Como a mecânica quântica explica o aquecimento global - Lieven Scheire

Assista à lição completa: http://ed.ted.com/lessons/how-quantum-mechanics-explains-global-warming-lieven-scheire

Você provavelmente já ouviu dizer que o dióxido de carbono está aquecendo a Terra. Mas como exatamente ele faz isso? Lieven Scheire usa um arco-íris, uma lâmpada incandescente e um pouco de física quântica para descrever a ciência que está por trás do aquecimento global.

Aula de Lieven Scheire, animação de STK Films.

Você já deve ter ouvido dizer

que o dióxido de carbono
está aquecendo a Terra.

Como isso funciona?

É como o vidro de uma estufa

ou como um cobertor?

Não é bem assim.

A resposta envolve um pouco

de mecânica quântica,
mas não se preocupe.

Começaremos com um arco-íris.

Se examinar atentamente
a luz separada por um prisma,

verá faixas escuras
nas quais faltam cores.

Para onde elas foram?

Antes de chegar aos nossos olhos,

vários gases absorveram essas
partes específicas do espectro.

Por exemplo, o oxigênio capturou

parte da luz vermelha escura

e o sódio reteve duas bandas de amarelo.

Por que esses gases absorvem
cores específicas de luz?

É aqui que entramos no reino quântico.

Todo átomo e molécula
tem um conjunto de números

de níveis de energia possíveis
para seus elétrons.

Para levar seus elétrons do estado normal

para um nível mais elevado,

a molécula precisa ganhar
uma certa quantidade de energia.

Nem mais, nem menos.

Ela retira essa energia da luz,

que é dotada de incontáveis
níveis de energia.

A luz consiste de minúsculas
partículas chamadas fótons

e a quantidade de energia
de cada fóton corresponde à sua cor.

A luz vermelha tem menor energia
e comprimento de onda maior.

A luz violeta tem maior energia
e menor comprimento de onda.

A luz do Sol oferece
todos os fótons do arco-íris

e assim uma molécula de gás pode escolher

os fótons que contêm
a quantidade exata de energia

necessária para levar a molécula
ao seu nível de energia seguinte.

Quando há essa coincidência,

o fóton desaparece quando
a molécula ganha essa energia,

e aparece uma pequena falha no arco-íris.

Se um fóton contiver
muita ou pouca energia,

a molécula nada pode fazer
e o deixa passar.

É por isso que o vidro é transparente.

Os átomos do vidro não têm afinidade

com nenhum dos níveis
de energia da luz visível

e assim os fótons o atravessam.

Quais fótons o dióxido de carbono prefere?

Qual é a linha escura do arco-íriis

que explica o aquecimento global?

Ela não está ali.

O dióxido de carbono não absorve
luz diretamente do Sol.

Ele absorve a luz de um corpo
celeste totalmente diferente,

um que parece não emitir luz alguma:

a Terra.

Se você se perguntar por que
nosso planeta parece não brilhar,

é porque a Terra não emite luz visível.

Ela emite luz infravermelha.

A luz que podemos ver,

inclusive todas as cores do arco-íris,

é só uma pequena parte
de um espectro mais amplo

da radiação eletromagnética.

que inclui as ondas de rádio, micro-ondas,

infravermelho, ultravioleta, raios-x

e raios gama.

Pode parecer estranho
chamar essas coisas de luz,

mas não há diferença fundamental

entre a luz visível e as outras
radiações eletromagnéticas.

É a mesma energia,

mas em um nível maior ou menor.

Somos um pouco
presunçosos por definir

o termo "luz visível"
em função de nossas limitações.

Afinal, a luz infravermelha
é visível para as serpentes,

e a luz ultravioleta
é visível para os pássaros.

Se pudéssemos ver a luz
de 1.900 megahertz,

então um telefone celular
seria uma lanterna

e uma torre de telefone celular
pareceria um enorme farol.

A Terra emite luz infravermelha

porque todo objeto com temperatura
acima do zero absoluto emite luz.

Isso é chamado de radiação térmica.

Quanto mais quente um objeto,
maior será a frequência

da luz que ele emite.

Quando se aquece um pedaço de ferro,

ele emitirá cada vez mais
frequências de luz infravermelha

e, então, a cerca de 450 graus Celsius,

sua luz alcançará o espectro visível.

No começo, parecerá rubro.

E com mais calor ainda,

será um branco incandescente,

que conterá todas
as frequências da luz visível.

As lâmpadas incandescestes
foram projetadas para funcionar assim

e, por isso, desperdiçam muita energia.

95% da luz que emitem
é invisível para nós.

É desperdiçada sob a forma de calor.

A radiação infravermelha
da Terra escaparia para o espaço

se não existissem moléculas
de gases de efeito estufa

em nossa atmosfera.

Assim como o gás oxigênio
prefere fótons vermelhos escuros,

o dióxido de carbono
e outros gases com efeito estufa

aproveitam fótons do infravermelho.

Estes fornecem a quantidade
de energia exata

para que as moléculas do gás passem
a um nível de energia maior.

Assim que uma molécula
de dióxido de carbono

absorve um fóton infravermelho,

ela voltará ao seu nível
de energia anterior,

e disparará um fóton
em uma direção ao acaso.

Uma parte dessa energia volta
à superfície da Terra,

provocando aquecimento.

Quanto mais dióxido de carbono
na atmosfera,

maior a probabilidade de esses
fótons voltarem à Terra

e modificarem nosso clima.