Ich denke, diese Frage wäre etwas sinnvoller, wenn wir ein ideales Gedankenexperiment betrachten. Stellen Sie sich ein Molekül vor, nennen Sie es Z, mit nur drei elektronischen Zuständen. Ein Molekülorbital hat eine Energie, die mit sichtbarem Licht vergleichbar ist, und die verbleibenden zwei Molekülorbitale haben eine Energielücke zwischen sich, die mit der Energie von UV-Licht vergleichbar ist.
Stellen Sie sich jetzt eine Oberfläche vor, die nur aus ein paar Z-Molekülen besteht, vielleicht 20 oder so. Nehmen wir nun an, dass die Oberfläche von Z-Molekülen mit dem gesamten sichtbaren Lichtspektrum bombardiert wird. Photon A trifft auf Molekül A und regt eines seiner Elektronen zum nächsthöheren MO an. Der Rest des Lichts wird von diesem Molekül übertragen und gibt seine charakteristische Farbe ab.
Dies geschieht natürlich mit den verbleibenden 19 Z-Molekülen, bis sich alle Elektronen in angeregten Zuständen befinden und nun das sichtbare Licht nicht mehr genügend Energie hat, um elektronische Übergänge zu bewirken.
Meine Frage ist, was passiert jetzt genau? Bleiben alle Elektronen in ihren angeregten Zuständen und lassen daher alle Z-Moleküle das gesamte sichtbare Spektrum durch, wodurch sie ihre einzigartige Farbe verlieren und weiß erscheinen? Oder fallen die Elektronen spontan in den Grundzustand zurück und beginnen den Kreislauf erneut? Wenn sie in den Grundzustand zurückfallen, senden sie dann erneut Photonen mit ausreichender Energie aus?
Wenn wir dies auf unsere realistische makroskopische Welt verallgemeinern, warum passiert nicht dasselbe mit farbigen Objekten im wirklichen Leben? Werden die Moleküle, die mein Hemd rot machen, anfangen, nur noch weißes Licht zu übertragen, wenn ich es lange genug mit sichtbarem Licht bombardiere?
Ich habe keine sehr genauen Kenntnisse der Quantenmechanik, wohlgemerkt, also wenn ich etwas sehr Offensichtliches übersehe, weisen Sie bitte darauf hin.
Wenn sie in einem angeregten Zustand belassen werden, können sie einen Prozess durchlaufen, der als spontane Emission bezeichnet wird, wodurch sie in den niedrigeren Energiezustand fallen und ein Photon emittieren, das der verlorenen Energie entspricht. Grob gesagt verhält sich die Zeit, die für eine spontane Emission benötigt wird, umgekehrt zur Größe der Energielücke zwischen Zuständen.
Tatsächlich müssen Sie nicht einmal darauf warten, dass eine spontane Emission auftritt. Indem Sie einfach ein weiteres Photon mit der gleichen Energie wie der Übergang einsenden, können Sie eine stimulierte Emission verursachen. In beiden Fällen emittiert das abgeregte Elektron ein Photon mit der richtigen Energie.
In realen Materialien gelten die gleichen Prinzipien, aber es stellt sich heraus, dass es für ein Elektron viel mehr Möglichkeiten gibt, Energie freizusetzen, als einfach ein Photon zu emittieren. Ein einfaches und wichtiges Beispiel ist das Phonon, das eine quantisierte Schwingung des Materials ist. Phononen sind im Wesentlichen für das verantwortlich, was wir als Wärme bezeichnen. Ihr rotes Hemd absorbiert also alles Licht außer rotem Licht (das reflektiert wird). Der Grund, warum das absorbierte Licht nicht auf kohärente Weise wieder emittiert und sich mit dem roten Licht vermischt, um das ursprüngliche weiße Licht neu zu bilden, ist, dass die meisten dieser absorbierten Photonen tatsächlich durch Phononenemissionen verloren gehen und stattdessen zur Erwärmung beitragen deines Hemdes.