How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

Tradutor: Ruy Lopes Pereira Revisor: Leonardo Silva

You've probably heard that

Você já deve ter ouvido dizer

carbon dioxide is warming the Earth,

que o dióxido de carbono está aquecendo a Terra.

but how does it work?

Como isso funciona?

Is it like the glass of a greenhouse

É como o vidro de uma estufa

or like an insulating blanket?

ou como um cobertor?

Well, not entirely.

Não é bem assim.

The answer involves a bit

A resposta envolve um pouco

of quantum mechanics, but don't worry,

de mecânica quântica, mas não se preocupe.

Começaremos com um arco-íris.

we'll start with a rainbow.

If you look closely at sunlight separated

Se examinar atentamente a luz separada por um prisma,

through a prism,

verá faixas escuras nas quais faltam cores.

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

Para onde elas foram?

Where did they go?

Before reaching our eyes,

Antes de chegar aos nossos olhos,

different gases absorbed those

vários gases absorveram essas partes específicas do espectro.

specific parts of the spectrum.

For example, oxygen gas snatched up

Por exemplo, o oxigênio capturou

some of the dark red light,

parte da luz vermelha escura

and sodium grabbed two bands of yellow.

e o sódio reteve duas bandas de amarelo.

But why do these gases absorb

Por que esses gases absorvem cores específicas de luz?

specific colors of light?

This is where we enter the quantum realm.

É aqui que entramos no reino quântico.

Every atom and molecule has a set number

Todo átomo e molécula tem um conjunto de números

of possible energy levels for its electrons.

de níveis de energia possíveis para seus elétrons.

To shift its electrons from the ground state

Para levar seus elétrons do estado normal

to a higher level,

para um nível mais elevado,

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

a molécula precisa ganhar uma certa quantidade de energia.

No more, no less.

Nem mais, nem menos.

Ela retira essa energia da luz,

It gets that energy from light,

que é dotada de incontáveis níveis de energia.

which comes in more energy levels than you could count.

Light consists of tiny particles called photons

A luz consiste de minúsculas partículas chamadas fótons

and the amount of energy in each photon

e a quantidade de energia de cada fóton corresponde à sua cor.

corresponds to its color.

A luz vermelha tem menor energia e comprimento de onda maior.

Red light has lower energy and longer wavelengths.

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

A luz violeta tem maior energia e menor comprimento de onda.

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

A luz do Sol oferece todos os fótons do arco-íris

so a gas molecule can choose

e assim uma molécula de gás pode escolher

the photons that carry the exact amount of energy

os fótons que contêm a quantidade exata de energia

needed to shift the molecule to

necessária para levar a molécula ao seu nível de energia seguinte.

its next energy level.

Quando há essa coincidência,

When this match is made,

the photon disappers as the molecule

o fóton desaparece quando a molécula ganha essa energia,

gains its energy,

and we get a small gap in our rainbow.

e aparece uma pequena falha no arco-íris.

If a photon carries too much or too little energy,

Se um fóton contiver muita ou pouca energia,

the molecule has no choice but

a molécula nada pode fazer e o deixa passar.

to let it fly past.

É por isso que o vidro é transparente.

This is why glass is transparent.

The atoms in glass do not pair well

Os átomos do vidro não têm afinidade

with any of the energy levels in visible light,

com nenhum dos níveis de energia da luz visível

so the photons pass through.

e assim os fótons o atravessam.

So, which photons does carbon dioxide prefer?

Quais fótons o dióxido de carbono prefere?

Where is the black line in our rainbow

Qual é a linha escura do arco-íriis

that explains global warming?

que explica o aquecimento global?

Well, it's not there.

Ela não está ali.

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

O dióxido de carbono não absorve luz diretamente do Sol.

from the Sun.

Ele absorve a luz de um corpo celeste totalmente diferente,

It absorbs light from a totally

different celestial body.

um que parece não emitir luz alguma:

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

Earth.

a Terra.

If you're wondering why our planet

Se você se perguntar por que nosso planeta parece não brilhar,

doesn't seem to be glowing,

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

é porque a Terra não emite luz visível.

Ela emite luz infravermelha.

It emits infared light.

A luz que podemos ver,

The light that our eyes can see,

including all of the colors of the rainbow,

inclusive todas as cores do arco-íris,

is just a small part of the larger spectrum

é só uma pequena parte de um espectro mais amplo

of electromagnetic radiation,

da radiação eletromagnética.

which includes radio waves, microwaves,

que inclui as ondas de rádio, micro-ondas,

infrared, ultraviolet, x-rays,

infravermelho, ultravioleta, raios-x

and gamma rays.

e raios gama.

Pode parecer estranho chamar essas coisas de luz,

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

but there is no fundamental difference

mas não há diferença fundamental

between visible light and other electromagnetic radiation.

entre a luz visível e as outras radiações eletromagnéticas.

É a mesma energia,

It's the same energy,

mas em um nível maior ou menor.

but at a higher or lower level.

In fact, it's a bit presumptuous to define

Somos um pouco presunçosos por definir

the term visible light by our own limitations.

o termo "luz visível" em função de nossas limitações.

After all, infrared light is visible to snakes,

Afinal, a luz infravermelha é visível para as serpentes,

and ultraviolet light is visible to birds.

e a luz ultravioleta é visível para os pássaros.

If our eyes were adapted to see light of

Se pudéssemos ver a luz de 1.900 megahertz,

1900 megahertz, then a mobile phone

então um telefone celular seria uma lanterna

would be a flashlight,

and a cell phone tower

e uma torre de telefone celular pareceria um enorme farol.

would look like a huge lantern.

A Terra emite luz infravermelha

Earth emits infrared radiation

porque todo objeto com temperatura acima do zero absoluto emite luz.

because every object with a temperature

above absolute zero will emit light.

This is called thermal radiation.

Isso é chamado de radiação térmica.

The hotter an object gets,

Quanto mais quente um objeto, maior será a frequência

the higher frequency the light it emits.

When you heat a piece of iron,

Quando se aquece um pedaço de ferro,

it will emit more and more frequencies of infrared light,

ele emitirá cada vez mais frequências de luz infravermelha

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

e, então, a cerca de 450 graus Celsius,

its light will reach the visible spectrum.

sua luz alcançará o espectro visível.

No começo, parecerá rubro.

At first, it will look red hot.

And with even more heat,

E com mais calor ainda,

it will glow white

será um branco incandescente,

que conterá todas as frequências da luz visível.

with all of the frequencies of visible light.

As lâmpadas incandescestes foram projetadas para funcionar assim

This is how traditional light bulbs

were designed to work

and why they're so wasteful.

e, por isso, desperdiçam muita energia.

95% da luz que emitem é invisível para nós.

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

É desperdiçada sob a forma de calor.

It's wasted as heat.

A radiação infravermelha da Terra escaparia para o espaço

Earth's infrared radiation would escape to space

if there weren't greenhouse gas molecules

se não existissem moléculas de gases de efeito estufa

in our atmophere.

em nossa atmosfera.

Assim como o gás oxigênio prefere fótons vermelhos escuros,

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

carbon dioxide and other greenhouse gases

o dióxido de carbono e outros gases com efeito estufa

match with infrared photons.

aproveitam fótons do infravermelho.

Estes fornecem a quantidade de energia exata

They provide the right amount of energy

to shift the gas molecules into their higher energy level.

para que as moléculas do gás passem a um nível de energia maior.

Shortly after a carbon dioxide molecule

Assim que uma molécula de dióxido de carbono

absorbs an infrared photon,

absorve um fóton infravermelho,

it will fall back to its previous energy level,

ela voltará ao seu nível de energia anterior,

and spit a photon back out in a random direction.

e disparará um fóton em uma direção ao acaso.

Some of that energy then returns

Uma parte dessa energia volta à superfície da Terra,

to Earth's surface,

provocando aquecimento.

causing warming.

The more carbon dioxide in the atmosphere,

Quanto mais dióxido de carbono na atmosfera,

the more likely that infrared photons

maior a probabilidade de esses fótons voltarem à Terra

will land back on Earth

and change our climate.

e modificarem nosso clima.