מאין מגיעים צבעי הקשת של גביש ביסמוט אפור?

כשהגביש החם נחשף לחמצן נוצרת עליו שכבת תחמוצת שעובייה נמדד בסדר גודל של אור נראה. אור מוחזר מן החלק העליון והתחתון של השכבה, ושתי ההחזרות מחזקות צבעים מסוימים ומבטלות אחרים. שינוי קטן בעובי מעביר את הצבע מזהב לכחול, לסגול ולירוק בלי פיגמנט.

כדי להבין למה העובי קובע צבע, שווה לעקוב אחרי קרן בודדת. היא פוגעת בשכבת התחמוצת, וחלק ממנה מוחזר מיד מן המשטח העליון. החלק שנכנס פנימה ממשיך עד גבול המתכת ומוחזר גם הוא. שתי ההחזרות יוצאות אל העין, אבל השנייה עברה דרך ארוכה יותר: פעמיים את עובי השכבה.

ההפרש הזה בדרך הוא כל הסיפור. אם הוא מסתדר בדיוק עם אורך הגל של צבע מסוים, שתי ההחזרות יוצאות באותה פאזה ומחזקות זו את זו, והצבע הזה בוהק. אם ההפרש נופל באמצע, הן מבטלות זו את זו והצבע נעלם מן ההחזרה. בשכבה אחת ויחידה זה קורה לכל הצבעים במקביל, כל אחד לפי אורך הגל שלו.

לכן די בשינוי של עשרות ננומטרים בעובי כדי להזיז את הגוון מזהב לארגמן ומשם לכחול. בגביש ביסמוט העובי אינו אחיד, כי הקצוות התקררו ונחשפו לחמצן אחרת מן המרכז, ומכאן המדרגות הצבעוניות. אותו מנגנון בדיוק צובע בועת סבון וכתם דלק על אספלט, ובשלושתם אין שום פיגמנט.

הראיה הפשוטה לכך שזה אינו צבע של החומר: מלטשים את השכבה והמתכת חוזרת להיות אפורה־כסופה. הצבע לא היה בביסמוט מעולם, אלא באור שהתאבך על פניו.