6.2 Spontan emission och ljusets ursprung

Hem ／ Kapitel 6: Kvantdomänen

I. En enda mekanism i tre steg: Energilagring → Klustring över tröskel → Utsändning
Varje händelse där något ”släpper ut ljus” kan komprimeras till tre steg:

• Lagra (energiförråd).
  I bilden av ”filament – energihav” inom Teorin om energifilament (EFT) motsvarar atomer, molekyler, fasta ämnen och plasma stramare eller lösare spänningskonfigurationer. Vid upphettning, elektrisk acceleration, strålkollisioner eller kemiska reaktioner ”höjs” systemet och lagrar energi som ett spänningsförråd (exciterat tillstånd, accelererat tillstånd, joniserat tillstånd osv.).
• Klustra (passera ”emissions­tröskeln”).
  När den interna fasen når ett gynnsamt intervall ger energihavets bredbandiga bakgrundsstörningar en lätt knuff. Det lokala systemet passerar tröskeln och packar förrådet i ett koherent spänningsvågsomslag – ett ljuspaket (som under färden uppträder som ”våg”).
  Kärnpunkt: klustring är tröskelstyrd. Under tröskeln ”sipprar” inget i halvportioner; vid tröskeln bildas ett helt paket. Denna diskretion på källsidan är en orsak till att ljus kommer i kvanta.
• Sända ut och fortplanta (uppfylla ”bantröskeln”).
  Hur långt paketet når avgörs av fortplantningströsklar: om omslaget förblir koherent, om bandet ligger i ett transparensfönster och om orientering/kanal matchar mediet. Om ja färdas det långt; annars absorberas, termaliseras eller sprids det nära källan.
  När paketet möter en mottagare (elektron, molekyl, detektorpixel) måste det också passera en sluttröskel för att räknas som absorption eller återemission – tröskeln är odelbar, därför syns även mottagningen ”paket för paket”.

I en mening: källans klustringströskel bestämmer hur det sänds ut; bantröskeln hur långt det går; mottagarens sluttröskel hur det tas emot. Denna ”tröskelkedja” förenar vågfortplantning med partikelvis bokföring.

II. Varför det kan vara ”spontant” – emission även utan infallande ljus

• Exciterade tillstånd är svåra att upprätthålla. Den upphöjda konfigurationen är mer ”arbetskrävande” i spänningshänseende; när fasen närmar sig en ”tillåten utsläpps­zon” söker systemet naturligt nedförsbacke.
• Energihavet har alltid bakgrundsbrus. Det står aldrig still; bredbandiga mikrostörningar ”knackar på dörren” fortlöpande.
• En träff på tröskeln triggar utsändning. När fas och liten knuff sammanfaller passeras tröskeln och ett ljuspaket packas och släpps ut.
• Stimulerad emission sänker bara tröskeln. En extern våg i samma fas sänker emissionströskeln och faslåser flera utsändningar (laser).

Därför uppstår spontan emission genom samverkan mellan excitation + bakgrundsbrus + emissionströskel, inte genom ”magi ur intet”.

III. Huvudsakliga ”sätt som ljus uppstår” (grupperade efter fysisk orsak)
Varje klass följer samma tre steg – lagra – klustra – sända – men skiljer sig åt i var förrådet kommer från, hur tröskeln passeras och vilken kanal som används:

1. Linjär emission (nivåfall i atomer/molekyler):
   • Förråd: elektronkonfigurationer höjs (excitation eller återfångst efter jonisering).
   • Klustring: fasen går in i utsläpps­zonen; bakgrundsbrus puttar över tröskeln; ett koherent omslag skjuts ut; frekvensen låses av den ”interna rytmen”.
   • Utsändning: nästan isotrop; linjebredd styrs av livslängd (kortare → bredare) och miljö­ojämlikhet (kollisioner, fält­ojämnheter).
   • Fördröjt ljus (fluorescens/fosforescens): metastabila tillstånd gör att ”dörren” öppnas sent; fördröjning eller kanal­konkurrens kan uppträda före utsändning.
2. Värmestrålning (svartkropp och nära svartkropp):
   • Förråd: otaliga mikroprocesser i ytskikt byter ständigt energi.
   • Klustring: oräkneliga småpaket reprocessas vid grova gränser och ”svärtas”, så att diskreta händelser medelvärdesbildas statistiskt.
   • Utsändning: spektrums form bestäms av temperatur; nära isotrop; låg koherens, men emissivitet och polarisering speglar ytspänning och råhet.
3. Strålning från accelererade laddningar (synkrotron/krökningsstrålning och bromsstrålning):
   • Synkrotron/krökning: laddade strålar ”tvingas svänga” av magnetfält eller krökt bana; spänningslandskapet skrivs om kontinuerligt och paket ”hälls ut” – starkt riktat, starkt polariserat, bredbandigt.
   • Bromsstrålning (bremsstrahlung): abrupt inbromsning i starkt Coulombfält ändrar landskapet tvärt; ett bredbandigt paket uppstår, särskilt i täta material med högt atomnummer.
4. Rekombination/återfångst (fritt elektron faller i jonens ”ficka”):
   • Förråd: jonen fångar elektronen och flyttar systemet från ”kostsamt” till ”mer ekonomiskt”.
   • Klustring: energiskillnaden passerar tröskeln → ett paket sänds ut.
   • Utsändning: tydliga linjeserier – nebulosors/plasmas klassiska ”neonskylt”.
5. Annihilationsstrålning (motsatta par som ”lösgörs”):
   • Förråd: stabila par med motsatt orientering möts och löser upp filament.
   • Klustring → utsändning: nästan hela förrådet blir två eller flera motriktade paket (smalbandiga, parvis riktade), som fotonparet kring ~0,511 MeV.
6. Cerenkovstrålning (fas­hastighetens kon):
   • Förråd: en laddning rör sig i ett medium snabbare än mediets fas­hastighet.
   • Klustring → utsändning: längs konens yta ”slits” fasen kontinuerligt och en blåaktig glöd bildas; konvinkeln bestäms av mediets fas­hastighet.
   • Kanal: specialfall där bantröskeln hålls i supra-fas­hastighets­regim.
7. Icke-linjära processer och blandning (frekvensomvandling, summa/differens, Raman):
   • Förråd: ett yttre optiskt fält tillför energi; mediets icke-linearitet omfördelar den.
   • Klustring → utsändning: när fasmatchning och kanal är uppfyllda bildas ett paket vid ny frekvens (stimulerad eller spontan), med riktning och koherens som styrs av geometri och materialspänning.

IV. Tre ”yttre kännetecken” från grundnivån: linjebredd, riktning, koherens

• Linjebredd: kortare livslängd → mindre tid att ”sikta in frekvensen” → bredare linje; ju ”stökigare” miljö (kollisioner, ojämna fält), desto starkare dekoherens → linjen breddas.
• Riktning/Polarisering: bestäms av geometri nära källan och spänningsgradienter. Fria atomers spontana emission är nästan isotrop; nära magnetfält/kolimeringskanaler/gränsytor blir strålningen starkt riktad och starkt polariserad.
• Koherens: en enskild utsändning är i grunden koherent; upprepad omarbetning driver mot termiskt ljus med låg koherens; vid stimulerad, faslåst emission kan koherensen bli mycket hög (laser).

V. Inte varje störning blir ”långräckviddigt ljus”: fortplantningströsklar filtrerar

• Otillräcklig koherens: omslaget spricker vid källan och någon ”klustrad våg” bildas inte.
• Fel fönster: bandet hamnar i starkt absorptionsområde och slukas nära källan.
• Kanal­mismatch: ingen lågimpedans­korridor eller fel orientering, energin dissiperas snabbt.

Ljus som färdas långt uppfyller alltid tre villkor: ett tillräckligt intakt omslag, rätt transparensfönster och matchad kanal. De flesta övriga störningar ”bubblar” bara i närfältet.

VI. Spegling mot etablerade teorier

• Einsteins koefficienter för spontan/stimulerad emission. Teorin om energifilament gör den ”spontana sannolikheten” konkret som bakgrundsknack + emissionströskel och den ”stimulerade” som faslåsning + sänkt tröskel.
• Kvant­elektrodynamik (QED). Kvant­elektrodynamik beskriver ljus som fältkvanta och beräknar växelverkningar exakt. Teorin om energifilament ger en materiell-geometrisk förklaring via kedjan klustringströsklar → bantrösklar → sluttrösklar: varför emissionen är diskret, varför fortplantningen lyckas och varför detektionen sker paketvis.
• Klassisk elektrodynamik (”accelererad laddning strålar”). I teorins språk: ett spänningslandskap som ständigt skrivs om klustrar och sänder ut strålning kontinuerligt.

VII. Sammanfattningsvis

• Spontan emission inträffar när ett exciterat tillstånd, lätt knuffat av energihavets bakgrundsbrus, passerar emissionströskeln och binder förrådet till ett paket.
• Varför ljus kommer ”paketvis”: dubbel diskretion från källans klustringströskel och mottagarens sluttröskel.
• Var ljus kommer ifrån: linjär emission, värmestrålning, synkrotron/kröknings- och bromsstrålning, rekombination, annihilation, Cerenkov samt icke-linjär omvandling – olika ”serveringsstilar” av samma trestegs­mekanism.
• Linjebredd – riktning – koherens bestäms tillsammans av livslängd/miljö och geometri/spänning.
• Inte varje störning blir långräckviddigt ljus: intakt omslag, rätt fönster och matchad kanal krävs alla tre.

Avslutande mening: Ljus är en klustrad våg i energihavet; diskretion uppstår ur trösklar; källan sätter färgen, banan formar gestalten och mottagaren avgör upptaget.