie,

the photon disappers as the molecule

foton znika, ponieważ cząsteczka

gains its energy,

zyskuje jego energię,

and we get a small gap in our rainbow.

i w tęczy powstaje drobna luka.

If a photon carries too much or too little energy,

Jeśli foton niesie za dużo lub za mało energii,

the molecule has no choice but

cząsteczka musi mu pozwolić

to let it fly past.

przelecieć obok.

This is why glass is transparent.

Dlatego właśnie szkło jest przezroczyste.

The atoms in glass do not pair well

Atomy w szkle nie pasują

with any of the energy levels in visible light,

do poziomów energii widzialnego światła,

so the photons pass through.

więc fotony przez nie przelatują.

So, which photons does carbon dioxide prefer?

Jakie fotony odpowiadają dwutlenkowi węgla?

Where is the black line in our rainbow

Gdzie jest ten czarny pasek w tęczy,

that explains global warming?

który wyjaśnia globalne ocieplenie?

Well, it's not there.

Nie ma go tam.

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

Dwutlenek węgla nie wchłania światła

from the Sun.

bezpośrednio od słońca.

It absorbs light from a totally

Wchłania światło

different celestial body.

od zupełnie innego ciała niebieskiego,

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

takiego, które sprawia wrażenie, jakby w ogóle go nie emitowało:

Earth.

Ziemi.

If you're wondering why our planet

Może zastanawiacie się, dlaczego nasza planeta

doesn't seem to be glowing,

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

nie świeci się?

Dlatego że Ziemia nie emituje światła widzialnego.

It emits infared light.

Emituje światło podczerwone.

Światło, które nasze oczy mogą zobaczyć,

The light that our eyes can see,

including all of the colors of the rainbow,

w tym wszystkie kolory tęczy,

is just a small part of the larger spectrum

to tylko mała część większego spektrum

of electromagnetic radiation,

promieniowania elektromagnetycznego,

which includes radio waves, microwaves,

do którego zaliczają się fale radiowe, mikrofale,

infrared, ultraviolet, x-rays,

podczerwień, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie

and gamma rays.

i promieniowanie gamma.

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

Może to dziwne, że myślimy o nich jako o świetle,

but there is no fundamental difference

ale zasadniczo nie ma żadnej różnicy

between visible light and other electromagnetic radiation.

między światłem widzialnym a innym elektromagnetycznym promieniowaniem.

To ta sama energia,

It's the same energy,

but at a higher or lower level.

tyle że na wyższym albo niższym poziomie.

In fact, it's a bit presumptuous to define

Właściwie to dosyć aroganckie,

the term visible light by our own limitations.

żeby definiować światło widzialne naszymi ograniczeniami.

After all, infrared light is visible to snakes,

W końcu światło podczerwone jest widzialne dla węży,

and ultraviolet light is visible to birds.

a światło ultrafioletowe - dla ptaków.

If our eyes were adapted to see light of

Gdyby nasze oczy widziały światło

1900 megahertz, then a mobile phone

o częstotliwości 1900 megaherców,

to telefon komórkowy byłby latarką,

would be a flashlight,

and a cell phone tower

a wieża telefonii komórkowej

would look like a huge lantern.

wyglądałaby jak wielka latarnia.

Earth emits infrared radiation

Ziemia emituje światło podczerwone,

because every object with a temperature

ponieważ każdy przedmiot z temperaturą

above absolute zero will emit light.

powyżej zera absolutnego emituje światło.

This is called thermal radiation.

Nazywa się to promieniowaniem cieplnym.

The hotter an object gets,

Im gorętszy staje się obiekt,

the higher frequency the light it emits.

tym wyższa częstotliwość światła, które emituje.

When you heat a piece of iron,

Gdyby podgrzać kawałek żelaza,

it will emit more and more frequencies of infrared light,

to będzie on emitować coraz wyższą częstotliwość podczerwieni,

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

aż przy temperaturze 450 stopni Celsjusza

its light will reach the visible spectrum.

jego światło osiągnie spektrum światła widzialnego.

Na początku będzie wyglądać na rozgrzany do czerwoności.

At first, it will look red hot.

And with even more heat,

Po dalszym ogrzewaniu

it will glow white

zacznie świecić na biało,

with all of the frequencies of visible light.

wszystkimi częstotliwościami światła widzialnego.

This is how traditional light bulbs

Tak zaprojektowane są

were designed to work

tradycyjne żarówki

and why they're so wasteful.

i dlatego też są takie nieekonomiczne.

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

95% światła, które emitują jest dla nas niewidoczne.

It's wasted as heat.

Jest zmarnowane jako ciepło.

Earth's infrared radiation would escape to space

Promieniowanie podczerwone Ziemi ulatywałoby w kosmos,

if there weren't greenhouse gas molecules

gdyby w naszej atmosferze

nie było cząsteczek gazów cieplarnianych.

in our atmophere.

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

Tak jak tlen woli ciemnoczerwone fotony,

carbon dioxide and other greenhouse gases

dwutlenkowi węgla i innym gazom cieplarnianym

match with infrared photons.

pasują fotony podczerwone.

Zapewniają odpowiednią ilość energii,

They provide the right amount of energy

to shift the gas molecules into their higher energy level.

żeby przenieść cząsteczki gazu na wyższe poziomy energii.

Shortly after a carbon dioxide molecule

Krótko po tym, jak cząsteczka dwutlenku węgla

absorbs an infrared photon,

wchłonie podczerwony foton,

it will fall back to its previous energy level,

wróci na swój poprzedni poziom energii

and spit a photon back out in a random direction.

i wyrzuci ten foton w losowym kierunku.

Some of that energy then returns

Część tej energii wraca wtedy

to Earth's surface,

na powierzchnię Ziemi,

causing warming.

ogrzewając ją.

The more carbon dioxide in the atmosphere,

Im więcej dwutlenku węgla w atmosferze,

the more likely that infrared photons

tym bardziej prawdopodobne, że podczerwone fotony

will land back on Earth

wylądują z powrotem na Ziemi

and change our climate.

i zmienią nasz klimat.