6.2 Phát xạ tự phát và nguồn gốc của ánh sáng

Trang chủ ／ Chương 6: Miền lượng tử (V5.05)

I. Một cơ chế duy nhất gồm ba bước: Tích trữ năng lượng → Kết gói vượt ngưỡng → Phát ra
Bất kỳ lần “phát sáng” nào cũng có thể nén lại thành ba bước:

• Tích trữ (có “kho” năng lượng).
  Trong bức tranh sợi và biển năng lượng của Lý thuyết Sợi Năng lượng (EFT), nguyên tử, phân tử, chất rắn và plasma tương ứng với những cấu hình căng—chùng khác nhau của “địa hình” sức căng. Khi bị nung nóng, gia tốc bằng điện trường, va chạm chùm hạt, hay phản ứng hóa học, hệ sẽ được “nâng cao” và tạm cất năng lượng dưới dạng tồn kho sức căng (trạng thái kích thích, trạng thái gia tốc, trạng thái ion hóa…).
• Kết gói (vượt “ngưỡng phát”).
  Khi pha nội tại tiến vào vùng thuận, các nhiễu nền rộng phổ của biển năng lượng sẽ “gõ cửa” nhẹ, giúp hệ cục bộ vượt qua ngưỡng phát và gom tồn kho thành một bao gói gợn căng nhất quán—tức một gói ánh sáng (trên đường đi biểu hiện như “sóng”).
  Điểm mấu chốt: kết gói là hiện tượng có ngưỡng. Dưới ngưỡng thì không “rỉ ra nửa chừng”; chạm ngưỡng là trọn một gói. Sự rời rạc ở phía nguồn này là một căn nguyên khiến ánh sáng xuất hiện từng gói.
• Phát ra và truyền đi (đạt “ngưỡng lộ trình”).
  Sau khi phát, gói đi xa hay không phụ thuộc các ngưỡng truyền: mức độ nhất quán của bao gói, dải tần có nằm trong cửa sổ trong suốt không, và hướng/kênh có khớp môi trường không. Đủ điều kiện thì đi xa; nếu không, nó sẽ bị hấp thụ, nhiệt hóa, hoặc tán xạ gần nguồn.
  Khi gói gặp bộ nhận (electron, phân tử, điểm ảnh cảm biến), nó còn phải vượt ngưỡng đóng nhận thì mới tính là hấp thụ hay tái phát. Vì ngưỡng này bất khả phân, phía nhận cũng biểu hiện theo từng gói.

Tóm lại: ngưỡng kết gói ở phía nguồn quyết định “phát ra thế nào”; ngưỡng lộ trình quyết định “đi xa đến đâu”; ngưỡng đóng nhận ở phía thu quyết định “nhận thế nào”. Chuỗi “ngưỡng” này nối liền truyền sóng với ghi sổ kiểu hạt.

II. Vì sao có thể “tự phát” — phát sáng ngay cả khi không có ánh sáng tới

• Trạng thái kích thích khó duy trì. Cấu hình bị nâng cao về nghĩa sức căng là “tốn lực” hơn; khi pha nội tại tiệm cận vùng có thể phát, hệ tự tìm dốc đi xuống.
• Biển năng lượng luôn có nhiễu nền. Nó không bao giờ đứng yên; các vi-nhiễu rộng phổ liên tục “gõ cửa”.
• Gõ trúng ngưỡng thì phát. Khi pha đúng nhịp và có cú hích nhỏ, ngưỡng phát bị vượt, một gói ánh sáng được kết và tống ra.
• Phát xạ kích thích chỉ là hạ thấp ngưỡng. Trường ngoài đồng pha làm hạ ngưỡng phát và khóa pha nhiều lần phát cho cùng đội hình (laser).

Vì vậy, phát xạ tự phát là kết quả của trạng thái kích thích + nhiễu nền + ngưỡng phát cùng lúc ăn khớp, chứ không phải “phép màu từ hư vô”.

III. Những “nguồn phát ánh sáng” chủ yếu (theo cơ chế vật lý)
Mỗi loại đều theo ba bước tích trữ – kết gói – phát ra, chỉ khác ở kho năng lượng đến từ đâu, vượt ngưỡng bằng cách nào, và chọn kênh nào:

1. Phát xạ vạch (hạ mức trong nguyên tử/phân tử):
   • Kho: cấu hình electron được nâng (kích thích, hoặc tái bắt sau ion hóa).
   • Kết gói: pha tiến vào vùng có thể phát; nhiễu nền đẩy qua ngưỡng; bao gói nhất quán bật ra; tần số cố định bởi “nhịp nội tại”.
   • Phát ra: gần đẳng hướng; độ rộng vạch do tuổi thọ mức (ngắn → rộng) và do nhiễu môi trường (va chạm, độ “thô” của trường) quyết định.
   • Chậm trễ (huỳnh quang/lân quang): nếu kẹt ở trạng thái siêu bền, “cửa” mở trễ; có thể trì hoãn hoặc cạnh tranh kênh rồi mới phát.
2. Bức xạ nhiệt (vật đen và gần vật đen):
   • Kho: vô số vi-quá trình trên bề mặt liên tục trao đổi năng lượng.
   • Kết gói: vô vàn gói nhỏ được tái xử lý lặp đi lặp lại tại biên thô ráp và “bị ám đen”, bình quân hóa các phần rời rạc.
   • Phát ra: phổ do nhiệt độ định hình; hướng gần đẳng hướng; tính nhất quán thấp—nhưng suất phát xạ và phân cực vẫn phản ánh sức căng bề mặt và độ nhám.
3. Bức xạ do hạt mang điện gia tốc (synchrotron/độ cong, và hãm bremsstrahlung):
   • Synchrotron/độ cong: chùm hạt mang điện bị bẻ cong bởi từ trường hay quỹ đạo cong, liên tục viết lại địa hình sức căng và dội ra các gói—định hướng mạnh, phân cực mạnh, phổ rộng.
   • Bremsstrahlung: giảm tốc đột ngột trong trường Coulomb mạnh làm địa hình sức căng đổi gắt; một gói phổ rộng bật ra, nổi trội trong vật liệu dày đặc và nguyên tử số cao.
4. Tái hợp/bắt giữ (electron tự do rơi vào “túi” ion):
   • Kho: ion “túi” bắt electron, đẩy hệ từ trạng thái “tốn lực” về “tiết kiệm”.
   • Kết gói: chênh năng vượt ngưỡng → phát một gói.
   • Phát ra: chuỗi vạch rõ ràng—“đèn neon” kinh điển của tinh vân/plasma.
5. Hủy cặp (cặp đối ngẫu “gỡ nút”):
   • Kho: cặp đối hướng bền vững gặp nhau và tháo sợi.
   • Kết gói → Phát ra: gần như toàn bộ kho thành hai (hoặc nhiều) gói đối hướng (hẹp phổ, đi thành đôi), ví dụ cặp photon ~0.511 MeV.
6. Bức xạ Cherenkov (nón vận tốc pha):
   • Kho: hạt mang điện chạy trong môi trường nhanh hơn vận tốc pha của môi trường đó.
   • Kết gói → Phát ra: “xé pha” liên tục dọc theo mặt nón và kết thành hào quang xanh; góc nón do vận tốc pha của môi trường quyết định.
   • Kênh: trường hợp đặc biệt khi ngưỡng lộ trình được duy trì ở miền siêu vận tốc pha.
7. Phi tuyến và trộn tần (đổi tần, tổng/hiệu tần, Raman):
   • Kho: trường ánh sáng bên ngoài cung cấp năng lượng; tính phi tuyến của môi trường phân bổ lại năng lượng.
   • Kết gói → Phát ra: khi khớp pha và kênh phù hợp, hình thành một gói ở tần số mới (có thể kích thích hoặc tự phát), với hướng và độ nhất quán do hình học và sức căng vật liệu chi phối.

IV. Ba “diện mạo” do tầng sâu quyết định: độ rộng vạch, tính định hướng, độ nhất quán

• Độ rộng vạch: tuổi thọ ngắn → ít thời gian “soi đúng” tần số → vạch rộng hơn; môi trường càng “ồn” (va chạm, trường thô) → khử kết hợp mạnh → vạch càng rộng.
• Định hướng/phân cực: do hình học gần nguồn và gradient sức căng chi phối. Nguyên tử tự do phát xạ tự phát gần đẳng hướng; gần từ trường/kênh chuẩn trực/giao diện, bức xạ trở nên định hướng và phân cực mạnh.
• Độ nhất quán: một lần phát vốn đã nhất quán; nhiều vòng tái xử lý sẽ tiến tới ánh sáng nhiệt kém nhất quán; nếu khóa pha bằng phát xạ kích thích, có thể nâng độ nhất quán lên rất cao (laser).

V. Không phải nhiễu động nào cũng thành “ánh sáng đi xa”: các ngưỡng truyền dẫn sẽ sàng lọc

• Nhất quán không đủ: bao gói vỡ ngay tại nguồn, không hình thành “sóng kết gói”.
• Sai cửa sổ: dải tần rơi vào vùng hấp thụ mạnh và bị nuốt gần nguồn.
• Lệch kênh: không có hành lang trở kháng thấp hoặc hướng không khớp, năng lượng nhanh chóng tiêu tán.

Ánh sáng đi xa phải đồng thời thỏa ba điều: bao gói đủ nguyên vẹn, đúng cửa sổ trong suốt, và kênh phù hợp. Phần lớn nhiễu động khác chỉ “lóe” trong vùng gần nguồn.

VI. Đối chiếu với các lý thuyết hiện có

• Hệ số tự phát/kích thích của Einstein. Lý thuyết Sợi Năng lượng diễn giải “xác suất tự phát” thành nhiễu nền gõ cửa + ngưỡng phát, còn “kích thích” thành khóa pha + hạ ngưỡng.
• Điện động lực học lượng tử (QED). QED xem ánh sáng là lượng tử trường và tính toán tương tác một cách chuẩn xác. Lý thuyết Sợi Năng lượng đưa ra lời giải thích theo vật chất—hình học bằng chuỗi ngưỡng kết gói → ngưỡng lộ trình → ngưỡng đóng nhận cho lý do vì sao phát xạ rời rạc, truyền đi được, và ghi nhận theo từng gói.
• Điện động lực học cổ điển (“hạt tích điện gia tốc thì bức xạ”). Theo ngôn ngữ Lý thuyết Sợi Năng lượng, địa hình sức căng bị viết lại liên tục sẽ liên tục kết gói và phát ra bức xạ.

VII. Tóm lại

• Phát xạ tự phát xảy ra khi một trạng thái kích thích, được nhiễu nền của biển năng lượng hích nhẹ, vượt ngưỡng phát và kết tồn kho thành một gói.
• Vì sao ánh sáng đi theo “từng gói”: do sự rời rạc kép từ ngưỡng kết gói ở nguồn và ngưỡng đóng nhận ở phía thu.
• Ánh sáng đến từ đâu: phát xạ vạch, bức xạ nhiệt, synchrotron/độ cong và bremsstrahlung, tái hợp, hủy cặp, Cherenkov, và chuyển đổi phi tuyến—tất cả đều là các “cách dọn món” khác nhau của cùng một cơ chế ba bước.
• Độ rộng vạch – hướng – độ nhất quán cùng do tuổi thọ/môi trường và hình học/sức căng quyết định.
• Không phải nhiễu động nào cũng thành ánh sáng đường dài: cần bao gói nguyên vẹn, đúng cửa sổ, và kênh khớp.

Một câu chốt: Ánh sáng là sóng kết gói trong biển năng lượng; tính rời rạc nảy sinh từ các ngưỡng. Nguồn định màu, đường đi định dáng, bộ nhận định việc thu.