٦٫٢ الإشعاع التلقائي ومن أين تأتي الضوء

الصفحة الرئيسية ／ ٦. المجال الكمي

الآلية الموحَّدة: التخزين ← تشكيل الحزمة ← الإطلاق
يمكن اختزال كل حدث ضوئي إلى ثلاث خطوات:

• تخزين الطاقة (المخزون). تحتفظ الذرّات والجزيئات والمواد الصلبة والبلازما بالطاقة في تراكيب توتّر مشدودة أو مرخوة. الرفع الحراري أو التسريع الكهربائي أو التصادمات المركّزة أو التفاعلات الكيميائية يرفع التكوين ويُنشئ مخزونًا من التوتّر (حالاتٍ مثارة أو مُسرَّعة أو مؤيَّنة).
• تشكيل الحزمة (تجاوز عتبة الإطلاق). حين تدخل الطور الداخلي منطقة صالحة للإطلاق، وتدفعه تموّجات بحر الطاقة دفعًا خفيفًا، يعبر النظام بوابة التحرير ويضغط غلافًا متماسكًا من التوتّر — حزمة ضوئية تنتشر كموجة. النقطة الحاسمة: التشكيل مرهون بعتبة؛ دون العتبة لا «نصف حِصّة»، وعندها تخرج حِصّةٌ كاملة — وهذا أصل التكميم عند المصدر.
• الإطلاق والانتشار (تجاوز عتبة المسار). المدى يقرّره عتبة المسار: جودة الاتساق، وتوافق التردد مع نافذة شفافة، واصطفاف الاتجاه/القناة. إن تحققت الشروط امتدّ الضوء بعيدًا، وإلّا امتصّته البيئة أو سخّنته أو بعثرته قرب المصدر. وعند لقاء المستقبل (إلكترون أو جزيء أو بكسل) لا يُحسَب الامتصاص/الإطلاق إلا بعد عبور عتبة الإقفال؛ والبوابة غير قابلة للتجزئة، لذا يحدث الرصد حزمةً حزمة.

خلاصة: عتبة التشكيل تضبط كيف نطلق، وعتبة المسار تضبط إلى أي مدى نصل، وعتبة الإقفال تضبط كيف نستقبل. بهذه سلسلة العتبات تتّحد فيزياء الموجة مع «محاسبة الحِصص».

لماذا يكون «تلقائيًا»

• الحالات المثارة مُكلفة: التكوين المرتفع أشدّ توتّرًا ويميل إلى الهبوط حين يقترب الطور من حيّز الإطلاق.
• البحر دائم الضجيج (توتّر الخلفية): اضطراباتٌ عريضة الطيف تطرق الباب باستمرار.
• طَرقٌ في اللحظة المناسبة يفتح الباب: طورٌ حاضر ودَفعةٌ خفيفة → عتبةٌ مجتازة → حزمةٌ من الضوء.
• الإشعاع المحرَّض يخفض العتبة فقط: موجةٌ خارجيةٌ مُتطابقة الطور تقفل الطور وتخفّض الباب؛ فتخرج انبعاثاتٌ عديدةٌ متزامنة (ليزر).

أهم «مصادر الضوء» (بحسب السبب الفيزيائي)
تسير كل الفئات على تخزين ← تشكيل ← إطلاق، مع اختلافٍ في منشأ المخزون، وكيف تُجتاز العتبة، وأيّ قناة تحمل الحزمة.

1. إشعاع الخطوط (هبوطات ذرّية/جزيئية)
   • المخزون: رفعُ ترتيباتٍ إلكترونية (إثارة، أو أسرٌ بعد التأيّن).
   • التشكيل: دخول الطور حيّز الإطلاق؛ يدفع ضجيجُ البحر فتتكوّن حزمةٌ متماسكة؛ التردد يتقفل على إيقاع داخلي.
   • الإطلاق: شبه متساوٍ في الجهات؛ عرض الخط تحدّده الأعمار القصيرة (أقصر → أوسع) وديكوهيرنس الاصطدامات وخشونة الحقول.
   • تأخّر ضوئي (فلورة/فوسفور): حالاتٌ شبه مستقرة تُبقي الباب مغلقًا أطول، فتظهر تأخيرات وتنافس قنوات.
2. الإشعاع الحراري (جسم أسود/شبه أسود)
   • المخزون: عملياتٌ مجهرية لا تُحصى تتبادل الطاقة قرب السطح.
   • التشكيل: حزمٌ صغيرة لا تُعدّ تُعاد معالجتها عند حدودٍ خشنة فـتسود إحصائيًا.
   • الإطلاق: الطيف تحدّده الحرارة؛ الاتجاهات شبه متساوية؛ الاتساق ضعيف؛ غير أنّ الإصدار والاستقطاب يتبعان شدّ السطح وخشونته.
3. شحناتٌ معجَّلة (سينكروترون/انحناء، وفرملة)
   • سينكروترون/انحناء: المسارات المنحنية تُشكِّل وتطرح حزمًا على الدوام — توجيهٌ قوي واستقطابٌ عالٍ ونطاقٌ عريض.
   • الفرملة: تباطؤٌ حادّ في مجالٍ كولومبي يعيد كتابة شدٍّ محلي ويقذف حزمةً عريضة النطاق؛ أقوى في أوساطٍ كثيفةٍ وذات Z عالٍ.
4. إشعاع إعادة الارتباط (أسرُ إلكترونٍ حرّ)
   • المخزون: «جيبٌ» أيوني يأسر إلكترونًا ويهبط من تكوينٍ أشدّ توتّرًا إلى حالةٍ أيسر.
   • التشكيل/الإطلاق: فرقُ الطاقة يتجاوز العتبة فتخرج الحزمة.
   • البصمة: سلاسل خطوطٍ حادّة — «نيون» السُّدُم والبلازما.
5. الإبادة (فكّ لفّين متعاكسين)
   • المخزون: لفّاتٌ مستقرة متعاكسة تلتقي فتتفكك.
   • التشكيل/الإطلاق: يتحوّل المخزون تقريبًا كلّه إلى حزمتين متعاكستين (ضيقتين ومتقارنتي الاتجاه)، مثل ٠٫٥١١ MeV الشهيرة.
6. تشيرينكوف (مخروط سرعة الطور)
   • المخزون: شحنةٌ تسبق سرعة الطور في الوسط.
   • التشكيل/الإطلاق: يُمزّق الطور على مخروطيّةٍ زرقاء؛ يحدّد الزاويةَ مقدارُ سرعة الطور.
   • القناة: حالة خاصة من تجاوزٍ مستمر لعتبة المسار.
7. لاخطّيّةٌ ومزج (تحويل، جمع/طرح، رامان)
   • المخزون: حقولٌ ضوئية خارجية تزوّد الطاقة؛ اللاخطّيّة تعيد توزيعها.
   • التشكيل/الإطلاق: مع تطابق الطور واصطفاف القناة، تخرج حزمةٌ بتردد جديد (محرَّضة أو تلقائية)؛ الاتجاهيةُ والاتساق يعتمدان بقوة على الهندسة وشدّ المادة.

كيف تُحدَّد ثلاثة ملامح: عرض الخط، التوجيهية، الاتساق

• عرض الخط: الأعمار الأقصر لا تسمح «بشحذ التردد» — فتتسع الخطوط؛ والبيئة الأكثر ضجيجًا (تصادمات، حقول خشنة) تعجّل الديكوهيرنس وتوسّع العرض.
• التوجيهية/الاستقطاب: يحكمهما هندسة الحقل القريب وتدرّجات الشدّ. الذرّات الحرّة تُشعّ شبه متساوية؛ قرب مجالٍ مغناطيسي أو قناةٍ مضمّمة أو سطحٍ فاصل تتشكّل حزمٌ موجّهةٌ ومستقطبة بقوة.
• الاتساق: الإطلاق المفرد متسقٌ في الأصل؛ إعادة المعالجة المتكرّرة تقوده إلى اتساقٍ منخفض (ضوءٌ حراري)؛ أمّا القفل الطوري المحرَّض فيمكن أن يرفعه إلى حدّه الأقصى (ليزر).

ليس كل اضطرابٍ يصير ضوءًا بعيد المدى: عتبة المسار تُصفّي

• اتساقٌ ضعيف: ينهار الغلاف عند الولادة فلا يسافر كحزمة.
• نافذةٌ غير مناسبة: يقع التردد في نطاقات امتصاصٍ قوي فينطفئ قرب المصدر.
• قناةٌ غير متطابقة: بلا ممرٍّ منخفض المعاوقة أو مع توجيهٍ سيئ تتبدّد الطاقة سريعًا.
  ولكي يذهب بعيدًا، لا بد من غلافٍ نظيف + ترددٍ ضمن النافذة + قناةٍ متطابقة معًا.

التوافق مع الأطر الراسخة
١) معاملات أينشتاين A/B: في هذا التصوّر التلقائي = «طرقات الضجيج + عتبة التحرير»، والمحرَّض = «قفلٌ طوري + عتبة مخفّضة».
٢) الكهروديناميكا الكمّية: تحسب تآثر كمّات المجال بدقة؛ ويضيف هذا التصوّر خريطة تشكيل ← مسار ← إقفال لتفسير لماذا المتقطع ولماذا قابلٌ للانتشار ولماذا قابلٌ للرصد.
٣) الكهروديناميكا الكلاسيكية («شحنةٌ معجَّلة تشعّ»): بلغة هذا التصوّر تُعاد كتابة طبوغرافيا الشدّ باستمرار، فتنتج حزمٌ تتكوّن وتُطرَح على نحوٍ متواصل.

خلاصةً

• الإشعاع التلقائي = حالةٌ مثارة، تدفعها ضوضاء الخلفية، تتجاوز العتبة وتطلق حزمةً واحدة.
• يصل الضوء حزمةً حزمة بسبب عتبة التشكيل لدى المصدر وعتبة الإقفال لدى المستقبل.
• مصادر الضوء: خطوط، حراري، سينكروتروني/انحنائي، فرملـة، إعادة ارتباط، إبادة، تشيرينكوف، تحويلٌ لاخطّي — وصفةٌ من ثلاث خطوات تتعدّد طرق تقديمها.
• العرض والتوجيه والاتساق تحدّدها الأعمار والبيئة والهندسة والشدّ مجتمعة.
• ليس كل اضطرابٍ يهبُ ضوءًا بعيد المدى: حزمةٌ نظيفة + نافذة صحيحة + قناةٌ متطابقة شروطٌ لا غنى عنها.