Почему при добавлении лимона, чай становится светлее?

Чай становится светлым в результате окисления.

В данном случае чай, можно сказать, служит индикатором кислотности среды.

В химических лабораториях пользуются индикаторами для определения тех или иных веществ, а большей частью чтобы узнать как раз-таки кислотность среды, потому что от этого свойства зависят и поведение веществ, и характер реакции. Реакция окисления происходит вне зависимости от того, горячий чай или нет. Высокая температура служит катализатором, многократно увеличивая скорость окисления. В том же, что в холодном чае эта реакция также происходит, можно легко убедиться, подождав несколько часов.

Дело в том что лимонная кислота основанная на витамине С осветляет темный цвет чая входя с ним в реакцию, в принципе, лимонная кислота осветляет все на что попадает, например кожу лица (лимонной кислотой выводят родинки и пигментные пятна), по этому удивляться тому что черный чай ответвляется от лимонного сока не приходится.