Barwy to fale elektromagnetyczne

Barwy to fale elektromagnetyczne.

A więc znamy odpowiedź na pytanie, dlaczego rubin jest czerwony, a szafir niebieski. Niestety, fizycy to ludzie znacznie bardziej dociekliwi od zwykłego zjadacza chleba. Po stwierdzeniu, że to chrom zabarwia rubin, a tytan szafir, postawili następne pytanie-dlaczego? Okazało się, że ponownie trzeba wrócić do optyki, do światła.

Klucz do znalezienia odpowiedzi na to pytanie można znaleźć w kilku zdaniach zapisanych w podręczniku fizyki dla VIII klasy: „Białe jest światło słoneczne, światło wysyłane przez ciała ogrzane do bardzo wysokiej temperatury, światło wysyłane przez świecące «na zimno» świetlówki”. I następne zdanie decydujące: „Czasem jednak do oka obserwatora docierają tylko niektóre światła barwne”. Właśnie-… docierają tylko niektóre.

Pamiętamy, że poszczególne barwy to fale elektromagnetyczne o różnej długości. Fale te zachowują się tak samo jak fale mechaniczne, a więc np. fale dźwiękowe znane z lekcji fizyki w klasie VII. Dźwięki słyszymy wszyscy, ale nie wszyscy i nie zawsze jednakowo. Przeciętny człowiek słyszy dźwięki o częstotliwościach od 1 6 do 20 000 herców (Hz), psy słyszą dźwięki o częstotliwościach do 38 000 Hz, a nietoperze do 100 000 Hz. Gdybyśmy jednak źródło dźwięków o częstotliwości od 1500 do 100 000 Hz ustawili za bardzo grubym murem, my przestaniemy w ogóle słyszeć, pies będzie słyszał trochę mniej, a nietoperz prawie pełny zakres dźwięków, jakie zdolne jest odbierać jego ucho. Wyjaśnienie takiego przebiegu zjawiska jest proste. Im wyższa częstotliwość fal, tym łatwiej przechodzą one przez przeszkodę, jaką jest mur. Można również przeprowadzić inne doświadczenie. Gdy np. radio ustawimy za przegrodą wykonaną z płyty aluminiowej lub płyty żelaznej, słyszeć będziemy dźwięki o różnej wysokości. Część dźwięków została pochłonięta przez przeszkodę, przy czym w zależności od materiału, z którego wykonano przeszkodę, będą to różne dźwięki o różnej częstotliwości.

Jeszcze prościej wyjaśnić to można na przykładzie falochronu budowanego przed wejściem do każdego portu. Jeśli falochron będzie odpowiednio wysoki, ponad jego górną krawędzią przepłyną tylko szczególnie wysokie fale sztormowe, ale ich siła zostanie znacznie osłabiona. Woda w porcie będzie falowała znacznie łagodniej niż przed falochronem. Fale o wysokości mniejszej niż wysokość falochronu rozbiją się od strony morza, zostaną zatrzymane.

W podobny sposób fizycy wyjaśniają przyczynę barw kamieni szlachetnych. Światło białe, jest, jak pamiętamy, mieszaniną fal elektromagnetycznych o różnej długości. Każdej długości fali odpowiada inna barwa. Gdy białe światło pada na przedmiot doskonale biały, wszystkie składowe barwy światła odbijają się od powierzchni i widzimy pełny zakres widma, a więc białe światło. Gdy światło pada na kamień szlachetny zawierający chromofory, część światła, a ściślej .niektóre składniki widma są pochłaniane, a barwa ciała pochłaniającego jest barwą złożoną z tych wszystkich części widma, które nie uległy pochłonięciu. Teraz rola metali jako barwników staje się jasna. Chrom zawarty w rubinie sprzyja pochłanianiu barw dopełniających do czerwieni. Wiemy jednak, że nie tylko sama zawartość chromu decyduje o barwie rubinu, również jego ilość. Im więcej chromu, tym ciemniejsza barwa rubinu. Z pewnym uproszczeniem można powiedzieć, że ilość chromu daje taki sam efekt jak grubość zabarwionego ciała przezroczystego, np. szkła. Im większa grubość, tym większa ilość światła zatrzymana jest w szkle i szkło wydaje się ciemniejsze.

Przy przechodzeniu światła przez kamienie szlachetne i inne ciała najsilniejszemu pochłanianiu ulegają fale o mniejszej długości, a więc niebieskiej i fioletowej. I to właśnie jest przyczyną niewielkiej ilości kamieni szlachetnych o tym zabarwieniu oraz dużej ilości kamieni o barwie zielonej.