Elektronlar Ne Renk?

Hiç düşündünüz mü, Evren'deki her şeyi oluşturan ve her atomda bulunan elektronların rengi nedir? Kırmızı, sarı, yeşil? Siyah? Beyaz? Transparan? Bu soruya yanıt verebilmek için, fizikten önce sinirbilime bakmamız ve renkleri nasıl algıladığımızı kısaca da olsa anlatmamız gerekiyor.

Gözlerimiz renklere dair bilgileri beynimize iletirken sadece ışığın şiddetini değil, aynı zamanda yaklaşık bir biçimde de olsa dalgaboyunu da ölçer. Çok çok nadiren monokromatik (tek renkli) ışığa maruz kalırız. Yani etrafınızda gördüğünüz ışıkların neredeyse tamamı birden fazla dalgaboyunun karışımı sonucu oluşan ışıktır. Bizim gözlerimiz evrimsel süreç dahilinde sadece belli bir karışım aralığını algılayabilecek şekilde özelleşmiştir. Eğer ki bu karışım içerisindeki dalgaboylarının oranı birbirine yakınsa, bunu "doğal ışık" olarak algılarız ve bu renk beynimizde "beyaz" olarak değerlendirilir (örneğin Güneş ışığı). Ancak eğer ki ışığı yansıtan ya da kıran bir cisme bakıyorsanız ve bu cisim tüm dalgaboylarını kabaca eşit bir şekilde yansıtıp dağıtıyorsa, bu cismi "nötral" (veya "beyaz") olarak algılarsınız. Belli bir renkte olan (örneğin kırmızı) bir cisim gördüğünüzde olan, cismin üzerine düşen ışığın içerisindeki kırmızıya denk gelen dalgaboylarını, diğer renklere denk gelen dalgaboylarından daha fazla yansıtmasıdır. Yani bu durumda "orantısız yansıtma" söz konusudur. 

Peki elektronlarda durum nedir? Elektronlar da tüm dalgaboylarını aynı şekilde mi yansıtırlar, yoksa belli bir dalgaboyunu orantısız olarak yansıtmaktalar mıdır? Bu sorunun cevabı, duruma göre değişmektedir. Bir elektron eğer ki bir atom veya moleküle bağlı olarak bulunuyorsa, yalnızca belli dalgaboylarını yansıtabilir ve sadece belirli dalgaboylarını emebilir. Aslına bakarsanız etrafınızda gördüğünüz renklerin hemen hepsi bu mekanizmanın bir ürünüdür: Boyaların içerisindeki elektronlar, farklı dalgaboylarını farklı miktarlarda yansıtırlar. Yani o boya molekülüne o rengi veren elektronların davranışının ta kendisidir!

Peki bu durumda elektronların kendilerinin de bir rengi vardır diyebilir miyiz? Hayır. Çünkü tek bir elektronu alıp, şu veya bu moleküle aktaracak olsaydınız, farklı dalgaboylarını farklı yansıttığını görebilirdiniz. Dolayısıyla renk, elektronun kendisinin bir özelliği değildir. Dolayısıyla eğer ki elektronların özünde bir renge sahip olup olmadıklarını anlamak istiyorsak, onları atom veya moleküllerden bağımsız halde, özgür formlarında incelememiz gerekmektedir.

Ne yazık ki tekil bir elektronu alıp da incelemenin pek bir yolu yoktur. Bunun yerine, serbest haldeki elektron bulutlarını inceleyebilmekteyiz. Bunun da en kolay yolu, örneğin ayna gibi cisimlerdeki metalik yüzeylere bakmaktır. Metal dediğimiz şey, kristal ızgara (crystal lattice) düzenindeki atomlardan oluşmaktadır. Her ne kadar metalik yüzeylerdeki elektronların çoğu bir atoma bağımlı olsa da, özellikle en dış katmanda bulunan elektronlar bu kristal ızgara yapı içerisinde ve etrafında özgürce dolaşabilmektedir. Bu durumda, ayna örneğinden de görebileceğiniz gibi, bu yüzeylere düşen ışık aynı renkte geri yansıtılır. Bu durumda elektronların "renk-nötral" yapılar olduğu söylenebilir. Yani elektronun kendisinin bir rengi yoktur; üzerine düşen her neyse onu geri yansıtır.

Bu durumda bir diğer metal olan altının neden sarı olduğunu sorabilirsiniz. Altına "altın" rengini veren şey elektronların "altın" renkte olması değildir. Altına o rengi veren, elektronların özgür halde değil, atomlara bağlı halde bulunuyor olmasıdır. Eğer ki altının elektronlarını söküp alacak olursanız, o elektronların da tıpkı ayna yüzeylerde olduğu gibi renk-nötral yapıda olduğunu görürsünüz. Yani onlar da üzerlerine her ne dalgaboyu düşerse onu yansıtacaklardır. Ancak elektronlar altın atomları içerisinde bulunurken üzerlerine düşen mavi ve etrafındaki dalgaboylarını emer, geri kalanını yansıtır. İşte bu nedenle altın sarımsı bir renkte görülür.