۶٫۲ تابشِ خودبه‌خودی و خاستگاهِ نور

خانه ／ ۶. حوزهٔ کوانتومی

سازوکارِ یکپارچه: انباشتن → بسته‌سازی → گسیل
هر رویدادِ نورانی را در سه گام خلاصه می‌کنیم.

• انباشتِ انرژی (ذخیره). اتم‌ها، مولکول‌ها، جامدات و پلاسما انرژی را در آرایش‌هایِ کششِ سفت یا شل نگه می‌دارند. گرمایش، شتابِ الکتریکی، برخوردهای متمرکز یا واکنش‌های شیمیایی آرایش را بالا می‌برند و ذخیرهٔ کشش می‌سازند (حالت‌هایِ برانگیخته، شتاب‌گرفته، یونیده).
• بسته‌سازی (عبور از آستانهٔ رهاسازی). وقتی فازِ درونی به ناحیه‌ای مناسب می‌رسد و ریزموج‌هایِ دریایِ انرژی آن را کمی می‌رانند، سامانه از درِ رهایی می‌گذرد و پوشی همدوس از کشش را می‌فشارد — بسته‌ای از نور که در مسیر همچون موج پیش می‌رود. نکتهٔ کلیدی: بسته‌سازی آستانه‌مند است؛ زیرِ آستانه «نیم‌لقمه» نداریم و بر آستانه یک بستهٔ کامل پدید می‌آید — ریشهٔ گسست در سویِ منبع.
• گسیل و انتشار (عبور از آستانهٔ مسیر). برد را آستانهٔ مسیر تعیین می‌کند: کیفیتِ همدوسی، بسامد در پنجرهٔ شفاف، و سازگاریِ جهت/کانال. اگر شرط‌ها برآورده شود، نور دور می‌رود؛ وگرنه نزدیکِ منبع جذب/گرم/پراکنده می‌شود. هنگامِ برخورد با گیرنده (الکترون، مولکول، پیکسل) باید از آستانهٔ بست نیز گذشت تا رویداد به‌عنوان جذب/گسیلِ ثانویه شمرده شود؛ درْ بخش‌بردار نیست، پس آشکارسازی هم بسته‌به‌بسته رخ می‌دهد.

خلاصه: آستانهٔ تشکیل می‌گوید چگونه می‌فرستیم، آستانهٔ مسیر می‌گوید تا کجا می‌رویم، و آستانهٔ بست می‌گوید چگونه می‌گیریم. این زنجیرهٔ آستانه، انتشارِ موجی را با «حسابداریِ سهم‌ها» به‌هم پیوند می‌دهد.

چرا «خودبه‌خود»

• حالتِ برانگیخته پُرهزینه است: آرایشِ بالا‌رفته تنگ‌تر است و وقتی فاز به ناحیهٔ رهایی نزدیک می‌شود، به سراشیبیِ تخلیه متمایل می‌گردد.
• در دریا همیشه نویزِ زمینه هست: اغتشاش‌هایِ پهن‌باند پیوسته به در می‌کوبند.
• کوبیدنِ هماهنگ، در را می‌گشاید: فاز آماده باشد و هلِ کوچکی برسد → آستانه رد می‌شود → بستهٔ نور بیرون می‌افتد.
• تابشِ القایی فقط آستانه را پایین می‌آورد: موجِ هم‌فاز فاز را قفل می‌کند و در را فرو می‌آورد؛ چندین گسیل هم‌صف می‌زنند (لیزر).

خاستگاه‌هایِ اصلیِ نور (به‌تفکیکِ علتِ فیزیکی)
همه از الگوی ذخیره → تشکیل → گسیل پیروی می‌کنند، با تفاوت در چگونگیِ ساخته‌شدنِ ذخیره، شیوهٔ گذر از آستانه، و کانالِ حملِ بسته.

1. تابشِ خطی (گذارهایِ اتمی/مولکولی)
   • ذخیره: آرایش‌هایِ الکترونی بالا می‌روند (برانگیختگی، گیراندازی پس از یونش).
   • تشکیل: فاز وارد ناحیهٔ گسیل می‌شود؛ نویز می‌رانَد؛ بستهٔ همدوس شکل می‌گیرد؛ بسامد به گامِ درونی قفل می‌شود.
   • گسیل: تقریباً همسانگرد؛ پهنایِ خط را عمر (کوتاه‌تر → پهن‌تر) و دکوهیرنسِ محیط (برخورد، زمختیِ میدان) تعیین می‌کند.
   • درنگِ نوری (فلورسانس/فسفرسانس): تله‌هایِ شبه‌پایا در را دیرتر می‌گشایند؛ درنگ و رقابتِ کانال رخ می‌دهد.
2. تابشِ گرمایی (جسمِ سیاه/نیمه‌سیاه)
   • ذخیره: بی‌شمار فرایندِ ریز نزدیکِ سطح انرژی را مبادله می‌کنند.
   • تشکیل: بسته‌هایِ کوچکِ بسیار در مرزهایِ زبر چندباره بازپردازش می‌شوند و به‌طورِ آماری سیاه می‌شوند.
   • گسیل: طیف را دما تعیین می‌کند؛ جهت‌ها تقریباً همسانگردند؛ همدوسی کم است؛ بااین‌همه گسیلندگی و قطبش تابعِ کشش و زبریِ سطح‌اند.
3. بارهایِ شتاب‌دار (سینکروترون/انحناء، فرمله)
   • سینکروترون/انحناء: بارها در مسیرهایِ خمیده پیوسته بسته می‌سازند و می‌افکنند — جهت‌داری و قطبشِ قوی، باندِ پهن.
   • فرمله: کندشدنِ تند در میدانِ کولنی کششِ موضعی را بازنویسی می‌کند و بسته‌ای پهن‌باند می‌افکند؛ در محیط‌هایِ چگال و با Z بالاتر نیرومندتر است.
4. تابشِ بازترکیب (گیراندازیِ الکترونِ آزاد)
   • ذخیره: «جیبِ» یونی الکترونی را می‌گیرد و از حالتِ تنگ‌تر به حالتِ سودمندتر می‌آید.
   • تشکیل/گسیل: اختلافِ انرژی از آستانه می‌گذرد و بسته بیرون می‌رود.
   • امضاء: رشته‌خطوطِ شفاف — «نئونِ» سحابی‌ها و پلاسماها.
5. نابودی (بازکردنِ پیچش‌هایِ وارونه)
   • ذخیره: پیچش‌هایِ باثباتِ وارونه همدیگر را می‌یابند و باز می‌شوند.
   • تشکیل/گسیل: ذخیره تقریباً همه به دو بستهٔ پادسو بدل می‌شود (کم‌باند، همسو در جهت)، مانند ۰٫۵۱۱ MeV نامدار.
6. چرِنکوف (مخروطِ سرعتِ فاز)
   • ذخیره: باری از سرعتِ فازِ محیط سبقت می‌گیرد.
   • تشکیل/گسیل: فاز بر روی مخروط می‌شکافد و درخششِ آبی بسته می‌شود؛ زاویه را سرعتِ فاز تعیین می‌کند.
   • کانال: نمونهٔ خاصی از عبورِ پیوسته از آستانهٔ مسیر.
7. ناخطی و اختلاط (تبدیل، جمع/تفاضل، رامان)
   • ذخیره: میدان‌هایِ نوریِ بیرونی انرژی می‌آورند؛ ناخطیّت آن را بازتوزیع می‌کند.
   • تشکیل/گسیل: با تطابقِ فاز و تنظیمِ کانال، بسته‌ای با بسامدِ تازه (القایی یا خودبه‌خودی) بیرون می‌آید؛ جهت‌داری و همدوسی سخت به هندسه و کششِ ماده وابسته است.

سه نما که از ریشه می‌آید: پهنایِ خط، جهت‌داری، همدوسی

• پهنایِ خط: عمرِ کوتاه فرصتِ «تیزکردنِ بسامد» را کم می‌کند — خط پهن‌تر می‌شود؛ محیطِ پرنویز (برخورد، میدانِ خشن) دکوهیرنس را می‌افزاید و پهنا را بیشتر می‌کند.
• جهت‌داری/قطبش: هندسهٔ میدانِ نزدیک و گرادیان‌هایِ کشش تعیین می‌کنند. اتم‌هایِ آزاد تقریباً همسانگرد می‌تابند؛ در نزدیکیِ میدانِ مغناطیسی، کانالِ کُلمّه یا فصلِ مشترک، تابش به شدت جهت‌دار و قطبیده می‌شود.
• همدوسی: گسیلِ تک‌باره ذاتاً همدوس است؛ بازفرآوریِ مکرر به همدوسیِ کم (نورِ گرمایی) می‌انجامد؛ قفل فازیِ القایی می‌تواند آن را تا حدّ بیشینه برکشد (لیزر).

هر آشفتگی نورِ دوربرد نمی‌شود: آستانهٔ مسیر می‌سنجد

• همدوسی ناکافی: پوش در بدوِ تولد می‌شکند و بسته پیش نمی‌رود.
• پنجرهٔ نامناسب: بسامد در نوارهایِ جذبِ قوی می‌افتد و نزدیکِ منبع می‌میرد.
• ناهمترازیِ کانال: بیِ گذرگاهِ کم‌امپدانس یا با جهت‌دهیِ بد، انرژی تند پراکنده می‌شود.
  برای رسیدن به دوردست، باید هم‌زمان پوشِ تمیز + بسامدِ درونِ پنجره + کانالِ سازگار فراهم باشد.

سازگاری با چارچوب‌هایِ جاافتاده
۱) ضریب‌های A/B اینشتین: در این نگاشت، خودبه‌خودی = «کوبشِ نویز + آستانهٔ رهایی»، و القایی = «قفل فاز + آستانهٔ پایین‌تر».
۲) الکترودینامیکِ کوانتومی: کنشِ کوانتایِ میدان را دقیق می‌شمارد؛ و این تصویر نقشهٔ تشکیل ← مسیر ← بست را می‌افزاید تا چراییِ گسست، چگونگیِ انتشار و چگونگیِ آشکارسازی روشن شود.
۳) الکترودینامیکِ کلاسیک («بارِ شتاب‌دار می‌تابد»): به زبانِ این تصویر، توپوگرافیِ کشش پیوسته بازنویسی می‌شود و بسته‌سازی و افکندنِ پیوسته روی می‌دهد.

در پایان

• تابشِ خودبه‌خودی یعنی حالتِ برانگیخته، به فشارِ نویزِ پس‌زمینه، از آستانه می‌گذرد و یک بسته می‌افکند.
• نور بسته‌به‌بسته می‌رسد زیرا آستانهٔ تشکیل (منبع) و آستانهٔ بست (گیرنده) گسست را تحمیل می‌کنند.
• خاستگاه نور: خطی، گرمایی، سینکروترونی/انحنایی، فرمله، بازترکیب، نابودی، چرِنکوف، تبدیلِ ناخطی — یک دستورِ سه‌مرحله‌ای واحد با شیوه‌های سرو متنوّع.
• پهنایِ خط–جهت–همدوسی برآمده از عمر، محیط، هندسه و کشش است.
• هر آشفتگی به نورِ دوربرد بدل نمی‌شود: بستهٔ تمیز + پنجرهٔ درست + کانالِ سازگار شرط‌های ناگزیرند.