How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

Cơ học lượng tử giải thích sự nóng lên toàn cầu như thế nào - Lieven Scheire

Translator: Silver Wings Reviewer: Ba Dương

You've probably heard that

Hẳn bạn đã từng nghe

carbon dioxide is warming the Earth,

CO2 đang gây nóng lên Trái Đất

but how does it work?

nhưng bằng cách nào?

Is it like the glass of a greenhouse

Nó giống như tấm kính trong nhà kính

or like an insulating blanket?

hay như một tấm chăn bao trùm?

Well, not entirely.

Ồ, không hoàn toàn vậy.

The answer involves a bit

Câu trả lời cần một chút kiến thức

of quantum mechanics, but don't worry,

về cơ học lượng tử, nhưng đừng lo lắng,

we'll start with a rainbow.

chúng ta sẽ bắt đầu với 1 cầu vồng.

If you look closely at sunlight separated

Nếu bạn quan sát kỹ một tia sáng tách biệt

through a prism,

qua một lăng kính,

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

bạn sẽ thấy những đoạn tối mà một số dải màu thiếu sót.

Where did they go?

Vậy chúng đi đâu?

Before reaching our eyes,

Trước khi tới được mắt chúng ta,

different gases absorbed those

những khí khác đã hấp thụ những

specific parts of the spectrum.

phần nhất định của quang phổ.

For example, oxygen gas snatched up

Ví dụ, khí oxy đã "vồ lấy"

some of the dark red light,

một vài tia sáng màu đỏ thẫm,

and sodium grabbed two bands of yellow.

còn Natri thì "chộp" 2 dải ánh sáng vàng.

But why do these gases absorb

Nhưng tại sao những khí này hấp thụ

specific colors of light?

những màu nhất định của ánh sáng?

This is where we enter the quantum realm.

Đây là lúc chúng ta bước vào lĩnh vực lượng tử

Every atom and molecule has a set number

Mỗi nguyên tử và phân tử có 1 số cố định

of possible energy levels for its electrons.

về mức thế năng cho electron của nó.

To shift its electrons from the ground state

Để chuyển electron của nó từ mức cơ bản

to a higher level,

lên mức năng lượng cao hơn,

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

1 phân tử cần đạt 1 lượng năng lượng nhất định.

No more, no less.

Không hơn, không kém.

It gets that energy from light,

Nó nhận năng lượng từ ánh sáng,

which comes in more energy levels than you could count.

cái mang đến nhiều mức năng lượng hơn bạn có thể đếm được.

Light consists of tiny particles called photons

Ánh sáng bao gồm những phần tử vô cùng nhỏ gọi là photon

and the amount of energy in each photon

và lượng năng lượng trong mỗi photon

corresponds to its color.

tương ứng với màu sắc của nó.

Red light has lower energy and longer wavelengths.

Ánh sáng đỏ có năng lượng thấp hơn và bước sóng dài hơn.

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

Màu đỏ tía thì có năng lượng cao hơn và bước sóng ngắn hơn.

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

Ánh sáng mặt trời cung cấp tất cả photon của dải cầu vồng,

so a gas molecule can choose

vì vậy 1 phân tử khí có thể chọn

the photons that carry the exact amount of energy

những photon mang chính xác lượng năng lượng

needed to shift the molecule to

cần để chuyển phân tử

its next energy level.

lên mức năng lượng kế tiếp.

When this match is made,

Khi điều này xảy ra,

the photon disappers as the molecule

photon biến mất trong khi phân tử

gains its energy,

nhận được năng lượng của nó,

and we get a small gap in our rainbow.

và chúng ta nhận được 1 đoạn khuyết nhỏ trong dải cầu vồng

If a photon carries too much or too little energy,

Nếu 1 photon mang quá nhiều hoặc quá ít năng lượng,

the molecule has no choice but

phân tử không chọn được mà

to let it fly past.

phải cho chúng xuyên qua.

This is why glass is transparent.

Đây là lý do tại sao thủy tinh trong suốt.

The atoms in glass do not pair well

Các nguyên tử trong thủy tinh không hợp

with any of the energy levels in visible light,

với bất kỳ mức năng lượng nào trong ánh sáng nhìn thấy,

so the photons pass through.

vì thế photon xuyên qua được.

So, which photons does carbon dioxide prefer?

Vậy, photon nào mà CO2 ưa thích?

Where is the black line in our rainbow

Dải ánh sáng tối trong cầu vồng

that explains global warming?

giải thích sự nóng lên toàn cầu nằm ở đâu?

Well, it's not there.

Vâng, nó không có ở đó.

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

CO2 không hấp thụ trực tiếp ánh sáng

from the Sun.

từ Mặt trời.

It absorbs light from a totally

Nó hấp thụ ánh sáng từ 1 vật thể

different celestial body.

hoàn toàn khác ngoài vũ trụ.

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

Nó không xuất hiện để phát ra ánh sáng nào cả:

Earth.

Trái Đất.

If you're wondering why our planet

Nếu bạn băn khoăn tại sao hành tinh của chúng ta

doesn't seem to be glowing,

dường như không phát sáng,

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

đó là bởi vì Trái Đất không phát ra ánh sáng nhìn thấy.

It emits infared light.

Nó phát ánh sáng hồng ngoại.

The light that our eyes can see,

Ánh sáng mà mắt con người có thể thấy,

including all of the colors of the rainbow,

bao gồm tất cả ánh sáng của dải cầu vồng,

is just a small part of the larger spectrum

chỉ là 1 phần nhỏ của dải quang phổ lớn

of electromagnetic radiation,

trong bức xạ sóng điện từ,

which includes radio waves, microwaves,

chúng bao gồm sóng âm, sóng siêu âm,

infrared, ultraviolet, x-rays,

tia hồng ngoại, tia cực tím, tia X,

and gamma rays.

và tia gamma.

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

Nó có vẻ hơi lạ với suy nghĩ về những điều như ánh sáng

but there is no fundamental difference

nhưng không có sự khác biệt cơ bản nào

between visible light and other electromagnetic radiation.

giữa ánh sáng nhìn thấy và các bức xạ điện từ khác.

It's the same energy,

Chúng cùng 1 loại năng lượng,

but at a higher or lower level.

nhưng chỉ là ở mức cao hơn hay thấp hơn mà thôi.

In fact, it's a bit presumptuous to define

Thực tế, có 1 chút quá tự tin khi định nghĩa

the term visible light by our own limitations.

thuật ngữ ánh sáng nhìn thấy bởi giới hạn của chính chúng ta.

After all, infrared light is visible to snakes,

Thật ra, rắn nhìn thấy ánh sáng hồng ngoại,

and ultraviolet light is visible to birds.

cũng như chim nhìn thấy tia cực tím.

If our eyes were adapted to see light of

Nếu mắt bạn thích ứng để thấy ánh sáng

1900 megahertz, then a mobile phone

1900MHz, thì 1 chiếc điện thoại di động

would be a flashlight,

sẽ là 1 chiếc đèn nháy,

and a cell phone tower

và 1 trạm thu phát sóng di động

would look like a huge lantern.

sẽ giống như 1 chiếc đèn trời khổng lồ vậy.

Earth emits infrared radiation

Trái Đất phát ra bức xạ hồng ngoại

because every object with a temperature

bởi vì mỗi vật thể có nhiệt độ

above absolute zero will emit light.

trên độ 0 tuyệt đối đều phát ra ánh sáng.

This is called thermal radiation.

Đây được gọi là bức xạ nhiệt.

The hotter an object gets,

Vật thể càng nóng,

the higher frequency the light it emits.

tần số ánh sáng nó phát ra càng lớn.

When you heat a piece of iron,

Khi bạn nung nóng 1 mẩu sắt,

it will emit more and more frequencies of infrared light,

nó sẽ phát xạ tia hồng ngoại có tần số càng lớn hơn,

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

và rồi, ở nhiệt độ khoảng 450 độ C,

its light will reach the visible spectrum.

ánh sáng của nó sẽ chạm vùng quang phổ nhìn thấy.

At first, it will look red hot.

Đầu tiên, nó sẽ trông như màu đỏ rực.

And with even more heat,

Và càng nhiều nhiệt,

it will glow white

nó sẽ sáng dần

with all of the frequencies of visible light.

với tất cả tần số của ánh sáng nhìn thấy.

This is how traditional light bulbs

Đây là nguyên lý đèn sợi đốt truyền thống

were designed to work

được thiết kế để hoạt động

and why they're so wasteful.

và tại sao chúng quá lãng phí.

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

95% ánh sáng chúng phát ra không nhìn thấy bởi mắt ta.

It's wasted as heat.

Nó đã lãng phí về nhiệt.

Earth's infrared radiation would escape to space

Bức xạ hồng ngoại của Trái Đất sẽ thoát ra ngoài không gian

if there weren't greenhouse gas molecules

nếu không có các phân tử khí nhà kính

in our atmophere.

trong khí quyển.

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

Như khí oxy ưa thích loại photon đỏ thẫm,

carbon dioxide and other greenhouse gases

CO2 và các khí nhà kính khác

match with infrared photons.

phù hợp với các photon hồng ngoại.

They provide the right amount of energy

Chúng cung cấp đúng lượng năng lượng

to shift the gas molecules into their higher energy level.

để chuyển các phân tử khí lên mức năng lượng cao hơn.

Shortly after a carbon dioxide molecule

1 thời gian ngắn sau khi 1 phân tử CO2

absorbs an infrared photon,

hấp thụ 1 photon hồng ngoại,

it will fall back to its previous energy level,

nó sẽ rơi xuống mức năng lượng trước đó của nó,

and spit a photon back out in a random direction.

và sinh ra 1 photon trở lại theo hướng bất kỳ.

Some of that energy then returns

Một số năng lượng đó quay trở lại

to Earth's surface,

bề mặt Trái Đất,

causing warming.

gây nóng lên.

The more carbon dioxide in the atmosphere,

Càng nhiều CO2 trong khí quyển,

the more likely that infrared photons

càng nhiều các photon hồng ngoại đó

will land back on Earth

sẽ rơi trở lại Trái Đất

and change our climate.

và thay đổi khí hậu của chúng ta.