Return to Video

Глобальное потепление с точки зрения квантовой механики — Лифен Шайре

  • 0:07 - 0:08
    Вам, вероятно, доводилось слышать,
  • 0:08 - 0:10
    что углекислый газ разогревает Землю —
  • 0:10 - 0:12
    но как именно это работает?
  • 0:12 - 0:14
    Как стекло в теплице,
  • 0:14 - 0:16
    или как слой теплоизоляции?
  • 0:16 - 0:18
    Не совсем.
  • 0:18 - 0:19
    Ответ содержит
    немного квантовой механики.
  • 0:19 - 0:22
    Но не беспокойтесь,
  • 0:22 - 0:24
    мы начнём с радуги.
  • 0:24 - 0:26
    Если взглянуть на солнечный свет,
  • 0:26 - 0:27
    расщеплённый призмой,
  • 0:27 - 0:30
    то на месте пропавших цветных полосок
    можно увидеть тёмные полосы.
  • 0:30 - 0:32
    Куда же подевались цвета?
  • 0:32 - 0:33
    Пока свет добирался до ваших глаз,
  • 0:33 - 0:35
    разные газы поглотили
  • 0:35 - 0:38
    некоторые части спектра.
  • 0:38 - 0:40
    Например, кислород поглотил
  • 0:40 - 0:42
    часть тёмно-красного света,
  • 0:42 - 0:45
    а натрий — две полосы жёлтого.
  • 0:45 - 0:46
    Но почему же эти газы поглощают
  • 0:46 - 0:48
    свет определённого цвета?
  • 0:48 - 0:51
    Вот тут нам пригодится
    квантовая механика.
  • 0:51 - 0:54
    Каждый атом и молекула обладает
    заданным числом
  • 0:54 - 0:57
    возможных энергетических уровней
    для своих электронов.
  • 0:57 - 0:59
    Чтобы переместить электроны
  • 0:59 - 1:00
    с основного уровня на уровень выше,
  • 1:00 - 1:04
    молекуле нужно получить
    определённое количество энергии.
  • 1:04 - 1:06
    Ни больше, ни меньше.
  • 1:06 - 1:08
    Молекула получает эту энергию
    от света, который обладает
  • 1:08 - 1:11
    таким количеством энергетических уровней,
    что и сосчитать невозможно.
  • 1:11 - 1:15
    Свет состоит
    из крошечных частиц — фотонов.
  • 1:15 - 1:17
    Количество энергии в каждом фотоне
  • 1:17 - 1:19
    определяет его цвет.
  • 1:19 - 1:22
    У красного цвета энергии
    меньше и волны длиннее.
  • 1:22 - 1:26
    У пурпурного — энергии больше,
    а волны короче.
  • 1:26 - 1:29
    Солнечный свет содержит
    фотоны всех цветов радуги,
  • 1:29 - 1:31
    поэтому молекулы газа
    находят фотоны,
  • 1:31 - 1:33
    несущие точный заряд энергии,
  • 1:33 - 1:35
    необходимый им для сдвига электронов
  • 1:35 - 1:37
    на следующий энергетический уровень.
  • 1:37 - 1:39
    Когда молекула
    находит подходящий фотон,
  • 1:39 - 1:41
    этот фотон исчезает,
  • 1:41 - 1:42
    поскольку его энергия
    переходит к молекуле,
  • 1:42 - 1:45
    а мы видим
    пробел в цветовом спектре.
  • 1:45 - 1:48
    Если фотон несёт
    слишком много или мало энергии,
  • 1:48 - 1:49
    молекуле остаётся только
  • 1:49 - 1:51
    пропустить его.
  • 1:51 - 1:54
    Именно поэтому стекло прозрачное.
  • 1:54 - 1:56
    Атомы стекла не улавливают фотоны
  • 1:56 - 1:58
    с энергетическими уровнями
    видимого светового спектра,
  • 1:58 - 2:01
    поэтому фотоны
    проходят сквозь стекло.
  • 2:01 - 2:04
    Итак, какие же фотоны предпочитает
    углекислый газ?
  • 2:04 - 2:06
    Где та тёмная полоса в нашей радуге,
  • 2:06 - 2:08
    объясняющая глобальное потепление?
  • 2:08 - 2:10
    Её там нет.
  • 2:10 - 2:12
    Углекислый газ не поглощает
  • 2:12 - 2:13
    свет от Солнца.
  • 2:13 - 2:15
    Он улавливает свет от совершенно
  • 2:15 - 2:16
    другого небесного тела,
  • 2:16 - 2:19
    которое вроде и не излучает
    никакого света —
  • 2:19 - 2:21
    от Земли.
  • 2:21 - 2:22
    Если вы не видели,
  • 2:22 - 2:24
    чтобы Земля светилась,
  • 2:24 - 2:27
    то это потому, что она
    не излучает видимый свет.
  • 2:27 - 2:29
    Земля излучает инфракрасный свет.
  • 2:29 - 2:31
    Свет, видимый нашему глазу,
  • 2:31 - 2:33
    включая все цвета радуги —
  • 2:33 - 2:35
    это лишь малая часть
    большего спектра
  • 2:35 - 2:38
    электромагнитного излучения,
  • 2:38 - 2:40
    который также содержит радиоволны,
  • 2:40 - 2:43
    микроволновое, инфракрасное
    и ультрафиолетовое излучение,
  • 2:43 - 2:45
    рентгеновские и гамма-лучи.
  • 2:45 - 2:48
    Кажется странной мысль о том,
    что всё это свет,
  • 2:48 - 2:49
    но фундаментальной разницы
  • 2:49 - 2:53
    между видимым светом и другим
    электромагнитным излучением нет.
  • 2:53 - 2:54
    Это та же энергия,
  • 2:54 - 2:56
    но на более высоком
    или низком уровне.
  • 2:56 - 2:58
    На самом деле, довольно самонадеянно
  • 2:58 - 3:02
    ограничивать видимый свет
    нашими возможностями.
  • 3:02 - 3:05
    Змеи, например, видят инфракрасный свет,
  • 3:05 - 3:08
    а птицы — ультрафиолетовый.
  • 3:08 - 3:10
    Если бы наши глаза могли видеть свет
  • 3:10 - 3:12
    с частотой 1900 МГц,
  • 3:12 - 3:13
    то мобильный телефон
    стал бы фонариком,
  • 3:13 - 3:14
    а вышка сотовой связи —
  • 3:14 - 3:17
    огромным маяком.
  • 3:17 - 3:19
    Земля испускает
    инфракрасное излучение,
  • 3:19 - 3:21
    поскольку любой объект
    с температурой
  • 3:21 - 3:24
    выше абсолютного нуля излучает свет.
  • 3:24 - 3:27
    Это называют тепловым излучением.
  • 3:27 - 3:28
    Чем горячее становится объект,
  • 3:28 - 3:31
    тем выше частота
    излучаемого им света.
  • 3:31 - 3:33
    Если нагреть железо,
    оно станет излучать
  • 3:33 - 3:36
    всё более высокие частоты
    инфракрасного света,
  • 3:36 - 3:40
    а затем, при температуре
    около 450 градусов Цельсия,
  • 3:40 - 3:43
    излучаемый свет перейдёт
    в видимый нами спектр.
  • 3:43 - 3:45
    Сначала железо
    будет раскалено докрасна,
  • 3:45 - 3:47
    а с повышением температуры
  • 3:47 - 3:48
    засияет белым,
  • 3:48 - 3:51
    со всеми частотами видимого света.
  • 3:51 - 3:53
    Так устроены традиционные
  • 3:53 - 3:54
    электрические лампы,
  • 3:54 - 3:56
    и именно поэтому
    они такие неэкономичные.
  • 3:56 - 4:00
    95% испускаемого ими света
    не видимо для наших глаз.
  • 4:00 - 4:02
    Это тепловые потери.
  • 4:02 - 4:05
    Инфракрасное излучение Земли
    улетело бы в космос,
  • 4:05 - 4:07
    если бы не молекулы парникового газа
  • 4:07 - 4:09
    в нашей атмосфере.
  • 4:09 - 4:12
    Так же как кислород предпочитает
    фотоны тёмно-красного цвета,
  • 4:12 - 4:15
    углекислый газ
    и прочие парниковые газы
  • 4:15 - 4:17
    улавливают инфракрасные фотоны.
  • 4:17 - 4:19
    Такие фотоны содержат
    количество энергии, необходимое
  • 4:19 - 4:22
    для сдвига молекул газа
    на высшие энергетические уровни.
  • 4:22 - 4:24
    Молекула углекислого газа,
  • 4:24 - 4:27
    поглотив инфракрасный фотон,
  • 4:27 - 4:29
    почти сразу возвращается
    к исходному энергетическому уровню
  • 4:29 - 4:33
    и выбрасывает фотон
    в случайном направлении.
  • 4:33 - 4:35
    Некоторая часть этой энергии
  • 4:35 - 4:36
    возвращается на поверхность Земли,
  • 4:36 - 4:38
    вызывая потепление.
  • 4:38 - 4:39
    Чем больше
    углекислого газа в атмосфере,
  • 4:39 - 4:41
    тем чаще инфракрасные фотоны
  • 4:41 - 4:44
    будут возвращаться на Землю,
  • 4:44 - 4:45
    изменяя наш климат.
Title:
Глобальное потепление с точки зрения квантовой механики — Лифен Шайре
Speaker:
Lieven Scheire
Description:

Смотреть урок полностью: http://ed.ted.com/lessons/how-quantum-mechanics-explains-global-warming-lieven-scheire

Вам, вероятно, доводилось слышать, что углекислый газ разогревает Землю, но как именно это происходит? С помощью радуги, лампочки и квантовой физики Лифен Шайре даёт научное объяснение феномену глобального потепления.

Урок — Лифен Шайре, анимация — STK Films.
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:01

Russian subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.