Vilken färg har elektroner? publicerades ursprungligen på Quora: nätverket för kunskapsdelning där spännande frågor besvaras av människor med unika insikter.

Svar av Jerzy Michał Pawlak, doktor i högenergifysik, på Quora:

Låt oss börja med frågan ”hur uppfattar vi färg?”. Våra ögon, när de tar emot ljus, mäter inte bara dess intensitet utan också mycket grovt sett dess våglängd. Vi ser sällan riktigt monokromatiskt ljus; oftast är det vi ser en blandning av olika våglängder. Våra ögon har utvecklats för att uppfatta en viss blandning, där proportionerna av olika våglängder är liknande, som i naturligt solljus, som neutral eller ”vit”. Om du nu tittar på ett föremål som reflekterar eller sprider ljus, och det reflekterar alla våglängder av ljus på samma sätt, kommer du att uppfatta föremålets färg som ”neutral”. När du ser ett färgat föremål betyder det att det reflekterar vissa våglängder starkare än andra, och därför har det reflekterade ljuset som når dina ögon en annan våglängdssammansättning och du ser det som färgat.

Hur är det då med elektroner? Reflekterar de alla våglängder på samma sätt? Tja, det beror på. Om de är bundna i atomer och molekyler kan de bara absorbera eller reflektera specifika våglängder. Faktum är att de flesta färger på föremål som du ser omkring dig kommer från denna mekanism: Elektroner som är bundna i färgämnesmolekyler sprider specifika våglängder av ljus.

Så, betyder det att elektroner har färg? Nej, eftersom samma elektron bunden i olika molekyler skulle ge olika färger, så det är inte elektronens egenskap. För att besvara frågan måste vi frigöra elektroner från alla atomära eller molekylära bindningar och titta på en fri elektron.

För en enda fri elektron skulle man tyvärr inte se så mycket, men som tur är har man chansen att titta på en stor ensemble av nästan fria elektroner varje dag – genom att titta på metalliska ytor, till exempel i speglar. En metall består av atomer i ett kristallgitter. Medan de flesta elektroner är bundna till atomerna kan en del av dem (de på de yttersta elektronlagren) vandra praktiskt taget fritt genom kristallen. Och deras växelverkan med ljus är mycket lik det sätt på vilket fria elektroner skulle växelverka. Som du kan se i spegeln förblir vitt ljus som reflekteras i den vitt – det betyder att elektronerna är färgneutrala.

Ah, ja, du kanske frågar om guld. Det är gult och inte neutralt. Det betyder inte att elektronerna i guldet är ”gula”. Anledningen till att guld inte är vitt ligger i de elektroner som inte är fria utan förblir bundna till guldatomer. De fria elektronerna i en bit guld skulle gärna reflektera alla färger av ljus, som i andra metaller; men guldatomerna kan absorbera en del av det blå ljuset, så i själva verket reflekteras mindre blått ljus och du ser den gula färgen.

Denna fråga dök ursprungligen upp på Quora. Ställ en fråga och få ett bra svar. Lär dig av experter och få tillgång till insiderkunskap. Du kan följa Quora på Twitter, Facebook och Google+.

Mer frågor:

• Elektroner: Hur föreställer sig fysikerna en elektron?
• Färger: Varför blandas färger ihop och bildar andra färger?
• Fysik i vardagen: Fotoner kallas ofta för paket av ljusenergi, har de något slags membran det struktur?