6.1 Fotoelektrický jev a Comptonovo rozptylování

Domů ／ Kapitola 6: Kvantová oblast (V5.05)

V Teorii energetických vláken (EFT) je světlo svazek vln – tenzorové poruchy šířící se „mořem energie“. Porucha vytvoří stabilní svazek teprve tehdy, když překročí místní tenzorový práh; obdobně přijímač pohltí energii až ve chvíli, kdy jeho vlastní struktura překročí práh absorpce. Pozorovaná „částicovost“ tedy neznamená, že je světlo proud zrníček; vzniká proto, že emise i absorpce probíhají v nedělitelných porcích daných prahy, zatímco cesta mezi zdrojem a přijímačem se řídí zákony vln – šířením, fází a interferencí. Shrnutě: vlna určuje trasu, prahy určují porci.

I. Jeden mechanismus: tři prahy, tři diskrétní kroky

Jedna úplná „návštěva a odchod“ světla má tři úseky. Dohromady vysvětlují, proč se energie vyměňuje po porcích.

• Práh ve zdroji: práh vytvoření svazku
  Ve zdroji se tenzor a fáze hromadí a vyvíjejí. Když dosáhnou prahu uvolnění, uložená energie vyjde jako koherentní obálka – jeden celý svazek. Pod prahem nedochází k „ukapávání“; na prahu je emise plná. Proto je emise porcovaná.
• Práh na cestě: práh šíření
  Moře energie nedává „volný průjezd“ každé poruše. Jen poruchy se dostatečnou koherencí, v okně průhlednosti frekvencí a v souladu s kanálem s nízkou impedancí putují daleko jako stabilní svazky. Ostatní se ohřejí, rozptýlí nebo zaniknou v šumu pozadí poblíž zdroje.
• Práh v přijímači: práh uzavření
  Detektor či vázaný elektron musí projít materiálovou bránou, aby se absorpce/emise považovala za dokončenou. Brána je nedělitelná: buď se nic nestane, nebo se uzavře na jednu plnou porci. Proto detekce i výměna energie probíhají „po jedné porci“.

Jednou větou: práh vytvoření svazku dělá emisi diskrétní, práh šíření filtruje, co dojde daleko, a práh uzavření dělá absorpci diskrétní. Tento řetězec prahů spojuje vlnovou dráhu a „účetnictví po porcích“ do jednoho fyzikálního obrazu.

II. Dva klasické experimenty prizmatem řetězce prahů

1. Fotoelektrický jev: barevný práh, žádné čekání, intenzita mění „počet“
   Historicky: Roku 1887 si Hertz všiml, že ultrafialové světlo podporuje jiskření. V roce 1902 Lenard popsal tři zákony: existuje barevný práh (frekvence); elektrony se objevují okamžitě; intenzita mění počet elektronů, nikoli energii každého elektronu. Roku 1905 Einstein vysvětlil jev diskrétními porcemi energie a v letech 1914–1916 je Millikan přesně potvrdil.

Výklad v rámci Teorie energetických vláken:

• Proč „po jedné“: Diskrétnost vzniká na obou koncích: zdroj vypouští celé svazky na prahu vytvoření, přijímač uzavírá plnou porci v materiálové bráně. Cesta je vlnová; v okamžiku transakce proběhne počítání porcí.
• Intenzita mění „tempo“, ne „velikost porce“: Intenzita určuje, kolik svazků za čas zdroj emituje, proto proud roste s intenzitou; energie na porci je svázána s barvou, ne s intenzitou.
• Bez měřitelného zpoždění: Nejde o pomalé „nahřívání“; jakmile dorazí způsobilý svazek, transakce se ihned uzavře.
• Barva má práh: Vázaný elektron musí projít materiálovou branou, aby se uvolnil. „Úder“ jednoho svazku určuje rytmus zdroje – barva. Je-li barva příliš červená, jedna porce není dost „tvrdá“; pouhé zvýšení intenzity nepomůže.

2. Comptonovo rozptylování: jedna porce, jeden elektron, jedna událost
   Historicky: Roku 1923 Compton rozptyloval monochromatické rentgenové záření na téměř volných elektronech a zjistil, že větší úhel dává „červenější“ (nižší frekvence) rozptýlené světlo. Vyložil to jako transakci jedna ku jedné s elektronem a roku 1927 získal Nobelovu cenu.

Výklad v rámci Teorie energetických vláken:

• Vlny stále tvarují výsledek: Před i po srážce obálka a fáze následují zákony vln; diskrétnost se objeví jen v okamžiku transakce.
• Diskrétní rozptylové události: Brána v přijímači vynucuje, aby každé uzavření pokrývalo jednu plnou porci – nelze dělit jednu porci mezi dva elektrony.
• Transakce jedné porce: Tenzorový svazek „zaklapne“ do elektronové podstruktury, která může otevřít bránu, a uzavře se jedna ku jedné, přičemž odevzdá energii i hybnost; rozptýlené světlo posune barvu k červené a při větších úhlech se odevzdá více energie.

III. Důsledky řetězce prahů: ne každá porucha dojde daleko

Mnoho „signálů“ zhasne ve zdroji nebo uvízne v blízkém poli kvůli prahu šíření:

• Nedostatečná koherence: Obálka se rozpadne hned při zrodu, a nevznikne trvalý svazek.
• Mimo okno: Frekvence spadne do silně absorbujících pásem prostředí a zhasne na krátkou vzdálenost.
• Nesoulad kanálu: Není k dispozici vhodný nízkoimpedanční kanál či orientace nevyhovuje, a energie se rychle rozptýlí.

Signály, které doputují daleko, musí současně splnit tři podmínky: dobré vytvoření svazku, správné okno průhlednosti a soulad s kanálem.

IV. Vztah k existujícím teoriím

• V souladu s kvantovou mechanikou: Platí tvrzení, že „energie každé diskrétní porce škáluje s frekvencí“. Teorie energetických vláken ukotvuje původ diskrétnosti v prahu vytvoření (zdroj) a prahu uzavření (přijímač) bez zavádění nových entit.
• Kompatibilita s kvantovou elektrodynamikou: Výpočetní praxe, která zachází se světlem jako s kvanty pole, zůstává plně použitelná. Teorie energetických vláken přidává hmatatelný pohled na substrát: moře omezuje šíření a fázi, zatímco vlákna a materiál poskytují prahy a uzavírání.
• Konzistence s klasickou teorií vln: Interference a difrakce jsou vlnové jevy. Teorie energetických vláken zdůrazňuje: vlna tvaruje dráhu, prahy kvantují transakci – obě stránky platí současně.

V. Klíčové body

• Světlo se chová jako svazky vln, které se v moři energie šíří a interferují podle zákonů vln.
• Diskrétnost („po jedné“) plyne z prahů: vytvoření svazku ve zdroji a uzavření v přijímači dělají emisi a absorpci porciovanými.
• Fotoelektrický jev ukazuje tvrdý práh v přijímači: barva rozhoduje, zda porce projde branou; intenzita mění pouze tempo porcí, nikoli energii na porci.
• Comptonovo rozptylování odhaluje geometrii jedna porce – jeden elektron: větší úhel → větší odevzdaná energie → silnější posun k červené.
• Ne každá porucha se stane „světlem na dálku“: daleko dojdou jen svazky dobře vytvořené, v správném okně a sladěné s kanálem; ostatní zhasnou poblíž zdroje.