6.1 Фотоелектричний ефект і комптонівське розсіяння

Головна ／ Розділ 6: Квантова область

У Теорії енергетичних волокон (EFT) світло — це пакет хвиль, збудження тензора, що поширюється у «морі енергії». Збудження стає стабільним пакетом лише після проходження локального тензорного порога; так само приймач поглинає енергію лише тоді, коли його власна структура долає поріг поглинання. Отже, спостережувана «частинкова» поведінка не означає, що світло — це низка дрібних зерен; вона виникає тому, що випромінення і поглинання відбуваються у неподільних порціях, визначених порогами, тоді як шлях між джерелом і приймачем підпорядковується хвильовим законам — поширенню, фазі та інтерференції. Підсумовуючи: хвиля задає маршрут, пороги визначають порцію.

I. Єдиний механізм: три пороги, три дискретні кроки

Повний «прихід і відхід» світла складається з трьох відтинків. Разом вони пояснюють, чому обмін енергією відбувається порціями.

• Поріг у джерелі: поріг формування пакета
  Усередині джерела тензор і фаза накопичуються та еволюціонують. Коли досягається поріг вивільнення, запасена енергія виходить у вигляді когерентної «обгортки» — одного цілого пакета. Нижче порога немає «крапельних витоків»; на порозі випромінення є повним. Тому випуск енергії відбувається порціями.
• Поріг на шляху: поріг поширення
  Енергетичне море не «дає зелене світло» кожному збудженню. Лише збудження з достатньою когерентністю, у межах вікна прозорості частот і узгоджене з каналом малої імпедансії, проходить далеко як стабільний пакет. Решта нагрівається, розсіюється або тоне в фонового шумі біля джерела.
• Поріг у приймачі: поріг замикання
  Детектор або зв’язаний електрон мають пройти через матеріальну браму, щоб поглинання/випромінення вважалося завершеним. Брама неподільна: або нічого не відбувається, або вона замикається на одну повну порцію. Отже, детектування й обмін енергією відбуваються «по одній порції за раз».

Одним реченням: поріг формування робить випромінення дискретним, поріг поширення відсіює те, що дійде далеко, а поріг замикання дискретизує поглинання. Цей ланцюжок порогів поєднує хвильовий рух і «порційний облік» в одній фізичній картині.

II. Два класичні експерименти крізь призму ланцюжка порогів

1. Фотоелектричний ефект: поріг кольору, без очікування, інтенсивність змінює «кількість»
   Історичний штрих: 1887 року Герц помітив, що ультрафіолет підсилює іскроутворення. 1902-го Ленард сформулював три закони: існує поріг кольору (частоти); електрони з’являються миттєво; інтенсивність змінює число електронів, але не енергію кожного. 1905-го Ейнштейн пояснив це через дискретні порції енергії; у 1914–1916 роках Мілікен підтвердив залежності з високою точністю.

Тлумачення в межах Теорії енергетичних волокон:

• Чому «по одному». Дискретність з’являється на обох кінцях: джерело випускає цілі пакети на порозі формування, приймач замикає повну порцію в матеріальній брамі. Шлях є хвильовим; у момент транзакції відбувається порційний підрахунок.
• Інтенсивність змінює «темп», а не «розмір порції». Інтенсивність визначає, скільки пакетів за одиницю часу випускається, тож струм зростає з інтенсивністю; енергія на порцію пов’язана з кольором, а не з інтенсивністю.
• Без помітної затримки. Це не повільне «нарощування»; коли відповідний пакет приходить, транзакція замикається одразу.
• Колір має поріг. Щоб вирватися, зв’язаний електрон має пройти матеріальну браму. «Удар» одного пакета задається ритмом джерела — кольором. Якщо колір надто «червоний», однієї порції не вистачає; збільшення інтенсивності не допомагає.

2. Комптонівське розсіяння: одна порція, один електрон, одна подія
   Історичний штрих: 1923 року Комптон розсіював монохроматичне рентгенівське випромінення на майже вільних електронах і виявив: більший кут дає «червоніше» (нижча частота) розсіяне світло. Він витлумачив це як транзакцію один-до-одного з електроном і здобув Нобелівську премію 1927-го.

Тлумачення в межах Теорії енергетичних волокон:

• Хвилі й далі формують результат. До і після події «обгортка» і фаза підпорядковуються хвильовим законам; дискретність з’являється лише в мить транзакції.
• Дискретні події розсіяння. Брама приймача зумовлює, щоб кожне замикання стосувалося однієї повної порції — без поділу порції між кількома електронами.
• Транзакція однієї порції. Пакет тензорного збудження «фіксується» на електронній підструктурі, здатній відкрити браму, і замикається один-до-одного, віддаючи енергію та імпульс; розсіяне світло зміщується в червону ділянку, а за більших кутів віддається більше енергії.

III. Наслідки ланцюжка порогів: не кожне збудження йде далеко

Чимало «сигналів» згасає в джерелі або застрягає в ближньому полі через поріг поширення:

• Брак когерентності: «Обгортка» розпадається від народження і не стає стійким пакетом.
• Невдале вікно: Частота потрапляє до сильно поглинальних смуг середовища і гасне на короткій відстані.
• Невідповідний канал: Немає відповідного каналу малої імпедансії або орієнтація не збігається, тож енергія швидко розсіюється.

Далеко проходять лише сигнали, що одночасно виконують три умови: якісне формування пакета, правильне вікно прозорості і узгодження з каналом.

IV. Узгодження з наявними теоріями

• У згоді з квантовою механікою. Теза «енергія кожної дискретної порції масштабується з частотою» залишається чинною. Теорія енергетичних волокон прив’язує походження дискретності до порога формування (джерело) та порога замикання (приймач) без уведення нових сутностей.
• Сумісність із квантовою електродинамікою. Обчислювальна практика, де світло розглядають як кванти поля, лишається повністю придатною. Теорія енергетичних волокон додає відчутну субстратну перспективу: море обмежує поширення й фазу, а волокна і матеріал забезпечують пороги та замикання.
• Послідовність із класичною хвильовою теорією. Інтерференція та дифракція — це хвильові явища. Теорія енергетичних волокон підкреслює: хвиля формує траєкторію, пороги квантують транзакцію — обидві грані істинні водночас.

V. Ключові висновки

• Світло поводиться як пакети хвиль, що в енергетичному морі поширюються та інтерферують за хвильовими законами.
• Дискретність («по одній») походить від порогів: формування пакета в джерелі й замикання у приймачі роблять випромінення та поглинання порційними.
• Фотоелектричний ефект демонструє жорсткий поріг у приймачі: колір визначає, чи пройде порція через браму; інтенсивність змінює лише темп порцій, а не енергію на порцію.
• Комптонівське розсіяння виявляє геометрію одна порція — один електрон: більший кут → більша віддача енергії → сильніше зміщення до червоного.
• Не кожне збудження стає «світлом далекої дії»: далеко йдуть лише пакети, добре сформовані, у правильному вікні та узгоджені з каналом; інші згасають біля джерела.