6.1 Kesan Fotoelektrik dan Hamburan Compton

Laman Utama ／ Bab 6: Alam Kuantum (V5.05)

Dalam Teori Gentian Tenaga (EFT), cahaya ialah gugus gelombang gangguan tensor yang merambat melalui “lautan tenaga”. Sesuatu gangguan hanya membentuk gugus stabil selepas melepasi ambang tensor setempat; begitu juga, penerima hanya menyerap tenaga apabila strukturnya melepasi ambang serapan. Maka, “sifat seperti zarah” yang dilihat tidak bermaksud cahaya ialah butiran terpisah; ia muncul kerana pelepasan dan serapan berlaku dalam bahagian yang tidak boleh dipecah, ditentukan oleh ambang, manakala perjalanan di antara sumber dan penerima tetap mengikut hukum gelombang—perambatan, fasa, dan interferens. Ringkasnya, gelombang menentukan laluan; ambang menentukan bahagian.

I. Mekanisme Disatukan: Tiga Ambang, Tiga Kejadian Diskret

Satu kitar “datang–pergi” cahaya boleh dibahagi kepada tiga segmen; tiga ambang ini bersama-sama menerangkan mengapa pertukaran tenaga berlaku secara berbahagian.

• Ambang di sumber: ambang pembentukan gugus
  Di dalam sumber, tensor dan fasa terkumpul serta berevolusi. Apabila mencapai ambang pelepasan, tenaga tersimpan dilepaskan sebagai selubung koheren—satu gugus penuh. Di bawah ambang tiada “kebocoran sedikit-sedikit”; tepat pada ambang, pelepasan berlaku secara penuh. Ini menjadikan pelepasan bersifat berbahagian.
• Ambang di laluan: ambang perambatan
  Lautan tenaga tidak “meluluskan” semua gangguan. Hanya gangguan yang cukup koheren, berada dalam tingkap ketelusan frekuensi, dan sehala dengan saluran berimpedans rendah akan merambat jauh sebagai gugus stabil. Yang lain dihaba, dihamburkan, atau tenggelam dalam hingar latar berhampiran sumber.
• Ambang di penerima: ambang penutupan
  Pengesan atau elektron terikat mesti melepasi pintu bahan sebelum serapan/pelepasan dianggap lengkap. Pintu ini tidak boleh dipecah: sama ada tidak cukup, atau menutup pada satu bahagian penuh. Oleh itu, pengesanan dan pertukaran tenaga berlaku “sekali satu bahagian”.

Ringkasnya: ambang pembentukan gugus mendiskretkan pelepasan; ambang perambatan menapis apa yang boleh pergi jauh; ambang penutupan mendiskretkan serapan. Rantaian ambang ini meletakkan “gelombang yang mengangkut” dan “akaun berbahagian” dalam satu gambaran fizikal yang padu.

II. Dua Eksperimen Klasik Dilihat Melalui Rantaian Ambang

1. Kesan fotoelektrik: ada ambang warna, tiada masa tunggu, keamatan mengubah “bilangan”
   Imbas sejarah: Pada 1887, Hertz melihat cahaya ultraungu mencetuskan percikan. Pada 1902, Lenard melaporkan tiga hukum: wujud ambang warna (frekuensi); elektron muncul serta-merta; keamatan hanya mengubah bilangan elektron, bukan tenaga setiap elektron. Pada 1905, Einstein menghuraikan dengan bahagian tenaga diskret; pada 1914–1916, Millikan mengesahkan secara ketepatan tinggi.

Pentafsiran dalam Teori Gentian Tenaga:

• Mengapa “satu demi satu”: Diskret pada kedua-dua hujung: sumber melepaskan gugus penuh di ambang pembentukan, penerima menutup pada bahagian penuh di pintu bahan. Di sepanjang laluan, hukum gelombang berkuat kuasa; pada titik transaksi, penghitungan berbahagian berlaku.
• Keamatan ubah “kadar bilangan”, bukan “saiz setiap bahagian”: Keamatan menentukan bilangan gugus per unit masa, maka arus meningkat dengan keamatan; namun tenaga setiap bahagian terikat pada warna, bukan keamatan.
• Tiada masa tunggu yang boleh diperhati: Bukan pendakian perlahan; apabila gugus yang cukup syarat tiba, penutupan berlaku serta-merta.
• Warna berambang: Elektron terikat perlu melepasi pintu bahan untuk keluar. “Hentakan” satu gugus ditentukan oleh rentak sumber—iaitu warna. Jika terlalu merah, satu bahagian tidak cukup “keras”; menambah keamatan tidak membantu.

2. Hamburan Compton: satu bahagian, satu elektron, sekali peristiwa
   Imbas sejarah: Pada 1923, Compton menghamburkan sinar-X monokrom pada elektron hampir bebas dan mendapati semakin besar sudut hamburan, semakin merah (frekuensi lebih rendah) cahaya tersebar. Beliau menafsirkannya sebagai urusan satu-lawan-satu dengan elektron dan menerima Nobel pada 1927.

Pentafsiran dalam Teori Gentian Tenaga:

• Gelombang masih membentuk hasil: Sebelum dan selepas peristiwa, selubung dan fasa mematuhi hukum gelombang; kediskretan hanya muncul pada saat transaksi.
• Peristiwa hamburan diskret: Pintu penerima memaksa setiap penutupan sebagai satu bahagian penuh—bukan membahagi satu bahagian kepada dua elektron.
• Urusan satu bahagian: Satu gugus gelombang tensor “mengunci” pada substruktur elektron yang dapat membuka pintu dan menutup satu-lawan-satu, melepaskan tenaga serta momentum; cahaya tersebar lalu mengalih merah, dan pada sudut lebih besar pelepasan tenaga lebih banyak.

III. Implikasi Rantaian Ambang: Tidak Semua Gangguan Mampu Pergi Jauh

Banyak “isyarat” mati di sumber atau terperangkap di medan dekat kerana ambang perambatan:

• Koheren tidak memadai: Selubung retak sejak lahir, gagal menjadi gugus tahan.
• Tidak dalam tingkap: Frekuensi jatuh pada jalur serapan kuat persekitaran, lalu dipadam jarak dekat.
• Saluran tidak sepadan: Tiada saluran berimpedans rendah yang sesuai atau orientasi tidak selari, tenaga cepat hilang.

Isyarat yang pergi jauh mesti serentak memenuhi tiga syarat: gugus terbentuk baik, dalam tingkap ketelusan, dan sepadan saluran.

IV. Padanan dengan Teori Sedia Ada

• Selaras dengan mekanik kuantum: Pernyataan “tenaga setiap bahagian diskret berkadar dengan frekuensi” kekal benar. Teori Gentian Tenaga menghujahkan asal-usul kediskretan melalui ambang pembentukan gugus (di sumber) dan ambang penutupan (di penerima), tanpa memperkenalkan entiti tambahan.
  2. Serasi dengan elektrodinamik kuantum: Pendekatan pengiraan yang melayan cahaya sebagai kuanta medan kekal terpakai. Teori Gentian Tenaga menambah pandangan substrat bertubuh: lautan mengehadkan perambatan dan fasa, manakala gentian dan bahan membekalkan ambang serta penutupan.
• Konsisten dengan teori gelombang klasik: Interferens dan pembelauan ialah fenomena gelombang. Teori Gentian Tenaga menekankan: gelombang membentuk laluan; ambang mengkuantakan transaksi—kedua-duanya wujud bersama tanpa percanggahan.

V. Ringkasan Utama

• Cahaya bertindak sebagai gugus gelombang yang merambat dan berinterferens mengikut hukum gelombang dalam lautan tenaga.
• Kediskretan (“satu demi satu”) terbit daripada ambang: pembentukan gugus di sumber dan penutupan di penerima menjadikan pelepasan–serapan berlaku berbahagian.
• Kesan fotoelektrik mempamerkan ambang penerima yang tegar: warna menentukan sama ada satu bahagian melepasi pintu; keamatan hanya mengubah kadar bahagian, bukan tenaga setiap bahagian.
• Hamburan Compton mempamerkan geometri satu bahagian–satu elektron: sudut lebih besar → lebih banyak pelepasan tenaga → alih merah lebih ketara.
• Tidak semua gangguan menjadi “cahaya jarak jauh”: hanya gugus yang terbentuk baik, dalam tingkap yang betul, sepadan saluran akan pergi jauh; selebihnya pupus berhampiran sumber.