6.2 Spontan emisjon og lysets opprinnelse

Hjem ／ Kapittel 6: Kvantedomenet (V5.05)

I. Én mekanisme i tre trinn: Lagring av energi → Klyngedannelse over terskel → Utsendelse
Enhver hendelse der noe “avgir lys” kan kondenseres til tre trinn:

• Lagring (energilager).
  I “filament–energihav”-bildet til Teori om energifilamenter (EFT) svarer atomer, molekyler, faste stoffer og plasma til strammere eller løsere spenningskonfigurasjoner. Ved oppvarming, elektrisk akselerasjon, bjelkekollisjoner eller kjemiske reaksjoner “løftes” systemet og lagrer energi som spenningslager (eksitert tilstand, akselerert tilstand, ionisert tilstand osv.).
• Klyngedannelse (krysse “utslippsterskelen”).
  Når den interne fasen kommer inn i et gunstig område, gir bredbåndet bakgrunnsuro i energihavet et lite puff. Det lokale systemet passerer terskelen og pakker lageret til et koherent spennings-omslag — én lyspakke (som underveis arter seg som en “bølge”).
  Kjernen: klyngedannelse styres av terskel. Under terskelen “siver” ingenting halvveis; ved terskelen dannes en hel pakke. Denne diskretiseringen på kildesiden er en grunn til at lys kommer stykkevis.
• Utsendelse og forplantning (møte “baneterskelen”).
  Hvor langt pakken når, avhenger av forplantningsterskler: om omslaget holder kohorensen, om båndet ligger i et transparensvindu, og om orientasjon/kanal passer med mediet. Hvis ja, kan den dra langt; hvis ikke, blir den absorbert, termalisert eller spredt nær kilden.
  Når pakken møter en mottaker (elektron, molekyl, detektorpiksel), må den i tillegg krysse en lukketerskel for å telle som absorbsjon eller re-emisjon — terskelen er udelelig, derfor fremstår mottaket også som “én og én pakke”.

I én setning: kildens klyngeterskel bestemmer hvordan det sendes ut; baneterskelen bestemmer hvor langt det går; mottakerens lukketerskel bestemmer hvordan det tas opp. Denne “terskelkjeden” binder sammen bølgeforplantning og partikkelvis bokføring.

II. Hvorfor det kan være “spontant” — emisjon uten innkommende lys

• Eksiterte tilstander er vanskelige å holde. Den opphevde konfigurasjonen er mer “arbeidskrevende” spenningsmessig; når fasen nærmer seg “kan-slippes-sonen”, søker systemet naturlig nedoverbakke.
• Energihavet har alltid bakgrunnsstøy. Det står aldri stille; bredbåndede mikrostørrelser “banker på døren” hele tiden.
• Treff på terskelen utløser utslipp. Når fase og lite puff faller sammen, krysses terskelen og en lyspakke pakkes og slippes.
• Stimulerth emisjon senker bare terskelen. En utenfra kommende, fase-lik bølge senker utslippsterskelen og fase-låser flere utslipp (laser).

Derfor er spontan emisjon et samspill av eksitasjon + bakgrunnsstøy + utslippsterskel, ikke “magi fra ingenting”.

III. Viktige “måter lys blir til” (etter fysisk årsak)
Alle følger de samme tre trinnene — lagre – klynge – sende ut — men varierer i hvor lageret kommer fra, hvordan terskelen krysses og hvilket kanalvalg som brukes:

1. Linjeemisjon (nivåfall i atomer/molekyler):
   • Lager: elektronkonfigurasjoner løftes (eksitasjon, eller innfangning etter ionisering).
   • Klynging: fasen går inn i slipp-sonen; støyen dytter over terskel; et koherent omslag skytes ut; frekvensen låses av “indre rytme”.
   • Utsendelse: nær isotrop; linjebredde styres av levetid (kortere → bredere) og miljøruhet (kollisjoner, felturo).
   • Forsinket lys (fluorescens/fosforescens): metastabile nivåer gjør at “døren” åpner sent; forsinkelse eller kanal-konkurranse kan komme før utslipp.
2. Termisk stråling (sortlegeme og nær-sortlegeme):
   • Lager: talløse mikroprosesser i overflatelag bytter stadig energi.
   • Klynging: utallige småpakker reprosesseres ved ru grenser og “sotes” svarte, slik at diskrete hendelser statistisk gjennomsnittes.
   • Utsendelse: spektrumsformen settes av temperatur; nær isotrop; lav kohorens, men emisivitet og polarisasjon speiler overflatespenning og ruhet.
3. Stråling fra akselererte ladninger (synkrotron/krumningsstråling og bremsestråling):
   • Synkrotron/krumning: ladningsbunter “tvinges i sving” av magnetfelt eller krum bane; spenningslandskapet omskrives kontinuerlig og pakker kastes ut — sterkt rettet, sterkt polarisert, bredbåndet.
   • Bremsestråling: brå nedbremsing i sterkt Coulomb-felt endrer landskapet skarpt; en bredbåndet pakke oppstår, særlig i tette materialer med høyt atomnummer.
4. Rekombinasjon/innfangning (fritt elektron faller i ionets “lomme”):
   • Lager: ionet fanger elektron og flytter systemet fra “dyrt” til “billigere”.
   • Klynging: energiforskjellen krysser terskel → én pakke slippes.
   • Utsendelse: tydelige linjeserier — klassisk “neon” i tåker/plasma.
5. Annihilasjonsstråling (motsatte par “løses opp”):
   • Lager: stabile, motrettede par møtes og løser filamenter.
   • Klynging → utsendelse: nesten hele lageret blir til to eller flere motgående pakker (smalbåndet, parvis rettet), f.eks. fotonparet på ~0,511 MeV.
6. Cherenkov-stråling (fasehastighets-kjegle):
   • Lager: en ladning beveger seg i et medium raskere enn mediets fasehastighet.
   • Klynging → utsendelse: langs kjegleflaten “rives” fasen kontinuerlig og blå glød dannes; kjeglevinkelen settes av mediets fasehastighet.
   • Kanal: særtilfelle der baneterskelen holdes i supra-fasehastighets-regime.
7. Ikke-linearitet og frekvensmiksing (frekvenskonvertering, sum/differanse, Raman):
   • Lager: et ytre optisk felt forsyner energi; mediets ikke-linearitet fordeler den på nytt.
   • Klynging → utsendelse: når fasematching og riktig kanal er oppfylt, dannes en pakke ved ny frekvens (stimulerth eller spontan), med retning og kohorens bestemt av geometri og materialspenning.

IV. Tre “utseender” fra dypstrukturen: linjebredde, retning, kohorens

• Linjebredde: kortere levetid → mindre tid til å “sikte inn frekvens” → bredere linje; jo mer “støyete” miljø (kollisjoner, ru felt), desto sterkere dekoherens → enda bredere.
• Retning/Polarisasjon: bestemmes av nærkilde-geometri og spenningsgradienter. Frie atomer stråler spontant nær isotrop; nær magnetfelt/kolimeringskanaler/grensesnitt blir strålingen sterkt rettet og kraftig polarisert.
• Kohorens: én enkelt emisjon er i utgangspunktet koherent; mange omganger reprosessering trekker mot termisk lys med lav kohorens; med stimulert, fase-låst emisjon kan kohorensen bli svært høy (laser).

V. Ikke alle forstyrrelser blir “langtrekkende lys”: forplantningsterskler filtrerer

• Utilstrekkelig kohorens: omslaget bryter sammen ved kilden og danner ingen “klyngebølge”.
• Feil vindu: båndet ligger i et sterkt absorpsjonsområde og slukes nær kilden.
• Kanal-mismatch: ingen lavimpedans-korridor eller feil orientering; energi tappes raskt.

Lys som når langt, oppfyller alltid tre krav samtidig: et tilstrekkelig intakt omslag, riktig transparensvindu og matchende kanal. De fleste andre forstyrrelser “bobler” bare i nærfeltet.

VI. Speiling mot etablerte teorier

• Einsteins koeffisienter for spontan/stimulert emisjon. EFT gjør “spontan sannsynlighet” konkret som bakgrunnsbanking + utslippsterskel, og “stimulert” som fase-låsing + terskelsenkning.
• Kvantetelektrodynamikk (QED). QED ser lys som feltkvanta og beregner vekselvirkninger presist. EFT gir en materiell-geometrisk forklaring via klyngeterskler → baneterskler → lukketerskler for hvorfor emisjon er diskret, hvorfor forplantning lykkes, og hvorfor deteksjon skjer pakkevis.
• Klassisk elektrodynamikk (“akselererte ladninger stråler”). I EFT-språk: et spenningslandskap som hele tiden omskrives, klynger og sender kontinuerlig ut stråling.

VII. Oppsummert

• Spontan emisjon oppstår når en eksitert tilstand, lett dyttet av energihavets bakgrunnsstøy, krysser utslippsterskelen og binder lageret til en pakke.
• Hvorfor lys kommer “pakkevis”: dobbel diskretisering fra kildens klyngeterskel og mottakerens lukketerskel.
• Hvor lyset kommer fra: linjeemisjon, termisk stråling, synkrotron/krumnings- og bremsestråling, rekombinasjon, annihilasjon, Cherenkov og ikke-lineær konvertering — ulike “serveringsstiler” av samme tretrinnsmekanisme.
• Linjebredde – retning – kohorens bestemmes i fellesskap av levetid/miljø og geometri/spenning.
• Ikke enhver forstyrrelse blir lys over lange avstander: intakt omslag, riktig vindu og matchende kanal er alle nødvendige.

Avsluttende setning: Lys er en klynget bølge i energihavet; diskretiseringen springer ut av terskler; kilden bestemmer fargen, banen former fasongen, og mottakeren avgjør opptaket.