양자역학이 어떻게 지구온난화를 설명할까 - Lieven Scheire

강의 풀 버전 : View full lesson: http://ed.ted.com/lessons/how-quantum-mechanics-explains-global-warming-lieven-scheire

당신은 아마 이산화탄소가 지구를 뜨겁게 하고 있다는 것을 들어 보았을 것입니다. 하지만 이것이 어떻게 이러한 일들을 할까요? Lieven Scheire은 무지개, 전구, 그리고 양자 물리학을 사용하여 지구 온난화의 과학을 설명합니다.

Lieven Scheire 에 의해 강연되었으며, STK Films에서 애니메니션 제작을 하였습니다.

당신은 아마 들어 봤을 것입니다.

이산화탄소가 지구를 온난하게 한다는 것을요.

하지만 어떻게 이것이 일어 날까요?

이것이 마치 온실의 풀,

또는 차단하는 담요 같은 걸까요?

글쎄요, 정확하진 않습니다.

정답은 양자역학을 조금 포함합니다.

하지만 걱정하지 마세요.

우린 무지개부터 시작할 겁니다.

당신이 만약 프리즘을 통해

분리된 햇빛을 가까이서 본다면,

색깔 띠가 사라진 부분의
어두운 틈을 볼 수 있을 것입니다.

그들은 어디로 갔을까요?

우리의 눈에 닿기 전에,

각각 다른 가스가

특정한 부분의 스펙트럼에 흡수됩니다.

예를 들어, 산소는

어두운 붉은 빛을 띄고,

나트륨은 두개의 노란색 띠를 보입니다.

하지만 왜 이러한 가스가

특정한 색깔의 빛을 흡수할까요?

이것은 우리가 양자의 영역에
들어온 것입니다.

모든 원자와 분자는
번호를 가지고 있습니다.

전자의 가능한 에너지 수준에 맞는

이것의 전자를 기저(낮은 에너지) 상태에서

높은 에너지 수준으로 이동시키기 위해서

분자는 특정한 양의 에너지를 모을 필요가 있습니다.

더 많지도, 적지도 않게요.

이것은 그 에너지를 빛에서 얻습니다.

당신이 셀수 있는 수준보다 더 많은 에너지를 얻습니다.

빛은 광자(photons)라고 불리는
작은 입자로 구성되어 있습니다.

그리고 각각의 광자 에너지 양은

그것의 색깔과 들어맞습니다.

붉은색은 낮은 에너지와 긴 파장을 보이고.

보라색은 높은 에너지와 짧은 파장을 보입니다.

햇빛은 무지개의 모든 광자를 제공합니다.

그래서 가스 분자는 선택을 할수 있습니다.

그 광자는 분자가 다음 에너지 수준으로

이동하는데 필요한

정확한 양의 에너지를 운반합니다.

이 연결이 만들어 질때,

광자는 에너지를 얻으며

분자로 사라집니다.

그리고 무지개에 작은 틈이 생깁니다.

만약 광자가 너무많은, 또는 너무 적은 에너지를 가져왔다면,

분자는 선택을 하지 않고

지나가도록 내버려 둡니다.

이것은 유리가 투명한 이유입니다.

유리안의 원자는 가시광선의

어떤 에너지 준위에도 짝을 이루지 않습니다.

따라서 광자는 통과합니다.

그래서, 이산화탄소에 적절한 광자는 무엇일까요?

지구 온난화를 설명하는

무지개의 검은 선은 어디 있을까요?

글썌요, 그것은 무지개에 없습니다.

이산화탄소는 태양으로부터

직접 빛을 흠수하지 않습니다.

이산화탄소는 완전히 다른 천체로부터

빛을 흡수합니다.

하지만 빛을 전혀 방출 하지 않고
나타나는 것이 있습니다.

그것은 바로 지구입니다.

당신은 왜 지구가

타는 것 처럼 보이지 않는지 궁금할 것 입니다.

그것은 지구가 가시광선을 방출하지 않기 때문입니다.

지구는 적외선을 방출합니다.

무지개의 모든 색을 포함해서

우리가 볼수 있는 빛은

라디오파, 마이크로파,

적외선, 자외선,x선,

그리고 감마선을 포함하는

전자기 방사선의

거대한 스펙트럼의 한 작은 부분일 뿐입니다.

그것들을 빛으로 생각하는 것은 이상해 보일지도 모릅니다.

하지만 가시광선과 다른 전자기 방사선과는

근본적인 차이점이 없습니다.

그것들은 같은 에너지입니다.

하지만 더 높거나 더 낮은 단계에 존재합니다.

사실, 우리 자신의 한계로 가시광선의 조건을
결정하는 것은

약간 주제넘는 것 입니다.

왜냐하면 적외선은 뱀들에게 보일 수 있고

자외선은 새들에게 보이기 때문입니다.

만약 우리의 눈이
1900 메가헤르츠의 빛으로 보는데에

적응되어 있다면

전화기는 섬광처럼 보일것 이고

전화 기지국은

큰 랜턴처럼 보일것 입니다.

모든 물체는 절대영도에서

빛을 발산할 것이기 때문에

지구는 적외선을 방출할 것입니다.

이것은 열 적외선이라고 불립니다.

한 물체가 뜨거워 질수록

더 높은 주파수의 빛이 방출될 것입니다.

당신이 철 조각을 가열하면 가열할 수록

더높은 주파수의 적외선을 방출할 것이고,

섭씨 450도 부근에서,

가시광선의 스펙트럼에 도달할 것입니다.

처음엔 빨갛고 뜨겁게 보일 것입니다.

그리고 더 뜨겁게 가열 할 수록,

가시광선의 모든 주파수들로

하얗게 빛날 것입니다.

이것은 전통적인 전구가

어떻게 작동하게 디자인 되었고,

왜 그들이 쓸모가 없는지를 알려주는것 입니다.

방출되는 빛의 95처센트는 눈에 보이지 않습니다.

그것들은 열에너지로 낭비됩니다.

대기안에서,

온실가스의 분자들이 없다면,

지구의 적외선은 우주로 방출될 것입니다.

단지 산소가 어둡고 붉은 광자를 선호하는 것 처럼,

이산화탄소와 다른 온실가스들은

적외선 광자와 연결됩니다.

그들은 기체분자들을 더 높은 에너지 준위로
올리기 위해

적당한 양의 에너지를 공급합니다.

이산화 탄소 분자가

적외선 광자를 흡수한 잠시 후에,

이전의 에너지 준위로 다시 떨어질 것입니다.

그리고 임의의 방향대로 광자를 뱉어낼 것입니다.

지구의 표면으로 돌아가는

몇몇 에너지들은

지구 온난화를 일으킵니다.

대기에 더 많은 이산화탄소가 있을수록

더 많은 적외선 광자가 들어와

지구에 정착하여

기후를 바꿀 가능성이 높아집니다.