5.15 Penukaran jisim–tenaga

Laman Utama ／ Bab 5: Zarah mikroskopik

“Jisim” ialah tenaga yang disimpan: satu “simpulan” filamen tenaga yang mengekalkan diri dalam laut tenaga. “Tenaga” ialah gelombang yang merambat dalam laut itu, teratur sebagai paket gelombang yang koheren. Penukaran jisim–tenaga bermaksud meleraikan simpulan menjadi gelombang, atau menarik gelombang menjadi filamen lalu menutupnya sebagai simpulan. Dalam persekitaran tensor yang sama, kadar tukaran adalah tetap; merentas persekitaran yang berbeza, jam dan pembaris perlu ditentukur semula mengikut garis dasar tensor setempat.

I. Kes boleh dipercayai bagi “Jisim → Tenaga” (Simpulan terurai menjadi gelombang)

1. Pemusnahan zarah–antizarah:
   Apabila elektron bertemu positron, kedua-duanya “kembali ke laut”, dan hampir semua tenaga tersimpan keluar sebagai dua berkas foton. Banyak pereputan meson berusia pendek berfungsi dengan cara yang sama: tenaga struktur dilepaskan sebagai cahaya dan zarah ringan.
2. Pelonggaran daripada keadaan teruja:
   Atom atau molekul yang “ditolak naik” oleh input luaran kembali ke struktur yang lebih jimat tenaga, lalu memancarkan beza tenaga itu sebagai foton. Inilah asas spektroskopi harian dan medium penguat laser.
3. Kekurangan jisim dalam tindak balas nuklear:
   • Pelakuran “menenun” nukleon yang bersepah menjadi struktur yang lebih stabil dengan jumlah jisim yang lebih kecil; tenaga ikatan terlepas sebagai neutron, sinar gamma dan tenaga kinetik serpihan.
   • Pembelahan “menulis semula” struktur yang terlalu tegang menjadi gabungan yang lebih mudah, menukar lebihan kepada gerakan dan sinaran. Janakuasa nuklear dan kecerahan Matahari menuruti laluan ini.
4. Pereputan tenaga tinggi dan jet:
   Zarah berat lazimnya terhasil lalu cepat terurai; tenaga struktur dipindah, melalui saluran tertentu, kepada ramai zarah ringan dan sinaran dengan kira-kira tenaga yang tertutup rapi.

Inti bersama: struktur yang stabil atau metastabil ditulis semula, dan tenaga tersimpan dipungut semula sebagai paket gelombang koheren serta zarah ringan — yakni “simpulan terurai menjadi gelombang”.

II. Kes boleh dipercayai bagi “Tenaga → Jisim” (Gelombang ditarik menjadi simpulan)

• Pembentukan pasangan oleh sinar gamma berhampiran medan Coulomb kuat:
  Foton gamma berenergi tinggi “ditangkap” oleh medan nukleus berat dan bertukar menjadi pasangan elektron–positron. Input ialah tenaga elektromagnet; output ialah zarah sebenar dengan jisim rehat.
• Pembentukan pasangan dua-foton dan dalam medan kuat:
  Dua berkas foton berenergi tinggi yang berlanggar, atau laser ultra-intensif yang berinteraksi dengan berkas elektron berenergi tinggi, boleh menolak medan setempat melepasi ambang untuk menghasilkan pasangan bercas. Perlanggaran ion berat ultra-periferi dalam pemecut mempamerkan kejadian sebegini dengan jelas.
• Penghasilan zarah berat dalam pemecut:
  Tenaga kinetik berkas dipadatkan ke dalam isipadu ruang–masa yang amat kecil; seketika, tenaga “ditarik menjadi filamen dan ditutup simpulan”, menghasilkan zarah berat yang asalnya tiada dalam berkas (seperti W, Z, kuark top, Higgs) lalu cepat mereput. Input ialah tenaga kinetik dan medan; output mengandungi jisim rehat yang ketara.
• Memperbesar “latar vakum” menjadi foton sebenar:
  Kesan Casimir dinamik dan penukaran bawah parameter spontan mampu menjana pasangan foton berkorelasi tanpa suntikan isyarat pada frekuensi itu. Dengan bekalan tenaga luaran, ayunan titik-sifar melepasi ambang dan menjadi kuantum yang boleh dikira. Walaupun hasilnya foton (tanpa jisim rehat), logik “tenaga menjadi kuantum boleh dikesan” selari dengan pembentukan pasangan.

Inti bersama: bekalan luaran atau pengaturan semula geometri menaikkan tensor dan koheren setempat melepasi ambang nukleasi, menjadikan ayunan yang asalnya sekadar “separa simpulan” bertukar menjadi simpulan sebenar.

III. Tahap penjelasan fizik moden

Dengan bahasa “medan” dan “ayunan kuantum”, fizik moden meramal kebarangkalian, taburan sudut, hasil dan kira-kira tenaga bagi proses di atas dengan tepat — satu kejayaan kejuruteraan. Mekanisme Higgs turut memparametrikan terma jisim bagi banyak zarah asas. Namun, untuk soalan berimej seperti “sebenarnya apa yang berayun?” atau “mengapa vakum berayun sedemikian?”, rangka arus perdana mengutamakan pengiraan dan postulat, bukan peta mekanisme yang bersifat “material” dan mudah divisualkan.

Ringkasnya, pengiraan dan pelarasan data amat kukuh, manakala “gambaran bagaimana ia berfungsi” kurang ditekankan. Itu pilihan, bukan kesilapan: hukum dihimpunkan dengan medan abstrak sambil mengorbankan analogi material.

Seperti yang pernah ditegaskan: matematik dan geometri ialah bahasa serta bayang-bayang, bukannya hakikat. Matlamatnya ialah menggapai realiti asas.

IV. Peta mekanisme berstruktur bagi Teori Filamen Tenaga (EFT)

Dalam Teori Filamen Tenaga (EFT), “laut” ialah medium berterusan yang boleh ditegangkan atau dilonggarkan; “filamen” ialah “garis material” yang ditarik daripada laut dan boleh ditutup sebagai gelung.

• Jisim → tenaga: filamen kembali ke laut
  Apabila syarat pengekalan diri gagal — kerana peristiwa kuat menulis semula landskap tensor, kunci fasa terlucut, atau tekanan luar berlebihan — simpulan melonggar dan tenaga tersimpan dilepaskan sebagai paket gelombang, beredar melalui laluan berimpedans lebih rendah. Pemusnahan, pelonggaran keadaan teruja, dan pelepasan tenaga nuklear tergolong dalam kelas ini.
• Tenaga → jisim: menarik filamen dan menukleasi
  Apabila medan luaran atau geometri menaikkan tensor setempat, dan bekalan berterusan dengan kunci fasa terjaga, laut menarik tenaga menjadi filamen dan cuba menutup gelung. Kebanyakan cubaan kekal sebagai “separa simpulan” berusia pendek; sebahagian melepasi ambang lalu menjadi zarah yang dapat dikesan. Pembentukan pasangan oleh gamma, dua-foton dan medan kuat, serta penghasilan zarah berat dalam pemecut, semuanya boleh dilihat sebagai keadaan “bekalan luaran menolak separa simpulan melepasi ambang”.
• Tukaran dan penentukuran
  Dalam satu persekitaran, pertukaran jisim–tenaga mengikut kadar tetap. Untuk perbandingan merentas persekitaran, “jam dan pembaris” perlu diskalakan semula kepada garis dasar tensor setempat — tema yang telah ditekankan dalam bahagian terdahulu.

Peta yang “material” ini memecahkan persoalan “mengapa boleh bertukar” kepada tiga hal yang konkrit dan boleh dilihat: adakah ambang telah dilepasi, bagaimana penyambungan semula berlaku, dan laluan mana paling rendah rintangannya.

V. Memadankan dua bahasa (pasangan ilustratif)

1. Pemusnahan elektron–positron
   • Arus perdana: zarah dengan nombor kuantum bertentangan bertindak balas; tenaga keluar sebagai foton.
   • Teori Filamen Tenaga: dua filamen yang berbelit songsang saling meleraikan; tenaga yang disimpan oleh tensor kembali ke laut dan beredar sebagai “berkas” cahaya.
2. Pembentukan pasangan oleh gamma berhampiran nukleus berat
   • Arus perdana: foton gamma bertukar menjadi pasangan elektron–positron dalam medan Coulomb yang kuat.
   • Teori Filamen Tenaga: nukleus menaikkan tensor setempat melepasi ambang nukleasi; tenaga gelombang gamma “ditarik menjadi filamen dan ditutup gelung”, lalu terhasil pasangan sebenar.
3. Pembentukan pasangan dua-foton dan medan kuat
   • Arus perdana: dua foton menumpukan tenaga secukupnya untuk melepasi ambang; laser ultra-intensif berganding dengan berkas elektron menghasilkan pasangan tak linear.
   • Teori Filamen Tenaga: dua bekalan koheren berkunci fasa dalam isipadu kecil, menolak laut ke “titik kerja penarikan filamen”; separa simpulan melepasi ambang dan menjadi nyata.
4. Penghasilan zarah berat dalam pemecut
   • Arus perdana: tenaga berkas memeluwap menjadi zarah berat baharu yang segera mereput.
   • Teori Filamen Tenaga: “gelembung tensor tinggi” terbentuk seketika dalam isipadu ruang–masa yang amat kecil — “filamen tebal ditarik sekaligus”, ditutup sebagai simpulan berat, lalu terurai pantas.
5. Kesan Casimir dinamik dan penukaran bawah parameter spontan
   • Arus perdana: mengubah sempadan atau menggunakan medium tak linear untuk memperbesar ayunan vakum menjadi foton sebenar.
   • Teori Filamen Tenaga: “sempadan dan struktur mod laut” diubah pantas, membuka saluran yang menangkap serta memperbesar separa simpulan, lalu tampak sebagai pasangan foton yang boleh dikira.

VI. Cap jari boleh uji (wajar muncul pada kedua-dua arah)

• Kira-kira tenaga tertutup: apa yang berkurang, apa yang bertambah, perbezaan ke mana — perlu tertutup pada aras peristiwa dan aras sampel.
• Ambang dan kecerunan: nukleasi atau penyahstruktur mempunyai “takat mula dan kecerunan” yang boleh diukur, berubah seiring tensor setempat dan kekuatan bekalan.
• Kovariasi polarisasi dan fasa: apabila laluan atau persekitaran menukar tensor berorientasi, polarisasi dan pertalian fasa produk turut berubah sejalan.
• Keutamaan saluran: “koridor berimpedans rendah” lebih mudah memancar cahaya atau menghasilkan pasangan; taburan ruang memadani geometri saluran.

Ringkasnya

• Fizik moden telah meramal dan mengesahkan fenomenologi serta angka penukaran jisim–tenaga dengan ketepatan tinggi.
• Namun, gambaran fizikal tentang “apakah itu vakum” dan “mengapa tenaga menjadi zarah” masih bersifat abstrak.
• Teori Filamen Tenaga menawarkan peta mekanisme yang boleh dibayangkan: laut boleh menarik filamen; filamen boleh menutup sebagai simpulan. Di bawah ambang, kita melihat separa simpulan dan latar; di atas ambang, kita mengesan zarah. Simpulan yang hilang kestabilan akan terurai dan kembali ke laut.
  4. Dalam had bertindih, jangkaan sejajar; perbezaannya pada penjelasan “material dan rintangan laluan”. Dengan peta ini, setiap eksperimen boleh dibaca secara konkrit: bahagian laut yang mana ditegangkan, laluan mana lebih mudah, dan langkah mana yang melepasi ambang nukleasi — oleh itu mengapa “tenaga menjadi jisim” dan “jisim menjadi tenaga”.