Wir wissen, dass jedes Mal, wenn weißes Licht auf ein Objekt fällt, Photonen einer bestimmten Wellenlänge (de Broglie-Wellenlänge) von Atomen absorbiert werden, was eine Anregung von Elektronen verursacht und dann das Elektron das gleiche Energiephoton freisetzt, um seine Energie zu verringern. Dieses emittierte Photon sehen wir als Farbe des Objekts. Was passiert mit den verbleibenden Photonen, die das Atom nicht absorbiert?
Wenn weißes Licht auf ein rotes Objekt fällt, werden die roten Photonen nicht absorbiert, wir sagen, sie werden reflektiert. Die blauen und grünen Photonen werden von Elektronen absorbiert, die meisten dieser Elektronen geben die Energie als IR-Photonen (Wärme) ab.
Die Farbe eines Objekts wird im Allgemeinen durch das Licht bestimmt, das es reflektiert . Ausnahmen bilden natürlich Lichtquellen wie die Sonne oder Lampen. Darüber hinaus führt die Absorption von Licht im Allgemeinen nicht zu einer Emission von Licht. Fluoreszenz ist eine Ausnahme.
Die Reflexion und Absorption von Licht in einem dielektrischen Material oder einem Metall kann nicht durch die Wechselwirkung mit einzelnen Atomen beschrieben werden . Vielmehr handelt es sich um kollektive Anregungen, an denen viele Atome beteiligt sind. Licht breitet sich in einem Dielektrikum als Mischung dieser Anregung aus und gehorcht somit einer modifizierten, wirksamen Mediengleichung, bei der die Ausbreitungsgeschwindigkeit verändert wird. An der Grenze tritt aufgrund der abrupten Änderung der Ausbreitungseigenschaften eine Teilreflexion auf.
Wenn ein Photon mit einem Atom interagiert, können drei Dinge passieren:
Bei der elastischen Streuung behält das Photon seine Energie und ändert den Winkel
Bei der inelastischen Streuung gibt das Photon einen Teil seiner Energie an das Atom ab und ändert dabei den Winkel
Absorption, das Photon gibt seine gesamte Energie an das Atom ab und das absorbierende Elektron bewegt sich gemäß QM auf ein höheres Energieniveau
Jetzt sagen Sie, dass die Farbe des Objekts die Photonen sind, die erneut emittiert werden. Das stimmt nur teilweise:
Einige Objekte könnten sogar im Dunkeln leuchten, wenn kein Licht auf sie scheint, wie erhitzte Metalle, sodass sie kein Licht erneut emittieren müssen. Oder die Sonne emittiert kein Licht, sie emittiert nur Licht aufgrund interner Prozesse, die eine Emission verursachen. Diese Objekte haben ihre eigene Farbe, unabhängig davon, ob Licht auf sie scheint oder nicht.
Nicht alle Gegenstände haben ihre eigene Farbe, wie Metalle keine eigene Farbe haben. Metalle sind normalerweise Silber, weil. Dies liegt daran, dass Metalle laut QM normalerweise verfügbare d-Bahnen haben und s-Elektronen sich auf d-Bahnen bewegen, wenn bestimmtes Licht auf sie scheint. Nun ist dieses bestimmte Licht im Falle von Metallen so hochenergetisch, dass Photonen mit sichtbarer Wellenlänge die Aufgabe nicht erfüllen können. Alle sichtbaren Photonen werden reflektiert und keines von Metallen absorbiert. Metalle wie Silber haben also keine eigene Farbe. Sie reflektieren nur das gesamte sichtbare Licht. Und sie absorbieren normalerweise kein sichtbares Licht und geben es auch nicht wieder ab.
Einige Objekte absorbieren sichtbares Licht nicht (oder selten), sie reflektieren es nur, wie Spiegel (das liegt an 2.)
Sie haben natürlich Recht, dass einige Objekte ihre eigene Farbe haben, was bedeutet, dass sie einige sichtbare Photonen absorbieren und einige sichtbare Photonen wieder emittieren.
Sie fragen also, was mit all den Photonen passiert, die nicht absorbiert werden. Einige Photonen werden elastisch gestreut und einige werden inelastisch gestreut.
elastische Streuung passiert in Spiegeloberflächen, dh Reflexion (dies passiert normalerweise bei sichtbarem Licht).
Inelastische Streuung tritt normalerweise bei Licht mit nicht sichtbarer Wellenlänge auf. Diese Photonen übertragen Schwingungsenergie auf die Moleküle des Materials und erhitzen sie. (dies passiert normalerweise bei nicht sichtbarem Licht)
absorbiertes Licht (das kann sowohl sichtbares als auch nicht sichtbares Licht passieren) kann wieder emittiert werden, aber die Relaxation des Elektrons ist nicht immer die gleiche wie die Anregung. Die Entspannung kann in mehreren Schritten erfolgen, die als Kaskaden bezeichnet werden, und so könnte das Elektron ein Photon mit blauer Wellenlänge absorbieren und Photonen mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen erneut emittieren, sodass das sichtbare Licht möglicherweise in einer anderen Farbe erneut emittiert wird.
Es ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass, wie Sie sagen, eine Wand weiß ist, nur weil sie weißes Licht reflektiert. Physikalisch gibt es kein Licht mit weißer Wellenlänge. Weißes Licht ist eine Kombination aus Photonen aller sichtbaren Wellenlängen. Unsere Augen nehmen weißes Licht als weiß wahr, weil wir Rezeptoren für Rot, Grün und Blau haben, und weißes Licht alle diese Kombinationen verwendet und alle Rezeptoren in etwa im gleichen Verhältnis verwendet.
Jetzt erscheint eine weiße Wand weiß, weil das Sonnenlicht nicht gelb ist, sondern das Sonnenlicht ein weißes Licht ist. Wenn weißes Licht von der Sonne auf ein weißes Objekt scheint, absorbiert dieses Objekt Photonen aller Wellenlängen und sendet sie wieder aus, und wir nehmen es als weiß wahr. Wenn Sie ein weißes Objekt mit rotem Licht beleuchten, erscheint es rot und funktioniert mit allen Farben.
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Heikel