La meccanica quantistica spiega il riscaldamento globale - Lieven Scheire

Per vedere l'intera lezione visita: http://ed.ted.com/lessons/how-quantum-mechanics-explains-global-warming-lieven-scheire

Avrete probabilmente sentito dire che il diossido di carbonio è responsabile del riscaldamento terrestre. Ma come avviene esattamente? Lieven Scheire usa un arcobaleno, una lampadina elettrica e un po' di fisica quantistica per spiegare il fenomeno scientifico che si cela dietro il riscaldamento globale.

Lezione di Lieven Scheire, animazione di STK Films.

Probabilmente avete sentito
che il CO2

sta riscaldando la Terra,

ma come funziona?

Assomiglia al vetro di una serra

o a un pannello isolante?

Be', non proprio.

La risposta richiede

un po' di meccanica quantistica.

Ma niente paura,
cominceremo con un arcobaleno.

Se guardate attentamente la luce solare

separata attraverso un prisma,

vedrete delle striature scure
dove le bande di colore mancano.

Come mai?

Prima di raggiungere i nostri occhi,

gas differenti hanno assorbito

quelle specifiche parti dello spettro.

Per esempio, l'ossigeno ha catturato

parte della luce rosso scuro,

e il sodio ha catturato due bande di giallo.

Ma come mai questi gas assorbono

colori specifici della luce?

È qui che entra in gioco
il mondo dei quanti.

Ogni atomo e molecola
ha un dato numero

di livelli possibili di energia
per i suoi elettroni.

Per innalzare gli elettroni

da un livello basso a uno più alto,

una molecola deve guadagnare
una certa quantità di energia.

Né di più, né di meno.

Prende tale energia dalla luce,

che conta più livelli di energia
di quelli che possiamo immaginare.

La luce consiste di minuscole
particelle chiamate fotoni

e la quantità di energia di ogni fotone

corrisponde al suo colore.

La luce rossa possiede meno energia
e lunghezze d'onda più lunghe.

La luce violetta possiede maggiore energia
e lunghezze d'onda più corte.

La luce solare offre tutti i fotoni
dell'arcobaleno,

perciò una molecola di gas può scegliere

i fotoni con l'esatta quantità di energia

necessaria per far passare la molecola

al livello di energia successivo.

Quando i due si incontrano,

il fotone scompare

e la molecola guadagna energia,

e così si crea un piccolo buco
nel nostro arcobaleno.

Se un fotone porta troppa
o troppo poca energia,

la molecola non ha altra scelta

che lasciarlo passare.

Ecco perché il vetro è trasparente.

Gli atomi del vetro non combaciano

con nessuno dei livelli di energia
della luce visibile,

così i fotoni ci passano attraverso.

Dunque, quali sono i fotoni
preferiti dal diossido di carbonio?

Dov'è la linea nera nel nostro arcobaleno

che spiega il riscaldamento globale?

Be', non è lì.

Il diossido di carbonio non assorbe
la luce direttamente

dal Sole.

L'assorbe da un corpo celeste
completamente diverso.

Uno che non sembra emettere
luce per niente:

la Terra.

Se vi domandate perché il nostro pianeta

non sembra brillare,

è perché la Terra non emette
luce visibile.

Emette luce agli infrarossi.

La luce che i nostri occhi percepiscono,

compresi tutti i colori dell'arcobaleno,

è solo una minima parte del
più ampio spettro

delle radiazioni elettromagnetiche,

che comprende le onde radio,
le microonde,

gli infrarossi, gli ultravioletti,
i raggi X, e i raggi Gamma.

Può sembrare strano pensare
a queste cose in termini di luce,

ma non c'è alcuna differenza fondamentale

tra la luce visibile e le altre
radiazioni elettromagnetiche.

È la stessa energia,

ma a un livello inferiore o superiore.

Di fatto, è un po' presuntuoso definire

il termine luce visibile
dalle nostre stesse limitazioni.

Dopo tutto, la luce infrarossa
è visibile ai serpenti,

e quella ultravioletta
è visibile agli uccelli.

Se i nostri occhi fossero adatti
a vedere la luce

dei 1900 megahertz, allora
un telefono cellulare

sarebbe un raggio di luce,

e una antenna di telefonia mobile

sembrerebbe un'enorme lanterna.

La Terra emette radiazioni infrarosse

perché ogni oggetto con una temperatura

sopra lo zero assoluto emette luce.

Tale fenomeno è chiamato
radiazione termica.

Più caldo diventa un oggetto,

più alta è la frequenza di luce
che emette.

Quando scaldate un pezzo di ferro,

emetterà sempre più frequenze
di luce infrarossa,

e poi, alla temperatura di circa 450° C,

la sua luce raggiungerà
lo spettro visibile.

All'inizio, sembrerà rosso acceso.

E, con ancora più calore,

passerà al bianco

con tutte le frequenze
della luce visibile.

Questo è il principio con cui funzionano

le lampadine tradizionali

e del perché erano così dispendiose.

Il 95 per cento della luce che emettono
è invisibile ai nostri occhi.

E viene sprecato in calore.

Le radiazioni infrarosse della Terra
si disperderebbero nello spazio

se non ci fossero le molecole
di gas serra

nella nostra atmosfera.

Come l'ossigeno preferisce i fotoni
rosso scuro,

così il CO2 e altri gas serra

si combinano con i fotoni infrarossi.

Forniscono
la giusta quantità di energia

per far sì che le molecole di gas
passino al loro livello superiore.

Poco dopo che una molecola
di CO2

ha assorbito un fotone infrarosso,

tornerà al suo livello di energia
precedente,

e spingerà fuori un fotone
in direzione casuale.

Parte di quella energia ritorna

sulla superficie terrestre,

provocando il riscaldamento.

Più CO2 c'è nell'atmosfera,

più è probabile che i fotoni infrarossi

ritornino sulla Terra

e cambino il nostro clima.