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量子力学如何解释全球变暖 - Lieven Scheire

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    你可能听说过
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    二氧化碳正在让地球变暖
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    但这是什么原理呢？
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    二氧化碳像是温室的玻璃？
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    或者像是隔热的毛毯？
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    其实不全是这样。
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    答案关系到一些
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    量子力学的知识，但是不用担心
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    让我们从彩虹说起
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    如果你透过三棱镜
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    仔细观察被分散的阳光
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    你会看到光谱中有一些暗掉的缺口
    一部分颜色的波段消失了
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    它们去哪里了？
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    在到达我们的眼睛之前
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    很多气体就已经吸收掉
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    波谱中特定的一些频段
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    例如，氧气夺走了
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    一些深红色光线
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    钠夺取了黄色的两个波段
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    但为什么这些气体会
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    吸收特定颜色的光呢？
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    我们现在就要进入量子学领域了
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    每个原子和分子都有
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    一定数量的电子能量等级
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    使电子从基态
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    跃迁到一个更高的能级
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    分子需要获得一个特定量的能量
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    不能多，也不能少
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    分子从光线中获得这种能量
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    光线里含有数不胜数的能量层级
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    光由被称为“光子”的微小粒子组成
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    每个光子里储存的能量
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    与其颜色对应
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    红色光线能量较低，波长较长
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    紫色光线能量较高，波长较短
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    阳光提供了彩虹里所有颜色的光子
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    所以一个气体分子可以选择
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    带有它们所需的特定能量值的光子
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    用以把分子提升到
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    下一个能级
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    匹配上之后
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    光子将消失，因为分子
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    获取了它的能量
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    从而造成了光谱里的缺口
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    如果一个光子携带的能量太多或太少
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    分子就只好
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    让它飞过
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    这就是玻璃透明的原因
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    玻璃里的原子
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    和可见光里的波段不匹配
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    所以这些光子全部直接通过
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    那么，二氧化碳选择吸收哪些光子呢？
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    彩虹光谱中的哪一条黑线
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    能解释全球变暖呢？
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    其实，不在那儿
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    二氧化碳不直接从阳光中
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    吸收光线
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    它吸收的光线来自一个
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    完全不同的天体
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    一个看起来根本不发光的天体：
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    地球
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    如果你在想为什么我们的星球
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    看起来不发光
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    那是因为地球不发射可见光
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    它发射的是红外光
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    我们眼睛能看得见的光
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    包括彩虹里的所有颜色
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    都只是电磁辐射大光谱里的
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    一小部分
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    大光谱里有无线电波，微波
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    红外线，紫外线，X射线
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    和伽马射线
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    把这些都当成是光线可能有点奇怪
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    但是可见光和电磁射线之间
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    没有根本的区别
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    它们都是能量
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    只不过在能级上有高低之分
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    其实，我们用自身的局限来定义“可见光”
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    是有点自大的
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    毕竟，蛇类看得见红外线
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    鸟类看得见紫外线
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    如果我们的眼睛能看见1900兆赫的光线
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    那么一个移动电话
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    将会变成手电
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    而一个手机信号塔
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    将看起来像个大灯笼
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    地球发出红外射线
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    因为每个温度在绝对零度之上的物体
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    都会发出光线
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    这被称作“热辐射”
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    一个物体越热
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    它发出的光线频率越高
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    当你加热铁的时候
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    它将会发出越来越高频率的红外光
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    然后，当温度达到450摄氏度时
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    它发出的光将达到可见光范围
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    刚开始，它看起来是赤热的红色
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    得到更多热量时
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    它发的光将变白
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    发出可见光波段里所有的光
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    这是传统灯泡的
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    设计原理
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    也是为什么它们如此浪费能源
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    它们发出的光中95%都是我们眼睛看不见的光
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    它以热量的形式浪费掉了
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    如果我们的大气层中
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    没有温室气体分子的话
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    地球的红外射线会逃到太空中
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    就像氧气偏爱深红色光子一样
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    二氧化碳和其它温室气体
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    和红外线光子匹配
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    它们提供了正好合适的能量
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    用来使气体分子升到它们更高一层的能级
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    当一个二氧化碳分子
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    吸收了红外光子之后
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    不久它便会回到之前的能级
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    并分离出一个光子，以随机的方向射出
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    这些能量的一部分
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    就返回了地球表面
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    导致变暖
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    大气层里的二氧化碳越多
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    红外光子反回到地球表面的
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    可能性就越大
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    使我们的气候随之改变
Title:
量子力学如何解释全球变暖 - Lieven Scheire
Speaker:
Lieven Scheire
Description:

完整课程：http://ed.ted.com/lessons/how-quantum-mechanics-explains-global-warming-lieven-scheire

你可能听说过二氧化碳正在让地球变暖，但这是怎么做到的呢？Lieven Scheire用彩虹、灯泡和一些量子物理知识描述了全球变暖背后的科学原理。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:01

Chinese, Simplified subtitles

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