٦.١ الظاهرة الكهروضوئية وتبعثر كومبتون

الصفحة الرئيسية ／ ٦. المجال الكمي

في نظرية خيوط الطاقة تمثّل الضوء حزمةً من اضطراب التوتّر داخل بحر الطاقة. لا يتكوّن غلاف مستقرّ إلا بعد تخطّي عتبة توتّر محلية، كما لا «يأخذ» المستقبل الحزمة إلا بعد عبور عتبة الإقفال لديه. بناءً عليه، فإن التحبّب المشاهد لا يعني أنّ الضوء كُرات صغيرة، بل إنّ التغليف والامتصاص يخضعان لتكميم بالعتبات. فـ«الحصص» تحدّدها العتبات، بينما تحدّد طبيعة الموجة في البحر مسار الانتشار والتداخل.

أولًا آلية واحدة وثلاث عتبات وثلاث تكميمات
نقسم «زيارة الضوء» إلى ثلاث مراحل كي نفسّر لماذا يتمّ التبادل على حصص:

• عتبة المصدر — تشكيل الحزمة: تتراكم التوتّرات والطور في الباعث. وعند بلوغ بوابة التحرير يُطلق المخزون على هيئة غلاف متماسك. دون العتبة لا تسريب؛ وعندها يخرج حزمـة كاملة.
• عتبة المسار — القابلية للعبور: لا «يفتح» البحر الطريق لكل اضطراب. فقط الاضطرابات المتّسقة كفاية، الواقعة ضمن نوافذ شفافة، والمصطفّة مع قنوات متاحة، تسافر بعيدًا على هيئة أغلفة مستقرة؛ أمّا سواها فيتبدّد أو يتبعثر قريبًا من المصدر.
• عتبة المستقبل — الإقفال: لا يُحتسب الامتصاص/الإصدار إلا إذا عبر الكاشف أو الإلكترون المقيّد بوابة مادية. البوابة غير قابلة للتجزئة: إمّا لا شيء، وإمّا إقفال كامل.
  خلاصة القول: المصدر يكمّم الإصدار، والمسار ينتقي مدى السير، والمستقبل يكمّم الامتصاص. بهذه السلسلة تتّحد طريق الموجة و«حصة» التبادل في صورة واحدة.

ثانيًا تجربتان كلاسيكيتان عبر سلسلة العتبات

١) الظاهرة الكهروضوئية: عتبة لون، بلا انتظار، الشدة تغيّر العدد
لمحة: رصد هرتز (١٨٨٧) شررًا تحت الأشعة فوق البنفسجية؛ وصاغ لينارد (١٩٠٢) ثلاث قواعد — عتبة لونية، انبعاث فوري، والشدة تغيّر عدد الإلكترونات لا طاقة كلّ واحد؛ ثم طرح أينشتاين (١٩٠٥) «حصص الطاقة»، وأثبتها ميليكن (١٩١٤–١٩١٦).

• عتبة اللون: على الإلكترون المقيّد أن يعبر بوابة المادة كي يخرج. «قوة» الحزمة الواحدة يحدّدها إيقاع المصدر — أي اللون. وإذا كان اللون أحمر أكثر من اللازم فإن الحزمة الواحدة لا تكفي، وزيادة الشدة تحت العتبة لا تنفع.
• من دون انتظار ملحوظ: لا تراكم بطيئًا؛ فإذا لامست الحزمة العتبة يحدث الإقفال فورًا.
• الشدة تغيّر «كمّ الحزم»، لا «طاقة كل إلكترون»: الشدة تحدّد عدد الحزم في الزمن، ومن ثَمّ التيار؛ أمّا طاقة الحزمة فترتبط باللون لا بالشدة.
• لماذا «واحدةً واحدة»: التكميم يعمل عند الطرفين؛ فالمصدر يطلق حزمًا كاملة، والمستقبل يبتلع حزمًا كاملة. تسير الحزمة وفق قواعد الموجة، أمّا عند نقطة التبادل فلا يتمّ إلا بحصة غير قابلة للتجزئة.

٢) تبعثر كومبتون: حزمة واحدة «تتعاقد» مرّة مع إلكترون واحد
استخدم كومبتون (١٩٢٣) أشعة سينية أحادية اللون على إلكترونات شبه حرّة؛ فكلّما زاد زاوية التبعثر ازداد الاحمرار، وفسّر ذلك بأنه تبادل وحيد مع إلكترون واحد؛ ونال نوبل (١٩٢٧).

• تبادل واحد لواحد: يغلق غلاف التوتّر مع بنية إلكترونية صالحة، فيتنازل عن قدر من الطاقة والاتجاه؛ لذا يحمرّ الضوء المتبعثر أكثر عند الزوايا الكبيرة.
• أحداث متقطّعة: عتبة المستقبل تفرض إقفالًا كاملًا في كل اصطدام — لا «نصف حصة» على إلكترونين.
• والموجة تَصوغ الشكل: قبل التبادل وبعده يتبع الغلاف قوانين الموجة؛ ولا تظهر القفزة إلا في لحظة التبادل.

ثالثًا نتيجة لازمة: ليس كل اضطرابٍ يقطع مسافةً طويلة
كثير من «الأضواء» تموت عند المصدر أو لا تغادر الحقل القريب، بسبب عتبة المسار:

• اتساق غير كافٍ: ينهار الغلاف عند الولادة فلا يسير كحزمة.
• نافذة غير مناسبة: التردد يقع ضمن نطاقات امتصاص قوي فيُلتهم سريعًا.
• عدم تطابق القناة: لا ممرّ ذا معاوقة منخفضة أو اتجاه غير مناسب، فتتبدّد الطاقة بسرعة.
  لكي يقطع اضطرابٌ مسافةً طويلة، لا بد أن يتشكّل بإتقان، وأن يقع ضمن نافذة شفافة، وأن يلائم قناةً متاحة.

رابعًا الاتساق مع النظريات الراسخة
١) نتوافق مع الكمّ: طاقة الفوتون تعتمد على التردد. في نظرية الخيوط تُردّ القفزات إلى عتبة التشكيل عند المصدر وعتبة الإقفال عند المستقبل، بلا كِيانات إضافية.
٢) لا تعارض مع الكهروديناميكا الكمّية التي ترى الفوتون كمًّا للمجال؛ إذ تقدّم نظرية الخيوط خريطة مادية: البحر يحدّد الانتشار والطور، والخيوط والمادة يحدّدان البوابات والإقفال.
٣) التداخل والحيود الكلاسيكيان محفوظان تمامًا: الموجة ترسم الطريق، والعتبات تُجري الحساب.

خامسًا نقاط موجزة

• الضوء حزمة موجية تنتشر وتتداخل كموجة في البحر.
• الحصص تنشأ من العتبات: التشكيل في المصدر والإقفال في المستقبل.
• الظاهرة الكهروضوئية تُظهر صرامة بوابة المستقبل: اللون يحسم عبور العتبة، والشدة تضبط تدفّق الحزم.
• تبعثر كومبتون يبيّن هندسة «حزمة واحدة — إلكترون واحد»: كلما كَبُرَت الزاوية اتّسعت التنازلات وازداد الاحمرار.
• ليس كل اضطراب يصبح «ضوءًا»: لا يذهب بعيدًا إلا ما تَشكّل جيدًا ووقع في نافذة شفافة ووافق قناة مناسبة؛ والباقي يَخبو قرب المصدر.

في هذه سلسلة العتبات لا يتعارض الموجي مع «الجسيمي»: الموجة تفتح الطريق والعتبة تحدّد الحصة. نرى الموجة في الطريق، ونسمع طعنةً/نقرةً عند موضع التبادل.