A teraz zajmiemy się czymś trochę trudniejszym, czyli odpowiedzią na pytanie, skąd się właściwie biorą barwy.
Elektrony w atomie są rozłożone w sposób uporządkowany – na powłokach, podpowłokach itp. Każdy z takich poziomów charakteryzuje określona wartość energii znajdujących się na nim elektronów, dlatego nazywamy to poziomami energetycznymi. Oczywiście między poszczególnymi poziomami występują różnice energii. Im bliżej jądra znajduje się dany poziom, tym mniejszą energię mają obsadzające go elektrony. To znaczy, że jeśli elektron otrzyma odpowiednią porcję energii, w przybliżeniu odpowiadającą różnicy energii np. między poziomem X i X+1, to może przeskoczyć sobie wyżej, dalej od jądra. Ten proces nazywa się wzbudzeniem.
I teraz z drugiej strony – promieniowanie elektromagnetyczne, takie jak światło, można traktować jako strumień kwantów. Kwanty niosą różną energię. Odpowiada to różnym częstotliwościom, a tym samym różnym kolorom promieniowania (światła). Na przykład światło białe jest w rzeczywistości stadem kwantów o wszystkich możliwych energiach/kolorach od czerwieni do fioletu. I teraz załóżmy, że różnica energii między poziomem X i X+1 odpowiada np. energii kwantu niebieskiego. Więc jeśli przyleci sobie do atomu niebieski kwant światła i walnie w ten elektron na poziomie X, to odda mu swoją energię (a sam zniknie) i on elektron będzie jej mieć tyle, żeby przeskoczyć sobie na poziom X+1.
Odpowiada to mniej więcej sytuacji, w której pracownik (elektron) dostaje podwyżkę (walną mu kwantem) i może np. wyprowadzić się od rodziców do własnego mieszkania (z poziomu X na X+1). No dobrze, a co to ma wspólnego z kolorem? Otóż mamy taką sytuację: przykładowo serandyt zawiera mnóstwo atomów z różnicą energii między X i X+1 odpowiadającą kwantom niebieskim. Gdy oświetlimy ten serandyt światłem białym, te atomy, a konkretnie ich elektrony, zaczną nam zjadać kwanty niebieskie i radośnie przeskakiwać sobie na poziom X+1. W rezultacie w świetle dotychczas białym wystąpi niedobór kwantów niebieskich, a nadmiar – żółtych i czerwonych (dla uproszczenia rozpatruję tylko barwy podstawowe). I teraz my, patrząc na zjadający kwanty niebieskie serandyt oświetlony światłem białym, będziemy widzieć tylko to, co pozostało, czyli mieszaninę żółci i czerwieni – barwę pomarańczową.
Ten proces, który z pewnymi uproszczeniami opisałem wyżej, nazywa się absorpcją/pochłanianiem światła. Pochłonięte kwanty znikają, ponieważ są w sumie tylko porcjami energii, więc jeśli wzbudzany elektron pochłonie tę energię, to z kwantu nic nie pozostaje. Ale energia nie ginie, bo zabraniają tego prawa fizyki. Wzbudzony elektron prędzej czy później wróci na poziom X, oddając pochłoniętą wcześniej energię. Nasz pracownik może zostać zdegradowany do niższego stanowiska z mniejszą pensją, przez co będzie musiał wrócić do mieszkania z rodzicami (pomijam przypadki, gdy pracownik uzna, że mamusia jednak lepiej gotuje, a zamiast tracić kasę na osobny czynsz, lepiej ją zachować i wydać na płatny seks i narkotyki). Oddawanie energii przez elektrony „degradujące się” na poziom podstawowy X to emisja promieniowania.
Tak na marginesie – elektronom można dostarczać energii innymi sposobami niż przez oświetlanie, np. przez ogrzewanie albo za pomocą wyładowań elektrycznych, albo naświetlanie wyżej energetycznym rodzajem promieniowania, np. ultrafioletem albo promieniami rtg. I istnieją substancje, których elektrony, pochłonąwszy dostarczoną energię, wracają sobie na poziom podstawowy w taki sposób, że po drodze emitują kwanty światła widzialnego. Eureka! Otrzymaliśmy źródło światła! Jeśli elektrony są wzbudzane przez ogrzewanie – mamy żarówkę. Jeśli przez wyładowania elektryczne – mamy jarzeniówkę. Jeśli przez promienie rtg – mamy świetlówkę (w przybliżeniu).
