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Wie Quantenmechanik die Erderwärmung erklärt – Lieven Scheire

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    Du hast wahrscheinlich gehört,
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    dass Kohlendioxid die Erde erwärmt,
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    aber wie funktioniert das?
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    Ist es wie das Glas eines Treibhauses
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    oder eine isolierende Decke?
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    Nun, nicht ganz.
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    Die Antwort hat etwas mit
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    Quantenmechanik zu tun, aber keine Sorge,
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    wir beginnen mit einem Regenbogen.
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    Im Sonnenlicht, das durch
    ein Prisma gebrochen wird,
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    siehst du dunkle Lücken,
    wo Farbbänder verloren gegangen sind.
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    Wo sind sie hin?
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    Bevor sie das Auge erreichen,
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    schlucken verschiedene Gase
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    diese speziellen Teile des Spektrums.
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    Zum Beispiel hat Sauerstoff
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    etwas vom dunkelroten Licht erhascht,
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    und Natrium hat sich
    zwei gelbe Bänder gegriffen.
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    Aber warum absorbieren diese Gase
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    spezielle Farben des Lichts?
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    An dieser Stelle betreten wir
    das Reich der Quanten.
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    Jedes Atom und Molekül
    hat eine festgelegte Anzahl
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    an möglichen Energiestufen
    für seine Elektronen.
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    Um die Elektronen vom Grundzustand
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    auf eine höhere Stufe zu verlagern,
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    muss ein Molekül eine bestimmte Menge
    an Energie gewinnen.
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    Nicht mehr und nicht weniger.
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    Es bekommt diese Energie vom Licht,
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    das unzählige Energiestufen besitzt.
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    Licht besteht aus winzigen Teilchen
    namens Photonen,
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    und die Menge an Energie in jedem Photon
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    entspricht seiner Farbe.
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    Rotes Licht hat weniger Energie
    und längere Wellenlängen.
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    Violettes Licht hat mehr Energie
    und kürzere Wellenlängen.
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    Sonnenlicht bietet alle Photonen
    des Regenbogens,
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    also kann ein Gasmolekül
    die Photonen wählen,
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    die die exakte Menge an Energie tragen,
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    die gebraucht werden, um die Moleküle
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    zur nächsten Energiestufe zu verlagern.
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    Sind diese zugeordnet,
    verschwindet das Photon,
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    während das Molekül seine Energie erlangt
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    und wir eine kleine Lücke in unserem
    Regenbogen bekommen.
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    Besitzt ein Photon zu viel
    oder zu wenig Energie,
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    hat das Molekül keine andere Wahl,
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    als es vorbeifliegen zu lassen.
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    Das ist der Grund,
    warum Glas durchsichtig ist.
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    Die Atome im Glas passen nicht gut
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    zu den einzelnen Energiestufen
    des sichtbaren Lichts,
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    also gehen die Photonen durch.
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    Welche Photonen
    zieht Kohlendioxid also vor?
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    Wo ist die schwarze Linie
    in unserem Regenbogen,
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    die die globale Erwärmung erklärt?
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    Es gibt keine.
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    Kohlendioxid absorbiert Licht
    nicht direkt von der Sonne.
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    Es absorbiert Licht von einem
    völlig anderen Himmelskörper.
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    Einer, der scheinbar
    gar kein Licht aussendet:
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    die Erde.
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    Du fragst dich vielleicht,
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    warum unser Planet scheinbar nicht glüht.
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    Die Erde sendet kein sichtbares Licht aus.
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    Sie sendet Infrarotlicht aus.
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    Das Licht, das unser Auge sehen kann,
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    inklusive aller Farben des Regenbogens,
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    ist nur ein kleiner Teil
    des größeren Spektrums
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    der elektromagnetischen Strahlung,
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    die Radiowellen, Mikrowellen,
    Infrarot-, UV-, Röntgenstrahlen
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    und Gammastrahlen umfasst.
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    Es mag seltsam sein, diese Dinge
    als Licht zu bezeichnen,
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    aber es gibt keinen großen Unterschied
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    zwischen sichtbarem Licht und
    anderer elektromagnetischer Strahlung.
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    Es ist die gleiche Energie,
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    nur in höheren oder niedrigeren Stufen.
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    Tatsächlich wäre es etwas anmaßend,
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    den Begriff "sichtbares Licht" mit unseren
    eigenen Beschränkungen zu definieren.
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    Immerhin ist Infrarotlicht für Schlangen
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    und UV-Licht für Vögel sichtbar.
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    Wären unsere Augen dazu fähig,
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    Licht von 1900 MHz zu sehen,
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    wäre ein Handy eine Taschenlampe,
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    und ein Handymast würde wie
    eine riesige Laterne aussehen.
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    Die Erde sendet Infrarotstrahlung aus,
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    weil jedes Objekt mit einer Temperatur
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    über dem absoluten Nullpunkt
    Licht aussendet.
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    Das nennt man "thermische Strahlung".
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    Umso heißer ein Objekt wird,
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    desto höher ist die Frequenz
    des Lichts, das es aussendet.
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    Erhitzt man ein Stück Eisen,
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    wird es immer mehr Frequenzen
    von Infrarotlicht aussenden,
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    und dann bei einer
    Temperatur von ca. 450ºC
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    erreicht sein Licht
    das sichtbare Spektrum.
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    Zuerst glüht es rot.
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    Bei noch mehr Hitze glüht es weiß,
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    mit allen Frequenzen
    des sichtbaren Lichts.
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    So funktionieren herkömmliche Glühbirnen
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    und darum sind sie so verschwenderisch.
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    95 % des Lichts, das sie aussenden,
    sind für uns unsichtbar.
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    Es wird als Wärme verschwendet.
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    Die Infrarotstrahlung der Erde
    würde ins All entfliehen,
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    wenn es keine Treibhausgasmoleküle
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    in unserer Atmosphäre gäbe.
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    Genau wie Sauerstoff
    die dunkelroten Photonen vorzieht,
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    passen Kohlendioxid
    und andere Treibhausgase
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    mit infraroten Photonen zusammen.
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    Sie haben die richtige Menge an Energie,
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    um die Gasmoleküle auf ihre
    höhere Energiestufe zu verlagern.
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    Kurz nachdem ein Kohlendioxidmolekül
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    ein infrarotes Photon aufnimmt,
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    fällt es zurück auf seine
    vorherige Energiestufe
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    und wirft ein Photon
    in willkürlicher Richtung zurück.
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    Ein Teil dieser Energie kehrt dann
    zur Erdoberfläche zurück
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    und verursacht Erwärmung.
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    Umso mehr Kohlendioxid
    in der Atmosphäre ist,
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    desto wahrscheinlicher ist es,
    dass infrarote Photonen
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    wieder auf der Erde landen
    und unser Klima verändern.
Title:
Wie Quantenmechanik die Erderwärmung erklärt – Lieven Scheire
Speaker:
Lieven Scheire
Description:

Die ganze Lektion unter: http://ed.ted.com/lessons/how-quantum-mechanics-explains-global-warming-lieven-scheire

Du hast wahrscheinlich gehört, dass Kohlendioxid die Erde erwärmt. Aber wie genau macht es das? Lieven Schiere benutzt einen Regenbogen, eine Glühbirne und ein bisschen Quantenphysik, um die Wissenschaft hinter der Erderwärmung zu erklären.

Lektion von Lieven Scheire, Animation von STK Films.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:01

German subtitles

Revisions

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