6.2 Emisie spontană și originea luminii

Acasă ／ Capitolul 6: Domeniul cuantic

I. Un singur mecanism în trei pași: Stocarea energiei → Grupare peste prag → Emitere
Orice „aprindere de lumină” se poate reduce la trei pași:

• Stocare (rezervă de energie).
  În schema „filamente – ocean de energie” a Teoriei Filamentelor de Energie (EFT), atomii, moleculele, solidele și plasma corespund unor configurații de tensiune mai strânse sau mai relaxate. Încălzirea, accelerarea electrică, ciocnirile de fascicule sau reacțiile chimice „ridică” sistemul și depozitează energia ca rezervă de tensiune (stare excitată, accelerată, ionizată etc.).
• Grupare (depășirea „pragului de emisie”).
  Când faza internă intră într-o zonă favorabilă, microperturbațiile cu bandă largă ale oceanului de energie dau un imbold ușor. Sistemul local trece pragul și împachetează rezerva într-o anvelopă coerentă de undă a tensiunii — un pachet de lumină (care, pe traseu, se comportă ca o „undă”).
  Ideea-cheie: gruparea este controlată de prag. Sub prag nu „se scurge pe jumătate”; la prag se formează un pachet întreg. Această discretizare la sursă explică, în parte, de ce lumina apare porționat.
• Emitere și propagare (îndeplinirea „pragului de traseu”).
  Cât de departe ajunge pachetul depinde de pragurile de propagare: dacă anvelopa rămâne coerentă, dacă banda cade într-o fereastră de transparență și dacă orientarea/canalul se potrivesc cu mediul. Dacă da, pachetul călătorește departe; dacă nu, este absorbit, termalizat sau împrăștiat aproape de sursă.
  Când pachetul întâlnește un receptor (electron, moleculă, pixel al detectorului), trebuie să treacă și pragul de închidere pentru a fi contabilizat ca absorbție sau re-emisie — pragul este indivizibil, astfel că și recepția apare „pachet cu pachet”.

Într-o frază: pragul de grupare la sursă stabilește cum se emite; pragul de traseu — cât de departe ajunge; pragul de închidere la receptor — cum este preluat. Această „lanțuire a pragurilor” unește propagarea ondulatorie cu contabilitatea de tip particulă.

II. De ce poate fi „spontană” — emisie chiar fără lumină incidentă

• Stările excitate sunt greu de menținut. Configurația ridicată este „costisitoare” din punctul de vedere al tensiunii; când faza se apropie de o „zonă permisă de emitere”, sistemul tinde natural spre coborâre.
• Oceanul de energie are mereu zgomot de fond. Nu stă niciodată pe loc; microperturbații cu bandă largă „bat la ușă” continuu.
• Un „ciocănit” la prag declanșează emiterea. Când faza se aliniază și apare un mic imbold, pragul este depășit, iar pachetul de lumină este grupat și emis.
• Emisia stimulată doar coboară pragul. Un val extern, aflat în aceeași fază, reduce pragul de emitere și blochează în fază mai multe emiteri (laser).

Prin urmare, emisia spontană rezultă din coincidența excitației + zgomotului de fond + pragului de emitere, nu din „magie din nimic”.

III. Principalele „moduri de apariție a luminii” (grupate după cauză fizică)
Fiecare clasă urmează aceeași succesiune — stochează – grupează – emite —, dar diferă prin originea rezervei, felul în care se depășește pragul și canalul ales:

1. Emisie liniară (coborârea nivelurilor în atomi/molecule):
   • Rezervă: configurații electronice ridicate (excitație sau recaptură după ionizare).
   • Grupare: faza intră în zona de emitere; zgomotul de fond împinge peste prag; anvelopă coerentă este expulzată; frecvența este fixată de „ritmul intern”.
   • Emisie: aproape izotropă; lățimea de linie este determinată de durata de viață (mai scurtă → mai lată) și de rugozitatea mediului (ciocniri, neomogenități de câmp).
   • Lumina întârziată (fluorescență/fosforescență): dacă sistemul rămâne într-o stare metastabilă, „ușa” se deschide târziu; apar întârziere sau competiție între canale înaintea emiterii.
2. Radiație termică (corp negru și aproape corp negru):
   • Rezervă: nenumărate microprocese din straturile de suprafață schimbă continuu energie.
   • Grupare: nenumărate pachete mici sunt reprocesate repetat la marginile rugoase și „înnegresc”, astfel că evenimentele discrete se mediează statistic.
   • Emisie: forma spectrului este stabilită de temperatură; aproape izotropă; coerență scăzută, dar emisivitatea și polarizarea reflectă tensiunea și rugozitatea suprafeței.
3. Radiație de la sarcini accelerate (sinchrotron/curbură și bremsstrahlung):
   • Sinchrotron/curbură: fascicule încărcate sunt „forțate să vireze” de câmpul magnetic sau pe o traiectorie curbată; peisajul de tensiune este rescris continuu și pachete sunt „vărsate” — puternic direcționate, puternic polarizate, cu bandă largă.
   • Bremsstrahlung: decelerarea bruscă într-un câmp Coulomb puternic schimbă abrupt peisajul; apare un pachet cu bandă largă, mai ales în materiale dense și cu număr atomic mare.
4. Recombinare/recaptură (electron liber care cade în „buzunarul” ionului):
   • Rezervă: ionul capturează un electron, mutând sistemul din „costisitor” în „mai economic”.
   • Grupare: diferența de energie depășește pragul → este emis un pachet.
   • Emisie: serii de linii clar conturate — „reclama neon” clasică a nebuloaselor/plasmei.
5. Radiație de anihilare (perechi opuse care se „desnoadă”):
   • Rezervă: perechi stabile cu orientări opuse se întâlnesc și dezleagă filamentele.
   • Grupare → Emisie: aproape toată rezerva devine două sau mai multe pachete opuse (îngust-bandă, direcționate perechi), de pildă perechea de fotoni ~0,511 MeV.
6. Radiație Cerenkov (conul vitezei de fază):
   • Rezervă: o sarcină se mișcă într-un mediu mai repede decât viteza de fază a acelui mediu.
   • Grupare → Emisie: de-a lungul suprafeței conului faza este „sfâșiată” continuu și se formează o strălucire albastră; unghiul conului este determinat de viteza de fază a mediului.
   • Canal: caz special în care pragul de traseu rămâne în regim supra-viteză-de-fază.
7. Procese neliniare și mixaj (conversie de frecvență, sumă/diferență de frecvențe, Raman):
   • Rezervă: un câmp optic extern furnizează energie; neliniaritatea mediului o redistribuie.
   • Grupare → Emisie: când potrivirea de fază și canalul sunt îndeplinite, se formează un pachet la o frecvență nouă (stimulat sau spontan), cu direcție și coerență stabilite de geometrie și de tensiunea materialului.

IV. Trei „aspecte vizibile” determinate de structura de bază: lățime de linie, direcționalitate, coerență

• Lățime de linie. O durată de viață mai scurtă → mai puțin timp pentru „fixarea frecvenței” → linie mai lată; cu cât mediul este mai „zgomotos” (ciocniri, câmpuri rugoase), cu atât decoerența este mai puternică → linia se lărgește.
• Direcționalitate/Polarizare. Sunt stabilite de geometria din apropierea sursei și de gradientele de tensiune. Atomii liberi emit spontan aproape izotrop; în apropierea câmpurilor magnetice/canalele de colimare/interfețelor, radiația devine puternic direcționată și puternic polarizată.
• Coerență. O emisie singulară este intrinsec coerentă; reprocesarea repetată conduce spre lumină termică cu coerență scăzută; cu emisie stimulată și blocare de fază, coerența poate deveni foarte ridicată (laser).

V. Nu fiecare perturbație devine „lumină de lungă rază”: pragurile de propagare filtrează

• Coerență insuficientă: anvelopa se destramă la sursă și nu se formează „unda grupată”.
• Fereastră greșită: banda cade într-o zonă de absorbție puternică și este înghițită aproape de sursă.
• Canal nepotrivit: lipsește un coridor de impedanță joasă sau orientarea nu se potrivește; energia se disipă rapid.

Lumina care călătorește departe îndeplinește mereu trei condiții: anvelopă suficient de intactă, fereastra corectă de transparență și canal compatibil. Majoritatea celorlalte perturbații „bolborosesc” doar în câmpul apropiat.

VI. Corelarea cu teoriile existente

• Coeficienții lui Einstein pentru emisii spontane/stimulate. Teoria Filamentelor de Energie concretizează „probabilitatea spontană” ca ciocănit al zgomotului + prag de emitere, iar „stimulatul” ca blocare de fază + coborâre a pragului.
• Electrodinamica cuantică (QED). QED tratează lumina ca cuante ale câmpului și calculează interacțiile cu precizie. Teoria Filamentelor de Energie oferă o explicație material–geometrică prin lanțul praguri de grupare → praguri de traseu → praguri de închidere: de ce emisia este discretă, de ce propagarea reușește și de ce detecția apare porționat.
• Electrodinamica clasică („o sarcină accelerată radiază”). În limbajul Teoriei Filamentelor de Energie, un peisaj de tensiune rescris continuu grupează și emite radiație în mod continuu.

VII. Pe scurt

• Emisia spontană apare când o stare excitată, împinsă ușor de zgomotul oceanului de energie, depășește pragul de emitere și leagă rezerva într-un pachet.
• De ce lumina vine „în pachete”: din discretizarea dublă dată de pragul de grupare la sursă și pragul de închidere la receptor.
• De unde vine lumina: emisie liniară, radiație termică, sinchrotron/curbură și bremsstrahlung, recombinare, anihilare, Cerenkov și conversie neliniară — „stiluri de servire” diferite ale aceluiași mecanism în trei pași.
• Lățime de linie – direcție – coerență sunt stabilite împreună de durata de viață/mediu și geometrie/tensiune.
• Nu fiecare perturbație devine lumină de cursă lungă: sunt necesare anvelopă intactă, fereastră potrivită și canal compatibil.

Fraza de închidere: Lumina este o undă grupată în oceanul de energie; discretizarea se naște din praguri; sursa dă culoarea, traseul dă forma, iar receptorul decide preluarea.