Como a mecânica quântica explica o aquecimento global — Lieven Scheire

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

Provavelmente, já ouviram dizer que o dióxido de carbono está a aquecer a Terra. Mas como é que está a fazer isso? Lieven Scheire usa um arco-íris, uma lâmpada elétrica e um pouco de física quântica para descrever a ciência por detrás do aquecimento global.

Lição de Lieven Scheire, animação de STK Films.

Provavelmente, já ouviram dizer

que o dióxido de carbono
está a aquecer a Terra.

Mas, como é que isso funciona?

É como o vidro duma estufa

ou como um cobertor de isolamento?

Bom, não propriamente.

A resposta envolve um pouco
de mecânica quântica,

mas não se preocupem,
vamos começar com um arco-íris.

Se olharem com atenção para a luz solar
separada através de um prisma,

verão intervalos escuros
onde faltam faixas de cor.

Para onde é que elas foram?

Antes de chegarem aos nossos olhos,

partes específicas do espetro
foram absorvidas por diversos gases.

Por exemplo, o oxigénio confiscou

parte da luz vermelho escuro.

O sódio apoderou-se
de duas faixas da amarela.

Porque é que estes gases absorvem
cores específicas de luz?

É aqui que entramos
no reino da mecânica quântica.

Cada átomo e cada molécula
tem um determinado número

de níveis de energia possível
para os seus eletrões.

Para mudar esses eletrões
do nível de base para um nível mais alto,

uma molécula precisa de ganhar
uma certa quantidade de energia.

Nem mais, nem menos.

Obtém essa energia da luz,

o que se traduz em mais níveis de energia
do que podemos contar.

A luz é formada por partículas
minúsculas, chamadas fotões

e a quantidade de energia em cada fotão
corresponde à sua cor.

A luz vermelha tem energia mais baixa
e um comprimento de onda maior.

A luz violeta tem energia mais alta
e um comprimento de onda menor.

A luz solar oferece todos os fotões
do arco-íris,

por isso uma molécula de gás
pode escolher os fotões

que carregam a quantidade exata de energia
de que a molécula necessita

para passar ao nível de energia seguinte.

Quando se dá esse encontro,
o fotão desaparece

enquanto a molécula ganha a energia dele

e temos um pequeno intervalo no arco-íris.

Se um fotão transporta demasiada energia
ou energia a menos,

a molécula não tem outra hipótese
senão a de o deixar passar.

É por isso que o vidro é transparente.

Os átomos do vidro não emparelham bem

com qualquer dos níveis de energia
da luz visível,

por isso todos os fotões passam por ele.

Então, quais são os fotões
que o dióxido de carbono prefere?

Onde está a linha preta no arco-íris
que explica o aquecimento global?

Bom, isso não aparece.

O dióxido de carbono não absorve
a luz diretamente do Sol.

Absorve a luz a partir de um corpo celeste
totalmente diferente,

um corpo que parece não emitir
nenhuma luz: a Terra.

Se não percebem porque é
que a Terra parece que não brilha

é porque a Terra não emite luz visível.

Emite luz infravermelha.

A luz que os nossos olhos veem,

incluindo todas as cores do arco-íris,

são só uma pequena parte
do espetro maior

das radiações eletromagnéticas

que incluem as ondas rádio,
as micro-ondas,

os infravermelhos, os ultravioletas,

os raios X e os raios gama.

Pode parecer estranho pensar
nestas coisas como luz,

mas não há diferença fundamental

entre a luz visível e as outras
radiações eletromagnéticas.

É a mesma energia,

mas a um nível mais alto ou mais baixo.

Com efeito, é um pouco presunçoso

definir o termo luz visível
segundo as nossas limitações.

Afinal, as cobras conseguem ver
as luzes infravermelhas

e as aves conseguem ver
a luz ultravioleta,

Se os nossos olhos estivessem adaptados

para ver a luz de 1900 megahertz,

um telemóvel seria uma lanterna

e uma torre de telemóveis
pareceria um enorme farol.

A Terra emite radiações infravermelhos

porque todos os objetos

com uma temperatura, acima
do zero absoluto, emitem luz.

Chamamos-lhe radiações térmicas.

Quanto mais quente estiver um objeto,
maior é a frequência da luz que emite.

Quando aquecemos um pedaço de ferro,

ele emitirá frequências cada vez maiores
de luz infravermelha

e depois, a uma temperatura
aproximada de 450º Celsius,

essa luz atingirá o espetro visível.

A princípio, parecerá vermelho em brasa.

Com mais calor ainda,
começará a parecer branca

com todas as frequências da luz visível.

É assim que foram concebidas
as lâmpadas elétricas tradicionais

e é por isso que são tão perdulárias.

95% da luz que emitem
é invisível aos nossos olhos.

É desperdiçada enquanto calor.

As radiações infravermelhas da Terra
escapar-se-iam para o espaço

se não houvesse gases com efeito de estufa
na nossa atmosfera.

Tal como o oxigénio prefere
os fotões de vermelho escuro,

o dióxido de carbono e outros
gases com efeito de estufa

emparelham com fotões infravermelhos

que fornecem a quantidade
exata de energia

para mudar as moléculas desses gases
para um nível de energia mais alta.

Pouco depois de uma molécula
de dióxido de carbono

absorver um fotão infravermelho,

cairá para o nível de energia anterior,

e devolve um fotão numa direção qualquer.

Alguma dessa energia regressa
à superfície da Terra,

causando o aquecimento.

Quanto mais dióxido de carbono
exista na atmosfera,

mais provável é que os fotões
infravermelhos regressem à Terra

e alterem o nosso clima.