6.1 Epekto ng Photoelectric at Pagkakalat ni Compton

Home ／ Kabanata 6: Larangan ng Kuwantum

Sa Teorya ng Hiblang Enerhiya (EFT), ang liwanag ay isang bugso ng alon ng kaguluhang tensor na gumagalaw sa “dagat ng enerhiya.” Nagiging matatag na bugso lamang ang kaguluhan kapag nalagpasan nito ang lokal na ambang tensor; gayundin, makakasipsip lang ng enerhiya ang tumatanggap kapag nalagpasan ng estruktura nito ang sariling ambang pagsipsip. Dahil dito, ang nakikitang “pag-uugaling parang butil” ay hindi nangangahulugang ang liwanag ay buhaghag na butil; lumilitaw ito sapagkat ang pagbuga at pagsipsip ay nagaganap sa di-mabibiyak na bahagi na itinatakda ng mga ambang, samantalang ang paglalakbay sa pagitan ng pinagmulan at tumatanggap ay sinusunod ang batas ng alon—paglaganap, yugto, at interperensiya. Sa madaling sabi, ang alon ang nagtatakda ng daan, at ang mga ambang ang nagtatakda ng bahagi.

I. Isang Mekanismo: Tatlong Ambang, Tatlong Hakbang na Diskreto

Ang isang kumpletong “dating at alis” ng liwanag ay may tatlong yugto; magkasamang ipinaliliwanag ng tatlong ambang kung bakit pira-piraso (diskreto) ang palitan ng enerhiya.

• Ambang sa pinagmulan: ambang pagbuo ng bugso
  Sa loob ng pinagmulan, naiipon at umuunlad ang tensor at yugto. Kapag naabot ang ambang paglabas, ang nakuhang enerhiya ay inilalabas bilang magkakaugnay na sobre—isang buong bugso. Sa ibaba ng ambang ay walang “paulit-ulit na tagas”; sa mismong ambang ay buo ang paglabas. Dahil dito, nagiging bahagi-bahagi ang pagbuga.
• Ambang sa daan: ambang paglaganap
  Hindi “pinapadaan” ng dagat ng enerhiya ang bawat kaguluhan. Tanging yaong may sapat na pagkakaugnay, nasa loob ng bintana ng linaw (hanay ng dalas), at umaayon sa daang mababa ang impedansiya ang makalalayo bilang matatag na bugso. Ang iba ay nagiging init, nagkakalat, o nilulubog ng ingay sa paligid ng pinagmulan.
• Ambang sa tumatanggap: ambang pagsasara
  Kailangang malagpasan ng detektor o ng nakagapos na elektron ang tarangkahan ng materyal upang maging ganap ang pagsipsip/paglabas. Ang tarangkahang ito ay di-mabibiyak: alinman sa walang nangyayari, o sumasara ito sa isang buong bahagi. Kaya’t ang pagkatuklas at palitan ng enerhiya ay nagaganap na “tig-isang bahagi kada pagkakataon.”

Buod: Ang ambang pagbuo ng bugso ang nagdidiskreto sa pagbuga; ang ambang paglaganap ang nagsasala kung ano ang makalalayo; at ang ambang pagsasara ang nagdidiskreto sa pagsipsip. Pinag-iisa ng kadena ng mga ambang na ito ang “alon na nagdadala” at ang “pagbibilang na pira-piraso” sa iisang larawan.

II. Dalawang Klasikong Eksperimento sa Ilalim ng Kadena ng mga Ambang

1. Epekto ng photoelectric: may ambang ng kulay, walang paghintay, binabago ng tindi ang “dami”
   Sulyap sa kasaysayan: Noong 1887, napuna ni Hertz na nagpapasiklab ang ulttrabiyoleta. Noong 1902, inilagom ni Lenard ang tatlong batas: may ambang ng kulay (dalas); lumilitaw ang mga elektron nang walang antala; at ang tindi ay nagpapalit ng bilang ng mga elektron ngunit hindi ng enerhiya ng bawat isa. Noong 1905, ipinaliwanag ito ni Einstein sa diskretong bahagi ng enerhiya; noong 1914–1916, kinumpirma ni Millikan nang may mataas na katumpakan.

Pagpapaliwanag ayon sa Teorya ng Hiblang Enerhiya:

• Bakit “isa-isa”: May diskretong hakbang sa magkabilang dulo: buong bugso ang inilalabas sa ambang pagbuo, at buong bahagi ang isinasara sa tarangkahan ng materyal. Alon ang batas sa biyahe; pagbibilang ang batas sa sandali ng transaksiyon.
• Binabago ng tindi ang “bilang kada oras,” hindi ang “laki ng bawat bahagi”: Tinutukoy ng tindi ang ilang bugso sa bawat yunit ng oras, kaya’t tumataas ang agos sa tindi; ngunit ang enerhiya ng bawat bahagi ay nakatali sa kulay, hindi sa tindi.
• Walang nakikitang paghihintay: Hindi ito unti-unting pag-akyat; kapag kwalipikadong bugso ang dumating, agad na nagsasara ang transaksiyon.
• May ambang ang kulay: Upang makawala, dapat malagpasan ng nakagapos na elektron ang tarangkahan ng materyal. Ang “suntok” ng isang bugso ay itinatalaga ng kumpas ng pinagmulan—ang kulay. Kapag sobrang pula, hindi sapat ang isang bahagi; hindi makakatulong ang dagdag na tindi.

2. Pagkakalat ni Compton: isang bahagi, isang elektron, isang salpukan
   Sulyap sa kasaysayan: Noong 1923, pinaulanan ni Compton ng monokromatikong sinag-X ang halos malalayang elektron at natuklasang habang mas malaki ang anggulo, mas pumupula (mas mababang dalas) ang nakakalat na liwanag. Ipinaliwanag niya ito bilang isang transaksiyong isa-sa-isa sa elektron at ginawaran ng Nobel noong 1927.

Pagpapaliwanag ayon sa Teorya ng Hiblang Enerhiya:

• Alon pa rin ang humuhubog sa kinalabasan: Bago at matapos ang salpukan, sinusunod ng sobre at yugto ang mga batas ng alon; ang diskretong katangian ay lumilitaw sa mismong sandali ng transaksiyon.
• Diskretong pangyayari sa pagkakalat: Itinatakda ng tarangkahan ng tumatanggap na bawat pagsasara ay isang buong bahagi—hindi hinahati ang isang bahagi sa dalawang elektron.
• Transaksiyong isang bahagi: Ang isang bugso ng alon-tensor ay “kumakandado” sa subistrakturang elektroniko na kayang magbukas ng tarangkahan at magsara nang isa-sa-isa, isinusuko ang enerhiya at momentum; kaya pumupula ang nakakalat na liwanag, at habang mas malaki ang anggulo, mas malaki ang isinusukong enerhiya.

III. Mga Bunga ng Kadena ng mga Ambang: Hindi Lahat ng Kaguluhan ay Nakakalayong Liwanag

Maraming “sinyales” ang namamatay sa pinagmulan o naiiwan sa malapit dahil sa ambang paglaganap:

• Kulang sa pagkakaugnay: Nababasag sa kapanganakan ang sobre, kaya hindi nagiging matatag na bugso.
• Maling bintana: Napapadpad ang dalas sa malakas na banda ng pagsipsip ng kapaligiran at napupugto sa maikling saklaw.
• Hindi tugmang daan: Walang daang mababa ang impedansiya o mali ang oryentasyon, kaya mabilis na nagsasayang ng enerhiya.

Upang makalayo, dapat sabay-sabay matugunan ng sinyales ang tatlo: maayos na pagbuo ng bugso, tamang bintana ng linaw, at pagtutugma ng daan.

IV. Pag-ugnay sa mga Umiiral na Teorya

• Kasang-ayon sa mekanikang kuwantum: Nananaig ang pahayag na “ang enerhiya ng bawat diskretong bahagi ay proporsiyonal sa dalas.” Ipinapaliwanag ng Teorya ng Hiblang Enerhiya ang pinagmulan ng diskretong katangian sa pamamagitan ng ambang pagbuo ng bugso (sa pinagmulan) at ambang pagsasara (sa tumatanggap), nang walang bagong entidad.
• Katugma ng elektrodinamika kuwantum: Nananatiling wasto ang pagkukuwenta na tinitingnang mga kuwanta ng larangan ang liwanag. Nagdaragdag ang Teorya ng Hiblang Enerhiya ng masasalat na pananaw sa substrato: nililimitahan ng dagat ang paglaganap at yugto, samantalang nagbibigay ang mga hibla at materyal ng mga ambang at pagsasara.
• Konsistent sa klasikong teorya ng alon: Ang interperensiya at difraksyon ay mga penomenang pang-alon. Binibigyang-diin ng Teorya ng Hiblang Enerhiya: ang alon ang humuhubog sa daan; ang mga ambang ang nagku-kuwanto sa transaksiyon—magkasamang totoo ang dalawang ito.

V. Pangunahing Puntos

• Kumikilos ang liwanag bilang mga bugso ng alon na lumalaganap at nag-iinterperensiya ayon sa mga batas ng alon sa dagat ng enerhiya.
• Nagmumula ang diskretong katangian (“isa-isa”) sa mga ambang: ang pagbuo ng bugso sa pinagmulan at ang pagsasara sa tumatanggap ang nagpapabahagi sa pagbuga–pagsipsip.
• Ipinapakita ng epekto ng photoelectric ang matigas na ambang ng tumatanggap: kulay ang nagtatakda kung makalalagpas ang isang bahagi; tindi ang nagpapalit lamang ng bilis ng mga bahagi, hindi ang enerhiya ng bawat bahagi.
• Ipinapakita ng pagkakalat ni Compton ang heometriyang isang bahagi–isang elektron: mas malaking anggulo → mas malaking alis-enerhiya → mas matingkad na paglaho sa pula.
• Hindi bawat kaguluhan ay nagiging “liwanag na makalalayo”: tanging mga bugso na maayos ang pagkakabuo, nasa tamang bintana, at tugma ang daan ang makalalayo; ang iba ay namamatay malapit sa pinagmulan.