6.2 Kusang Pagliliwayway at Pinagmulan ng Liwanag

Home ／ Kabanata 6: Larangan ng Kuwantum (V5.05)

I. Isang mekanismo na may tatlong hakbang: Mag-imbak ng enerhiya → Magbuo ng kumpol lampas-ambang → Magpalabas
Ang anumang pangyayaring “paglabas ng liwanag” ay maisisiksik sa tatlong hakbang:

• Imbakan (may imbentaryo ng enerhiya).
  Sa larawan ng Teorya ng Hibla ng Enerhiya (EFT) na “hibla–dagat ng enerhiya,” ang mga atomo, molekula, solido, at plasma ay tumutugma sa mas mahigpit o mas maluluwag na kaayusan ng tensyon. Kapag pinainit, pinabilis ng kuryente, pinagsalpok bilang mga sinag, o dinala sa reaksiyong kimikal, “inaangat” ang sistema at iniimbak ang enerhiya bilang imbentaryo ng tensyon (estado ng pagganyak, estado ng pagpapabilis, estado ng ionisasyon, at iba pa).
• Pagbuo ng kumpol (lampasan ang “ambang ng pagpapalabas”).
  Kapag umabot sa angkop na saklaw ang panloob na yugto (phase), may bahagyang tulak mula sa malawak-na-bandang ingay sa dagat ng enerhiya. Nalalampasan ng lokal na sistema ang ambang at binabalot ang imbentaryo bilang magkakohirenteng sobre ng alon ng tensyon—isang kumpol ng liwanag ito (na habang naglalakbay ay umaasal na “alon”).
  Susi: ambang-batay ang pagkukumpol. Sa ibaba ng ambang, walang “kapirasong pagtagas”; sa mismong ambang, buo ang kumpol. Ang diskretong ito sa panig ng pinagmulan ay isa sa mga ugat kung bakit pakete-pakete ang liwanag.
• Pagpapalabas at paglaganap (matugunan ang “ambang ng daanan”).
  Pagkalabas, ang layo ng mararating ay nakasalalay sa mga ambang ng paglaganap: gaano kasapat ang kohirensiya ng sobre, nasa bintana ba ng transparensi ang banda, at tugma ba ang oryentasyon/kanal sa daluyan. Kung natutugunan, umaabot nang malayo; kung hindi, naa-absorb, nagiging init, o nagsasabog malapit sa pinagmulan.
  Kapag sumalpok ang kumpol sa tagatanggap (elektron, molekula, piksel ng detektor), kailangan ding lampasan ang ambang ng pagsasara upang mabilang na pagsipsip o panibagong paglabas—hindi nahahati ang ambang na ito, kaya “pakete-pakete” ring namamasdan sa panig ng tagatanggap.

Sa isang linya: ang ambang ng pagkukumpol sa pinagmulan ang nagtatakda kung “paano ilalabas”; ang ambang ng daanan ang nagtatakda kung “gaano kalayo ang mararating”; at ang ambang ng pagsasara sa tagatanggap ang nagtatakda kung “paano tatanggapin.” Pinagdurugtong ng “kadenang ambang” na ito ang paglaganap na parang alon at pagbibilang na parang butil.

II. Bakit maaaring “kusang” — naglalabas kahit walang liwanag na dumarating

• Mas mahirap panatilihin ang estadong ginising. Sa kahulugan ng tensyon, mas “magastos” ang naitaas na kaayusan; kapag nalalapit ang yugto sa “maaaring ilabas” na sona, kusa itong “pababa.”
• May ingay na panlikuran ang dagat ng enerhiya. Kailanman ay hindi ito ganap na tahimik; may patuloy na maliliit ngunit malawak-na-bandang gambala na “kumakatok.”
• Kapag tumama ang katok sa ambang, lumalabas. Kung sakto ang yugto at may munting tulak, nalalampasan ang ambang at nabubuo ang kumpol ng liwanag.
• Ibinababa lamang ng nilinyahang pagpapalabas ang ambang. Ang panlabas na alon na kasabay ang yugto ay nagpapababa ng ambang at naglilinya ng yugto ng maraming pagpapalabas (laser).

Kaya, ang kusang pagliliwayway ay resulta ng estadong ginising + ingay na panlikuran + ambang ng pagpapalabas na sabay-sabay na nagtutugma—hindi “mahikang mula sa wala.”

III. Pangunahing “pinagmumulan ng liwanag” (ayon sa sanhi pisikal)
Bawat uri ay sumusunod sa parehong tatlong hakbang—mag-imbak – magkumpol – magpalabas—ngunit nagkakaiba sa saan galing ang imbentaryo, paano nilalampasan ang ambang, at alíng kanal ang dinaraanan:

1. Sinarang may guhit (pagbaba ng antas sa loob ng atomo/molekula):
   • Imbentaryo: naitaas ang kaayusan ng elektron (napukaw, o naagaw muli matapos ang ionisasyon).
   • Pagkumpol: pumapasok sa sona na maaaring ilabas; itinutulak ng ingay na panlikuran lampas-ambang; pumupuslit ang kohirenteng sobre; ikinakandado ng “panloob na ritmo” ang dalas.
   • Pagpapalabas: halos isotropiko; tinutukoy ng habang-buhay ng antas (mas maikli → mas malapad) at gaspang ng paligid (banggaan, gaspang ng field) ang lapad ng guhit.
   • Huling-liwanag (fluorescence/phosphorescence): kung naiipit sa meta-matatag na antas, “huli ang bukas ng pinto”; may pagkaantala o kompetisyon ng kanal bago lumabas.
2. Sinarang pang-init (itím na katawan at malapit sa itím na katawan):
   • Imbentaryo: napakaraming mikroprosesong salitan ang enerhiya sa mga patong-ibabaw.
   • Pagkumpol: di-mabilang na maliliit na kumpol ang paulit-ulit na napo-proseso sa magagaspang na hanggahan at “na-uusok,” kaya napi-pisang-averaheng ang mga diskretong bahagi.
   • Pagpapalabas: temperatura ang humuhubog sa anyo ng espéktrum; halos isotropiko; mababa ang kohirensiya, ngunit ipinapakita pa rin ng emisibidad at polarisa­syon ang tensyon at gaspang ng ibabaw.
3. Sinarang mula sa pinabilis na karga (sinkrotron/kurbadura, at bremsstrahlung):
   • Sinkrotron/kurbadura: “napipilitang lumiko” ang sinag na may karga ng field na magnetiko o hubog na landas, paulit-ulit na sinusulatan muli ang tanawin ng tensyon at nagbubuhos ng mga kumpol—matindi ang direksiyon, matindi ang polarisasyon, malapad ang banda.
   • Bremsstrahlung: sa biglang pagpigil sa malakas na Coulomb field, biglang nababago ang tanawin ng tensyon; lumulutang ang malapad-na-bandang kumpol, lalo sa masiksik at mataas ang bilang-atomong materyal.
4. Muling pagbuo/pagkakabihag (malayang elektron na “nahuhulog sa bulsa” ng ion):
   • Imbentaryo: binibihag ng “bulsa” ng ion ang elektron, mula sa “mas magastos” tungo sa “mas matipid” na ayos.
   • Pagkumpol: nalalampasan ng diperensiya ng enerhiya ang ambang → may kumpol na lumalabas.
   • Pagpapalabas: malinaw ang serye ng mga guhit—ang klasikong “neon” ng nebula/plasma.
5. Sinarang mula sa paglipol (magkabaligtad na pares na “nakakalag”):
   • Imbentaryo: nagtatagpo ang matatag na magkataliwas na oryentasyon at naluluwagan ang mga hibla.
   • Pagkumpol → Pagpapalabas: halos buong imbentaryo ay nagiging dalawa o higit pang magkabaligtad na kumpol (makitid ang banda, magkapareho ang direksiyon), gaya ng ~0.511 MeV na pares ng photon.
6. Sinarang Cherenkov (kono ng bilis-pangyugto):
   • Imbentaryo: mas mabilis gumalaw sa daluyan ang may kargang partikulo kaysa sa bilis-pangyugto ng daluyang iyon.
   • Pagkumpol → Pagpapalabas: tuluy-tuloy na “paghahabi ng pihit ng yugto” sa ibabaw ng kono at nabubuo ang bughaw na ningning; anggulo ng kono ay itinakda ng bilis-pangyugto ng daluyan.
   • Kanal: natatanging kaso kung saan nananatiling lampas-ambang ang ambang ng daanan sa supra-bilis-pangyugto.
7. Hindi-lineyár at paghahalo (pagpapalit-dalas, suma/iba ng dalas, Raman):
   • Imbentaryo: naglalaan ng enerhiya ang panlabas na larang-optiko; muling ipinapamahagi ng di-lineyár ng materyal ang enerhiya.
   • Pagkumpol → Pagpapalabas: kapag natugunan ang pagpapantay ng yugto at kanal, nabubuo ang kumpol sa bagong dalas (maaaring nilinyahan o kusang), at ang direksiyon/kohirensiya ay nakasalalay sa heometriya at tensyon ng materyal.

IV. Tatlong “anyo” mula sa saligang antas: lapad ng guhit, direksiyon, kohirensiya

• Lapad ng guhit. Maikling habang-buhay → kaunting oras “para tumono ng dalas” → mas malapad na guhit; mas “maingay” ang paligid (banggaan, gaspang ng field) → mas malakas ang dekohirensiya → mas lumalapad.
• Direksiyon/Polarisasyon. Itinatakda ng heometriya sa malapít sa pinagmulan at gradient ng tensyon. Halos isotropiko ang kusang sinag ng malayang atomo; malapit sa field na magnetiko/kanal na nakatuon/pantawid-hangganan, nagiging lubhang may-direksiyon at lubhang polar­isado ang sinag.
• Kohirensiya. Likás na magkakohirente ang isang pagpapalabas; kapag paulit-ulit na naproproseso, lumalapit sa init na liwanag na mababa ang kohirensiya; kung nililinya ang yugto sa nilinyahang pagpapalabas, maiaakyat nang mataas ang kohirensiya (laser).

V. Hindi lahat ng gambala ay nagiging “liwanag na nakararating nang malayo”: salà ng mga ambang ng paglaganap

• Kulang sa kohirensiya: nababasag ang sobre sa pinagmulan at hindi nahuhubog ang “alóng magkakumpol.”
• Maling bintana: bumabagsak ang banda sa malakas-na-sipsip na sona at nilulunod malapit sa pinagmulan.
• Hindi tugmang kanal: walang koridór na mababa ang impiyedans o salungat ang oryentasyon, kaya mabilis na nauubos ang enerhiya.

Dapat matugunan ang tatlo para sa liwanag na makalalayo: sapat na buo ang sobre, tamang bintana ng transparensi, at tugmang kanal. Karamihan sa ibang gambala ay “umusbong lang” sa malapít na larangan.

VI. Pagtutumbas sa umiiral na mga teorya

• Mga koepisyenteng kusang/nilinyahang pagpapalabas ni Einstein. Ginagawang konkreto ng Teorya ng Hibla ng Enerhiya ang “probabilidad ng kusang” bilang katok ng ingay na panlikuran + ambang ng pagpapalabas, at ang “nilinyahan” bilang paglilinya ng yugto + pagbaba ng ambang.
• Kuwantum na Elektrodinamika (QED). Itinuturing ng QED ang liwanag bilang mga kuwanta ng larangan at tumpak na itinatantiya ang interaksiyon. Nag-aalok ang Teorya ng Hibla ng Enerhiya ng paliwanag na materyal–heometriya sa pamamagitan ng ambang ng pagkukumpol → ambang ng daanan → ambang ng pagsasara kung bakit diskreto ang paglabas, bakit matagumpay ang paglaganap, at bakit pakete-pakete ang pagtuklas.
• Klasikong Elektrodinamika (“ang pinabilis na karga ay nagliliwanag”). Sa wika ng Teorya ng Hibla ng Enerhiya, ang tuluy-tuloy na muling pagsulat sa tanawin ng tensyon ay tuluy-tuloy ding nagkukumpol at nagpapalabas ng sinag.

VII. Buod

• Kusang pagliliwayway ang nagaganap kapag ang estadong ginising, na tinutulak nang bahagya ng ingay sa dagat ng enerhiya, ay lumampas sa ambang at binabalot ang imbentaryo bilang isang kumpol.
• Bakit “pakete-pakete” ang liwanag: dahil sa dobleng diskretong hatid ng ambang ng pagkukumpol sa pinagmulan at ambang ng pagsasara sa tagatanggap.
• Saan nanggagaling ang liwanag: sinarang may guhit, sinarang pang-init, sinkrotron/kurbadura at bremsstrahlung, muling pagbuo, paglipol ng pares, Cherenkov, at di-lineyár na konbersiyon—mga magkakaibang “estilo ng paghahain” ng iisang mekanismong tatlong hakbang.
• Lapad ng guhit – direksiyon – kohirensiya ay sabayang tinutukoy ng habang-buhay/kapaligiran at heometriya/tensyon.
• Hindi lahat ng gambala ay nagiging liwanag na pangmalayo: kinakailangan ang buo na sobre, tamang bintana, at tugmang kanal.

Isang pangungusap na pangwakas: Ang liwanag ay alóng binuo sa kumpol sa dagat ng enerhiya; ang pagka-diskreto ay mula sa mga ambang; ang pinagmulan ang nagtatakda ng kulay, ang daanan ang humuhubog ng anyo, at ang tagatanggap ang nagpapasya sa pagtanggap.