How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Kanawat Senanan

You've probably heard that

คุณอาจเคยได้ยินว่า

carbon dioxide is warming the Earth,

คาร์บอนไดออกไซด์กำลังทำให้โลกอุ่นขึ้น

but how does it work?

แต่มันทำได้อย่างไรกัน

Is it like the glass of a greenhouse

มันเหมือนกับแก้วของเรือนกระจก

or like an insulating blanket?

หรือเหมือนผ้าห่มที่เป็นฉนวนหรือเปล่า

Well, not entirely.

ก็ไม่อย่างนั้นสักทีเดียว

The answer involves a bit

คำตอบนั้นเกี่ยวข้องกับ

of quantum mechanics, but don't worry,

กลศาสตร์ควอนตัมนิดหน่อย แต่ไม่ต้องห่วง

we'll start with a rainbow.

เราจะเริ่มจากรุ้ง

If you look closely at sunlight separated

ถ้าคุณพิจารณาดีๆ แสงอาทิตย์ที่ถูกแยก

through a prism,

ผ่านแท่งปริซึม

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

คุณจะเห็นช่องมืดที่แถบสีต่างๆ หายไป

Where did they go?

พวกมันหายไปไหน

Before reaching our eyes,

ก่อนที่จะมาถึงตาของเรา

different gases absorbed those

ก๊าซต่างๆ ดูดซับ

specific parts of the spectrum.

บางส่วนของแถบสีเหล่านั้น

For example, oxygen gas snatched up

ยกตัวอย่างเช่น ออกซิเจน ดูดซับ

some of the dark red light,

แสงสีแดงเข้มบางส่วน

and sodium grabbed two bands of yellow.

และโซเดียมจับสีเหลือง 2 เฉดสี

But why do these gases absorb

แต่ทำไมก๊าซเหล่านี้ ถึงดูดซับ

specific colors of light?

สีของแสงที่จำเพาะ

This is where we enter the quantum realm.

นี่เป็นตอนที่เราจะเข้าสู่แดนควอนตัม

Every atom and molecule has a set number

ทุกอะตอมและโมเลกุลมีระดับพลังงานตายตัว

of possible energy levels for its electrons.

ที่เป็นไปได้หลายระดับ สำหรับอิเล็กตรอนของมัน

To shift its electrons from the ground state

เพื่อที่จะย้ายอิเล็กตรอนของมันจากสถานะพื้น

to a higher level,

ไปยังระดับที่สูงกว่า

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

โมเลกุลต้องการเพิ่มพลังงานในปริมาณหนึ่ง

No more, no less.

ไม่มากไม่น้อยไปกว่านั้น

It gets that energy from light,

มันได้พลังงานจากแสง

which comes in more energy levels than you could count.

ซึ่งมาในหลากหลายระดับพลังงานมากกว่าที่คุณจะนับได้

Light consists of tiny particles called photons

แสงประกอบไปด้วยอนุภาคเล็กๆ ที่เรียกว่า โฟตอน

and the amount of energy in each photon

และปริมาณของพลังงานในแต่ละโฟตอน

corresponds to its color.

เชื่อมโยงกับสีของมัน

Red light has lower energy and longer wavelengths.

แสงสีแดงมีพลังงานต่ำ และช่วงคลื่นที่ยาวกว่า

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

แสดงสีม่วงมีพลังงานที่สูงและมีช่วงคลื่นที่สั้นกว่า

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

แสงแดดให้โฟตอนสำหรับทุกย่านสีของรุ้ง

so a gas molecule can choose

ดังนั้น โมเลกุลของก๊าซสามารถเลือก

the photons that carry the exact amount of energy

โฟตอนที่มีระดับพลังงานในปริมาณที่ต้องการ

needed to shift the molecule to

เพื่อที่จะย้ายโมเลกุลไปยัง

its next energy level.

อีกระดับพลังงาน

When this match is made,

เมื่อการจับคู่นี้เกิดขึ้นแล้ว

the photon disappers as the molecule

โฟตอนหายไปเมื่อโมเลกุล

gains its energy,

ได้พลังงาน

and we get a small gap in our rainbow.

และเราก็จะเห็นแถบสีที่หายไปในรุ้ง

If a photon carries too much or too little energy,

ถ้าโฟตอนมีพลังงานมากหรือน้อยเกินไป

the molecule has no choice but

โมเลกุลก็ไม่มีทางเลือก เว้นแต่

to let it fly past.

จะให้มันบินผ่านไป

This is why glass is transparent.

นั่นเป็นเหตุว่าทำไม แก้วจึงโปร่งใส

The atoms in glass do not pair well

อะตอมในแก้วไม่ได้เข้าคู่กันดีนัก

with any of the energy levels in visible light,

กับพลังงานระดับใดๆ ในแสงสีที่เห็นได้

so the photons pass through.

ดังนั้นโฟตอนจึงผ่านทะลุไป

So, which photons does carbon dioxide prefer?

แล้ว โฟตอนไหนล่ะ ที่คาร์บอนไดออกไซด์ชอบ

Where is the black line in our rainbow

ตรงไหนที่เป็นเส้นดำในรุ้งของเรา

that explains global warming?

ที่อธิบายปรากฏการณ์โลกร้อน

Well, it's not there.

มันไม่ได้อยู่ตรงนั้น

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

คาร์บอนไดออกไซด์ ไม่ได้ดูดซับแสงโดยตรง

from the Sun.

จากดวงอาทิตย์

It absorbs light from a totally

มันดูดซับแสงจาก

different celestial body.

สิ่งที่อยู่บนฟากฟ้าที่ต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง

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

สิ่งนั้นไม่เปล่งแสงใดๆ เลย

Earth.

มันคือ โลก

If you're wondering why our planet

ถ้าคุณสงสัยว่าทำไมโลกของเรา

doesn't seem to be glowing,

ถึงไม่เห็นจะเรืองแสง

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

มันเป็นเพราะว่าโลกไม่ได้เปล่งแสงที่มองเห็นได้

It emits infared light.

มันเปล่งแสงอินฟราเรด (infared light)

The light that our eyes can see,

แสงที่ตาเราสามารถมองเห็นได้

including all of the colors of the rainbow,

ที่รวมถึงทุกสีของรุ้ง

is just a small part of the larger spectrum

เป็นแค่ส่วนน้อยของแถบสีส่วนใหญ่

of electromagnetic radiation,

ของการปลดปล่อยแม่เหล็กไฟฟ้า

which includes radio waves, microwaves,

ซึ่งรวมถึงคลื่อนวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ

infrared, ultraviolet, x-rays,

แสงอินฟราเรด รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์

and gamma rays.

และรังสีแกมม่า

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

มันอาจจะประหลาดที่จะคิดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นแสง

but there is no fundamental difference

แต่มันไม่มีพื้นฐานใดที่ต่างกัน

between visible light and other electromagnetic radiation.

ระหว่างแสงที่เห็นได้และการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

It's the same energy,

มันเป็นพลังงานเดียวกัน

but at a higher or lower level.

แต่ที่ระดับที่สูงกว่าหรือต่ำกว่า

In fact, it's a bit presumptuous to define

ที่จริงแล้ว มันค่อนข้างจะอวดดีซักหน่อย ที่จะกำหนด

the term visible light by our own limitations.

คำว่าแสงที่เห็นด้วยตาเปล่า โดยข้อจำกัดของเรา

After all, infrared light is visible to snakes,

อย่างไรก็ตาม งูมองเห็นแสงใต้แดงได้

and ultraviolet light is visible to birds.

และนกมองเห็นแสงเหนือม่วงได้

If our eyes were adapted to see light of

ถ้าตาของคุณถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อมองแสง

1900 megahertz, then a mobile phone

ความถี่ 1900 เมกะเฮิร์ซ โทรศัพท์มือถือ

would be a flashlight,

ก็คงจะเป็นเหมือนไฟฉาก

and a cell phone tower

และหอส่งสัญญาณโทรศัพท์

would look like a huge lantern.

ก็คงดูเหมือนโคมไฟขนาดใหญ่

Earth emits infrared radiation

โลกเปล่งรังสีอินฟราเรด

because every object with a temperature

เพราะทุกๆ วัตถุที่มีอุณหภูมิ

above absolute zero will emit light.

สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ จะเปล่งแสง

This is called thermal radiation.

มันเรียกว่า การปล่อยรังสีอุณหภูมิ

The hotter an object gets,

วัตถุที่ร้อนกว่า

the higher frequency the light it emits.

เปล่งแสงที่มีความถึ่มากกว่า

When you heat a piece of iron,

เมื่อคุณทำให้เหล็กกล้าร้อน

it will emit more and more frequencies of infrared light,

มันจะเปล่งแสงที่มีความถึ่ของแสงใต้แดงมากกว่า

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

และจากนั้น ที่อุณหภูมิประมาณ 450 องศาเซลเซียส

its light will reach the visible spectrum.

แสงของมันจะไปถึงช่วงแถบสีที่มองเห็นได้

At first, it will look red hot.

ตอนแรก มันจะดูเหมือนสีแดงร้อน

And with even more heat,

และเมื่อได้รับความร้อนมากขึ้น

it will glow white

มันจะเรืองแสงสีขาว

with all of the frequencies of visible light.

ที่มีความถี่ทั้งหมดในช่วงที่มองเห็นได้

This is how traditional light bulbs

นี่เป็นแบบที่หลอดไฟดั้งเดิม

were designed to work

ถูกออกแบบให้ทำงาน

and why they're so wasteful.

และทำไมพวกมันจึงสิ้นเปลืองนัก

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

95% ของแสงที่มันเปล่งออกมา มองเห็นไม่ได้ด้วยตาเปล่า

It's wasted as heat.

มันสิ้นเปลืองไปในรูปความร้อน

Earth's infrared radiation would escape to space

รังสีอินฟราเรดของโลกอาจหนีออกไปยังอวกาศ

if there weren't greenhouse gas molecules

ถ้าไม่มีโมเลกุลก๊าซเรือนกระจก

in our atmophere.

ในชั้นบรรยายกาศของเรา

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

เช่นเดียวกับก๊าซออกซิเจนที่ชอบโฟตอนสีแดงเข้ม

carbon dioxide and other greenhouse gases

คาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ

match with infrared photons.

เข้ากันได้กับโฟตอนใต้แดง

They provide the right amount of energy

พวกมันให้พลังงานในปริมาณที่กำลังดี

to shift the gas molecules into their higher energy level.

เพื่อที่จะย้ายโมเลกุลของก๊าซไปยังระดับที่สูงขึ้น

Shortly after a carbon dioxide molecule

ไม่นานหลังจากโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์

absorbs an infrared photon,

ดูดซับโฟตอนใต้แดง

it will fall back to its previous energy level,

มันจะตกกลับลงมายังระดับพลังงานก่อนหน้านั้น

and spit a photon back out in a random direction.

และปล่อยโฟตอนกลับออกมาในทิศทางอย่างสุ่ม

Some of that energy then returns

พลังงานบางส่วนจะกลับไปสู่

to Earth's surface,

พื้นผิวของโลก

causing warming.

ทำให้เกิดความร้อนมากขึ้น

The more carbon dioxide in the atmosphere,

ยิ่งมีคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมากเท่าไร

the more likely that infrared photons

ยิ่งเป็นไปได้มากที่โฟตอนอินฟราเรด

will land back on Earth

จะตกลงมาบนโลก

and change our climate.

และเปลี่ยนสภาวะอากาศของเรา