คุณอาจเคยได้ยินว่า
คาร์บอนไดออกไซด์กำลังทำให้โลกอุ่นขึ้น
แต่มันทำได้อย่างไรกัน
มันเหมือนกับแก้วของเรือนกระจก
หรือเหมือนผ้าห่มที่เป็นฉนวนหรือเปล่า
ก็ไม่อย่างนั้นสักทีเดียว
คำตอบนั้นเกี่ยวข้องกับ
กลศาสตร์ควอนตัมนิดหน่อย แต่ไม่ต้องห่วง
เราจะเริ่มจากรุ้ง
ถ้าคุณพิจารณาดีๆ แสงอาทิตย์ที่ถูกแยก
ผ่านแท่งปริซึม
คุณจะเห็นช่องมืดที่แถบสีต่างๆ หายไป
พวกมันหายไปไหน
ก่อนที่จะมาถึงตาของเรา
ก๊าซต่างๆ ดูดซับ
บางส่วนของแถบสีเหล่านั้น
ยกตัวอย่างเช่น ออกซิเจน ดูดซับ
แสงสีแดงเข้มบางส่วน
และโซเดียมจับสีเหลือง 2 เฉดสี
แต่ทำไมก๊าซเหล่านี้ ถึงดูดซับ
สีของแสงที่จำเพาะ
นี่เป็นตอนที่เราจะเข้าสู่แดนควอนตัม
ทุกอะตอมและโมเลกุลมีระดับพลังงานตายตัว
ที่เป็นไปได้หลายระดับ สำหรับอิเล็กตรอนของมัน
เพื่อที่จะย้ายอิเล็กตรอนของมันจากสถานะพื้น
ไปยังระดับที่สูงกว่า
โมเลกุลต้องการเพิ่มพลังงานในปริมาณหนึ่ง
ไม่มากไม่น้อยไปกว่านั้น
มันได้พลังงานจากแสง
ซึ่งมาในหลากหลายระดับพลังงานมากกว่าที่คุณจะนับได้
แสงประกอบไปด้วยอนุภาคเล็กๆ ที่เรียกว่า โฟตอน
และปริมาณของพลังงานในแต่ละโฟตอน
เชื่อมโยงกับสีของมัน
แสงสีแดงมีพลังงานต่ำ และช่วงคลื่นที่ยาวกว่า
แสดงสีม่วงมีพลังงานที่สูงและมีช่วงคลื่นที่สั้นกว่า
แสงแดดให้โฟตอนสำหรับทุกย่านสีของรุ้ง
ดังนั้น โมเลกุลของก๊าซสามารถเลือก
โฟตอนที่มีระดับพลังงานในปริมาณที่ต้องการ
เพื่อที่จะย้ายโมเลกุลไปยัง
อีกระดับพลังงาน
เมื่อการจับคู่นี้เกิดขึ้นแล้ว
โฟตอนหายไปเมื่อโมเลกุล
ได้พลังงาน
และเราก็จะเห็นแถบสีที่หายไปในรุ้ง
ถ้าโฟตอนมีพลังงานมากหรือน้อยเกินไป
โมเลกุลก็ไม่มีทางเลือก เว้นแต่
จะให้มันบินผ่านไป
นั่นเป็นเหตุว่าทำไม แก้วจึงโปร่งใส
อะตอมในแก้วไม่ได้เข้าคู่กันดีนัก
กับพลังงานระดับใดๆ ในแสงสีที่เห็นได้
ดังนั้นโฟตอนจึงผ่านทะลุไป
แล้ว โฟตอนไหนล่ะ ที่คาร์บอนไดออกไซด์ชอบ
ตรงไหนที่เป็นเส้นดำในรุ้งของเรา
ที่อธิบายปรากฏการณ์โลกร้อน
มันไม่ได้อยู่ตรงนั้น
คาร์บอนไดออกไซด์ ไม่ได้ดูดซับแสงโดยตรง
จากดวงอาทิตย์
มันดูดซับแสงจาก
สิ่งที่อยู่บนฟากฟ้าที่ต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง
สิ่งนั้นไม่เปล่งแสงใดๆ เลย
มันคือ โลก
ถ้าคุณสงสัยว่าทำไมโลกของเรา
ถึงไม่เห็นจะเรืองแสง
มันเป็นเพราะว่าโลกไม่ได้เปล่งแสงที่มองเห็นได้
มันเปล่งแสงอินฟราเรด (infared light)
แสงที่ตาเราสามารถมองเห็นได้
ที่รวมถึงทุกสีของรุ้ง
เป็นแค่ส่วนน้อยของแถบสีส่วนใหญ่
ของการปลดปล่อยแม่เหล็กไฟฟ้า
ซึ่งรวมถึงคลื่อนวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ
แสงอินฟราเรด รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์
และรังสีแกมม่า
มันอาจจะประหลาดที่จะคิดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นแสง
แต่มันไม่มีพื้นฐานใดที่ต่างกัน
ระหว่างแสงที่เห็นได้และการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
มันเป็นพลังงานเดียวกัน
แต่ที่ระดับที่สูงกว่าหรือต่ำกว่า
ที่จริงแล้ว มันค่อนข้างจะอวดดีซักหน่อย ที่จะกำหนด
คำว่าแสงที่เห็นด้วยตาเปล่า โดยข้อจำกัดของเรา
อย่างไรก็ตาม งูมองเห็นแสงใต้แดงได้
และนกมองเห็นแสงเหนือม่วงได้
ถ้าตาของคุณถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อมองแสง
ความถี่ 1900 เมกะเฮิร์ซ โทรศัพท์มือถือ
ก็คงจะเป็นเหมือนไฟฉาก
และหอส่งสัญญาณโทรศัพท์
ก็คงดูเหมือนโคมไฟขนาดใหญ่
โลกเปล่งรังสีอินฟราเรด
เพราะทุกๆ วัตถุที่มีอุณหภูมิ
สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ จะเปล่งแสง
มันเรียกว่า การปล่อยรังสีอุณหภูมิ
วัตถุที่ร้อนกว่า
เปล่งแสงที่มีความถึ่มากกว่า
เมื่อคุณทำให้เหล็กกล้าร้อน
มันจะเปล่งแสงที่มีความถึ่ของแสงใต้แดงมากกว่า
และจากนั้น ที่อุณหภูมิประมาณ 450 องศาเซลเซียส
แสงของมันจะไปถึงช่วงแถบสีที่มองเห็นได้
ตอนแรก มันจะดูเหมือนสีแดงร้อน
และเมื่อได้รับความร้อนมากขึ้น
มันจะเรืองแสงสีขาว
ที่มีความถี่ทั้งหมดในช่วงที่มองเห็นได้
นี่เป็นแบบที่หลอดไฟดั้งเดิม
ถูกออกแบบให้ทำงาน
และทำไมพวกมันจึงสิ้นเปลืองนัก
95% ของแสงที่มันเปล่งออกมา มองเห็นไม่ได้ด้วยตาเปล่า
มันสิ้นเปลืองไปในรูปความร้อน
รังสีอินฟราเรดของโลกอาจหนีออกไปยังอวกาศ
ถ้าไม่มีโมเลกุลก๊าซเรือนกระจก
ในชั้นบรรยายกาศของเรา
เช่นเดียวกับก๊าซออกซิเจนที่ชอบโฟตอนสีแดงเข้ม
คาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ
เข้ากันได้กับโฟตอนใต้แดง
พวกมันให้พลังงานในปริมาณที่กำลังดี
เพื่อที่จะย้ายโมเลกุลของก๊าซไปยังระดับที่สูงขึ้น
ไม่นานหลังจากโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์
ดูดซับโฟตอนใต้แดง
มันจะตกกลับลงมายังระดับพลังงานก่อนหน้านั้น
และปล่อยโฟตอนกลับออกมาในทิศทางอย่างสุ่ม
พลังงานบางส่วนจะกลับไปสู่
พื้นผิวของโลก
ทำให้เกิดความร้อนมากขึ้น
ยิ่งมีคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมากเท่าไร
ยิ่งเป็นไปได้มากที่โฟตอนอินฟราเรด
จะตกลงมาบนโลก
และเปลี่ยนสภาวะอากาศของเรา