6.2 Emisja spontaniczna i pochodzenie światła

Strona główna ／ Rozdział 6: Domena kwantowa

I. Jeden mechanizm w trzech krokach: Gromadzenie energii → Grupowanie powyżej progu → Wypromieniowanie
Każde „zabłyśnięcie” można streścić w trzech krokach:

• Gromadzenie (zapas energii).
  W obrazie „włókna–morze energii” Teorii Włókien Energii (EFT) atomy, cząsteczki, ciała stałe i plazma odpowiadają bardziej lub mniej napiętym konfiguracjom. Pod wpływem ogrzewania, przyspieszania w polu elektrycznym, zderzeń wiązek lub reakcji chemicznych układ zostaje „podniesiony” i odkłada energię jako zapas napięcia (stan wzbudzony, przyspieszony, zjonizowany itp.).
• Grupowanie (przekroczenie „progu emisji”).
  Gdy faza wewnętrzna wejdzie w sprzyjający zakres, szerokopasmowe mikrozaburzenia morza energii dają lekki impuls. Układ lokalny przekracza próg i pakuje zapas w spójny obwiedniowy fałd napięcia — pakiet światła (który w drodze zachowuje się jak „fala”).
  Sedno: grupowanie jest progowe. Poniżej progu nic nie „przecieka po trochu”; na progu powstaje cały pakiet. Ta dyskretyzacja po stronie źródła jest jedną z przyczyn, że światło występuje porcjami.
• Wypromieniowanie i propagacja (spełnienie „progu ścieżki”).
  Jak daleko dotrze pakiet, zależy od progów propagacji: czy obwiednia zachowuje spójność, czy pasmo mieści się w oknie przezroczystości oraz czy orientacja/kanał pasują do ośrodka. Jeśli tak — leci daleko; jeśli nie — zostaje w pobliżu źródła pochłonięty, ztermalizowany lub rozproszony.
  Gdy pakiet dociera do odbiornika (elektronu, cząsteczki, piksela detektora), musi też przekroczyć próg domknięcia, by zliczyć zdarzenie jako absorpcję lub ponowną emisję — próg jest niepodzielny, więc po stronie odbioru również widać porcjowość.

W jednej frazie: próg grupowania przy źródle decyduje „jak emituje”, próg ścieżki — „jak daleko zajdzie”, a próg domknięcia u odbiornika — „jak zostanie przyjęte”. Ta „łańcuchowość progów” łączy falową propagację z cząstkowymi rozrachunkami.

II. Dlaczego może być „spontaniczna” — emisja bez światła padającego z zewnątrz

• Stany wzbudzone trudno utrzymać. Podniesiona konfiguracja jest „kosztowna” w sensie napięcia; gdy faza zbliża się do strefy „można wypuścić”, układ naturalnie schodzi niżej.
• Morze energii ma szum tła. Nigdy nie jest bezruchu; szerokopasmowe mikropobudzenia nieustannie „pukają do drzwi”.
• Puknięcie w próg uruchamia emisję. Zgranie fazy i drobny impuls powodują przekroczenie progu, a pakiet światła zostaje zebrany i wypuszczony.
• Emisja wymuszona tylko obniża próg. Zewnętrzna fala w zgodnej fazie obniża próg i zatrzaskuje fazę wielu emisji (laser).

Dlatego emisja spontaniczna wynika ze zgrania wzbudzenia + szumu tła + progu emisji, a nie z „magii z niczego”.

III. Główne „sposoby powstawania światła” (według przyczyny fizycznej)
Każda klasa podąża tym samym trybem — gromadzenie – grupowanie – emisja — różnią się jednak pochodzeniem zapasu, sposobem przekroczenia progu i wybranym kanałem:

1. Emisja liniowa (schodzenie poziomów w atomach/cząsteczkach):
   • Zapas: podniesione konfiguracje elektronowe (wzbudzenie, bądź wychwycenie po jonizacji).
   • Grupowanie: faza wchodzi w strefę emisji; szum tła popycha przez próg; wyskakuje spójna obwiednia; częstotliwość ustala „rytm wewnętrzny”.
   • Emisja: niemal izotropowa; szerokość linii określają czas życia (krótszy → szersza) oraz chropowatość otoczenia (zderzenia, ziarnistość pola).
   • Opóźnione świecenie (fluorescencja/fosforescencja): stan metastabilny „otwiera drzwi” z opóźnieniem; pojawia się zwłoka lub konkurencja kanałów przed emisją.
2. Promieniowanie cieplne (ciało doskonale czarne i bliskie mu):
   • Zapas: niezliczone mikroprocesy w warstwach powierzchniowych nieustannie wymieniają energię.
   • Grupowanie: mnóstwo drobnych pakietów jest wielokrotnie przetwarzanych na chropowatych granicach i „oczernianych”, przez co zdarzenia dyskretne uśredniają się statystycznie.
   • Emisja: kształt widma wyznacza temperatura; niemal izotropowa; niska spójność, ale emisyjność i polaryzacja odzwierciedlają napięcie i chropowatość powierzchni.
3. Promieniowanie od przyspieszonych ładunków (synchrotronowe/krzywizny i hamowania – bremsstrahlung):
   • Synchrotron/krzywizna: wiązki naładowane są „zmuszane do skrętu” przez pole magnetyczne lub krzywą trajektorię; krajobraz napięcia jest stale przepisywany i wyrzuca pakiety — silnie kierunkowe, mocno spolaryzowane, szerokopasmowe.
   • Bremsstrahlung: nagłe hamowanie w silnym polu Coulomba gwałtownie zmienia krajobraz; pojawia się szerokopasmowy pakiet, szczególnie w materiałach gęstych i o wysokim Z.
4. Rekombinacja/wychwyt (swobodny elektron wpada do „kieszeni” jonu):
   • Zapas: jon „łapie” elektron, przenosząc układ z „kosztownego” do „oszczędniejszego”.
   • Grupowanie: różnica energii przekracza próg → wypuszczany jest pakiet.
   • Emisja: wyraźne szeregi linii — klasyczne „neonowe” sygnatury mgławic/plazmy.
5. Promieniowanie anihilacji (przeciwne pary „rozplątują się”):
   • Zapas: stabilne pary o przeciwnych orientacjach spotykają się i rozwiązują włókna.
   • Grupowanie → Emisja: niemal cały zapas przechodzi w dwa lub więcej pakietów przeciwbieżnych (wąskopasmowych, parami kierunkowych), jak para fotonów ~0,511 MeV.
6. Promieniowanie Czerenkowa (stożek prędkości fazowej):
   • Zapas: ładunek porusza się w ośrodku szybciej niż prędkość fazowa tego ośrodka.
   • Grupowanie → Emisja: wzdłuż powierzchni stożka faza jest ciągle „rozrywana” i powstaje niebieskawa poświata; kąt stożka wyznacza prędkość fazowa ośrodka.
   • Kanał: przypadek, gdy próg ścieżki jest utrzymany w reżimie nadfazowym.
7. Nieliniowość i mieszanie (konwersja częstotliwości, suma/różnica, Raman):
   • Zapas: zewnętrzne pole optyczne dostarcza energii; nieliniowość ośrodka redystrybuuje ją.
   • Grupowanie → Emisja: gdy spełnione są dopasowanie fazy i właściwy kanał, powstaje pakiet o nowej częstotliwości (wymuszony lub spontaniczny), o kierunkowości i spójności zależnych od geometrii i napięcia materiału.

IV. Trzy „cechy zewnętrzne” wywiedzione z podstaw: szerokość linii, kierunkowość, spójność

• Szerokość linii: krótszy czas życia → mniej czasu na „dostrojenie częstotliwości” → linia szersza; im „głośniejsze” otoczenie (zderzenia, szorstkie pola), tym silniejsza dekoherencja → linia jeszcze szersza.
• Kierunkowość/Polaryzacja: wyznaczają je geometria blisko źródła i gradienty napięcia. Swobodne atomy emitują spontanicznie niemal izotropowo; w pobliżu pól magnetycznych/kanałów kolimacji/interfejsów emisja staje się silnie kierunkowa i mocno spolaryzowana.
• Spójność: pojedynczy akt emisji jest z natury spójny; wielokrotne przetwarzanie prowadzi do światła cieplnego o niskiej spójności; przy emisji wymuszonej, z zatrzaśniętą fazą, spójność może być bardzo wysoka (laser).

V. Nie każde zaburzenie staje się „światłem dalekiego zasięgu”: progi propagacji filtrują

• Niedostateczna spójność: obwiednia rozpada się przy źródle i nie tworzy się „zgrupowana fala”.
• Złe okno: pasmo wpada w silnie absorbujący obszar i zostaje pochłonięte blisko źródła.
• Niedopasowany kanał: brak korytarza o niskiej impedancji lub nie ten kierunek — energia szybko się rozprasza.

Światło, które dociera daleko, spełnia trzy warunki naraz: dostatecznie nienaruszoną obwiednię, właściwe okno przezroczystości i dopasowany kanał. Większość pozostałych zaburzeń „bąbli” tylko w polu bliskim.

VI. Odniesienia do istniejących teorii

• Współczynniki emisji spontanicznej/wymuszonej Einsteina. Teoria Włókien Energii urzeczowia „prawdopodobieństwo spontaniczne” jako pukanie szumu + próg emisji, a „wymuszenie” jako zatrzaśnięcie fazy + obniżenie progu.
• Elektrodynamika kwantowa (QED). QED traktuje światło jako kwanty pola i precyzyjnie liczy oddziaływania. Teoria Włókien Energii daje materiałowo-geometryczne wyjaśnienie poprzez progi grupowania → progi ścieżki → progi domknięcia: czemu emisja jest dyskretna, czemu propagacja się udaje i czemu detekcja zachodzi porcjami.
• Elektrodynamika klasyczna („przyspieszony ładunek promieniuje”). W języku Teorii Włókien Energii ciągle przepisywany krajobraz napięcia ciągle grupuje i wypromieniowuje promieniowanie.

VII. Podsumowując

• Emisja spontaniczna zachodzi, gdy stan wzbudzony, lekko popchnięty szumem morza energii, przekracza próg emisji i wiąże zapas w pakiet.
• Dlaczego światło przychodzi „porcjami”: podwójna dyskretyzacja — próg grupowania u źródła oraz próg domknięcia u odbiornika.
• Skąd bierze się światło: emisja liniowa, promieniowanie cieplne, synchrotron/krzywizna i bremsstrahlung, rekombinacja, anihilacja, Czerenkow oraz nieliniowa konwersja — różne „sposoby podania” tego samego mechanizmu trzech kroków.
• Szerokość linii – kierunek – spójność współdecydują czas życia/otoczenie oraz geometria/napięcie.
• Nie każde zaburzenie staje się światłem dalekiego zasięgu: konieczne są nienaruszona obwiednia, właściwe okno i dopasowany kanał.

Zdanie końcowe: Światło to zgrupowana fala w morzu energii; dyskretyzacja rodzi się z progów; źródło nadaje barwę, droga kształt, a odbiornik przesądza o przyjęciu.