6.2 Emisi spontan dan asal cahaya

Beranda ／ Bab 6: Ranah kuantum

Mekanisme terpadu: menyimpan → membentuk paket → memancarkan
Setiap emisi cahaya dapat diringkas menjadi tiga tahap.

• Menyimpan energi (persediaan). Atom, molekul, padatan, dan plasma menyimpan energi dalam konfigurasi tegangan yang lebih/kurang rapat. Pemanasan, percepatan listrik, tumbukan terfokus, atau reaksi kimia mengangkat konfigurasi dan membuat persediaan tegangan (keadaan tereksitasi, dipercepat, terionisasi).
• Membentuk paket (melewati ambang pelepasan). Fase internal masuk zona siap-lepas; riak latar Lautan Energi (Energy Sea) mendorong; sistem menyeberangi gerbang pelepasan dan memadatkan selubung koheren tegangan — paket cahaya yang merambat sebagai gelombang. Poin kunci: pembentukan itu bertingkat ambang. Di bawah ambang tak ada “setengah suap”; di ambang lahir satu paket utuh — sumber pertama sifat diskret di sisi sumber.
• Memancarkan dan merambat (melewati ambang lintasan). Jangkauan ditentukan ambang lintasan: mutu koherensi, frekuensi di jendela tembus, dan kecocokan orientasi/kanal. Terpenuhi → jauh; jika tidak → diserap, ditermalisasi, atau tersebar dekat sumber. Saat bertemu penerima (elektron, molekul, piksel), berlaku ambang penutupan: hanya setelah melewatinya penyerapan/emisi dihitung. Karena gerbang tak terbagi, deteksi terjadi paket demi paket — diskret di sisi penerima.

Singkatnya: ambang pembentukan menetapkan cara emisi; ambang lintasan memutuskan seberapa jauh; ambang penutupan menetapkan cara diterima. Rantai ambang ini menyatukan perambatan gelombang dengan pembukuan “per porsi”.

Mengapa bisa “spontan”

• Keadaan tereksitasi mahal: konfigurasi yang terangkat lebih tegang dan cenderung relaks ketika fase mendekati zona lepas.
• Laut selalu berisik (Tension Background Noise, TBN): mikro-gangguan pita-lebar terus mengetuk.
• Ketika ketukan tepat, pintu terbuka: fase siap + dorongan kecil → ambang dilampaui → paket cahaya keluar.
• Emisi terstimulasi hanya menurunkan ambang: gelombang se-fase mengunci fase dan menurunkan pintu; banyak pelepasan berangkat selaras (laser).
  Jadi emisi spontan = keadaan tereksitasi + derau latar + ambang pelepasan yang bekerja serempak.

Sumber-sumber cahaya utama (berdasar penyebab fisika)
Semuanya mengikuti menyimpan → membentuk → memancarkan, dengan variasi pada asal stok, cara melewati ambang, dan kanal yang membawa paket.

1. Emisi garis (loncatan atom/molekul)
   • Stok: konfigurasi elektron terangkat (eksitasi, tangkapan setelah ionisasi).
   • Pembentukan: fase masuk zona emisif; derau mendorong; lahir paket koheren; frekuensi terkunci pada irama internal.
   • Pelepasan: hampir isotropik; lebar garis ditentukan umur (lebih singkat → lebih lebar) dan dekohersi lingkungan (tumbukan, kekasaran medan).
   • Tertunda (fluoresensi/fosforesensi): keadaan metastabil menahan pintu lebih lama; muncul tunda atau kompetisi kanal.
2. Radiasi termal (benda hitam/kuasi)
   • Stok: miliaran mikroproses bertukar energi di dekat permukaan.
   • Pembentukan: tak terhitung paket kecil diproses ulang di batas yang kasar dan menghitam secara statistik.
   • Pelepasan: spektrum ditetapkan temperatur; arah nyaris isotropik; koherensi lemah; emisivitas dan polarisasi tetap dipengaruhi tegangan/kekasaran permukaan.
3. Muatan dipercepat (siklotron/kurvatur, bremsstrahlung)
   • Siklotron/kurvatur: muatan yang dipaksa membelok membentuk dan melepaskan paket terus-menerus — sangat terarah, sangat terpolarisasi, pita lebar.
   • Bremsstrahlung: perlambatan tajam di medan Coulomb menulis ulang tegangan lokal dan menembakkan paket pita lebar; kuat di medium rapat/Z tinggi.
4. Rekombinasi (tangkapan elektron bebas)
   • Stok: “saku” ion menangkap elektron dan pindah dari lebih tegang ke lebih “hemat”.
   • Pembentukan/pelepasan: selisih energi melewati ambang dan paket keluar.
   • Jejak: deret garis tajam — “neon” nebula dan plasma.
5. Annihilasi (membuka lilitan berlawanan)
   • Stok: lilitan stabil berlawanan bertemu lalu terurai.
   • Pembentukan/pelepasan: stok hampir seluruhnya menjadi dua paket berlawanan arah (sempit, searah-kembar), mis. 0,511 MeV yang terkenal.
6. Čerenkov (kerucut kecepatan fase)
   • Stok: muatan melaju melampaui kecepatan fase medium.
   • Pembentukan/pelepasan: fase “robek” di sepanjang kerucut; terkemas pijar kebiruan; sudut ditetapkan kecepatan fase.
   • Kanal: kasus khusus ambang lintasan yang terus dilampaui.
7. Nonlinier & pencampuran (konversi, jumlah/selisih, Raman)
   • Stok: medan optik eksternal memasok energi; nonlinieritas mendistribusi ulang.
   • Pembentukan/pelepasan: dengan pencocokan fase dan kanal terselaraskan, terbit paket frekuensi baru (terstimulasi atau spontan); arah dan koherensi sangat bergantung pada geometri serta tegangan material.

Tiga “tampilan” yang lahir dari dasar: lebar garis, arah, koherensi

• Lebar garis: umur lebih pendek → waktu lebih sedikit untuk “menajamkan” frekuensi → garis lebih lebar; lingkungan lebih bising (tumbukan, medan kasar) mempercepat dekohersi dan melebarkan.
• Arah/polarisasi: ditetapkan geometri medan dekat dan gradien tegangan. Atom bebas cenderung isotropik; dekat medan magnet, kanal kolimator atau antarmuka, emisi dibentuk jadi sangat terarah dan terpolarisasi.
• Koherensi: satu kali pelepasan itu koheren; banyak pemrosesan ulang menurunkan koherensi (cahaya termal); penguncian fase terstimulasi bisa memaksimalkannya (laser).

Tidak semua gangguan menjadi cahaya jarak jauh: ambang lintasan menyaring

• Koherensi kurang: selubung pecah saat lahir, tak bisa berjalan sebagai paket.
• Jendela tak cocok: frekuensi jatuh ke pita serapan kuat dan mati dekat sumber.
• Kanal tidak serasi: tanpa koridor impedansi-rendah atau dengan orientasi salah, energi cepat hilang.
  Agar jauh, paket harus selubung bersih + frekuensi di jendela + kanal serasi sekaligus.

Selaras dengan teori mapan

• Koefisien A/B Einstein: dalam EFT, spontan = “ketukan derau + ambang pelepasan”; terstimulasi = “penguncian fase + ambang diturunkan”.
• Elektrodinamika kuantum: menghitung interaksi kuanta-medan secara presisi; EFT menambah peta pembentukan → lintasan → penutupan untuk menjelaskan mengapa diskret, mengapa bisa merambat, mengapa terdeteksi.
• Elektrodinamika klasik (“muatan dipercepat memancar”): dalam bahasa EFT, relief tegangan ditulis ulang terus-menerus → pembentukan & pelepasan paket kontinu.

Sebagai ringkasan

• Emisi spontan = keadaan tereksitasi yang, didorong derau latar, melampaui ambang lalu menembakkan paket.
• Cahaya datang per paket karena ambang pembentukan (sumber) dan ambang penutupan (penerima).
• Asal cahaya: garis, termal, siklotron/kurvatur, bremsstrahlung, rekombinasi, annihilasi, Čerenkov, konversi nonlinier — resep tiga langkah yang sama, beda penyajian.
• Lebar–arah–koherensi ditentukan umur, lingkungan, geometri, dan tegangan.
• Tidak semua gangguan jadi cahaya jarak jauh: paket bersih + jendela tepat + kanal serasi wajib hadir.