6.2 Émission spontanée et origines de la lumière

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Mécanisme unificateur : stocker → former un paquet → émettre

Nous ramenons toute émission lumineuse à trois pas.

• Emmagasiner l’énergie. Atomes, molécules, solides et plasmas portent l’énergie sous forme de configurations de tension plus ou moins serrées. Chauffage, accélération électrique, collisions focalisées ou réactions chimiques « hissent » la configuration et créent un stock de tension (états excités, accélérés, ionisés).
• Former le paquet (franchir le seuil d’émission). Lorsque la phase interne entre dans une zone propice et que les micro-ondulations de la Mer d’énergie (Energy Sea) donnent l’impulsion, le système franchit une porte de libération et compacte une enveloppe cohérente de tension — un paquet de lumière qui se propage comme une onde. Point clé : la formation est soumise à un seuil. En dessous, rien ne « suinte » ; au seuil, un paquet entier apparaît — première source de la discrétisation côté source.
• Émettre et propager (franchir le seuil de trajet). La portée dépend d’un seuil de trajet : cohérence suffisante, fréquence dans une fenêtre transparente, orientation/canal appariés. Sinon, absorption, thermalisation ou diffusion près de la source. À la rencontre d’un récepteur (électron, molécule, pixel), il faut franchir un seuil de fermeture pour compter une absorption/émission ; la porte est indivisible, d’où la discrétisation côté récepteur.

En résumé : le seuil de formation règle l’émission ; le seuil de trajet fixe la distance ; le seuil de fermeture règle la réception. Cette chaîne de seuils rattache la propagation ondulatoire à la comptabilité « par portions ».

Pourquoi l’émission peut être « spontanée »

• États excités coûteux : la configuration hissée est plus tendue et cherche naturellement la pente descendante lorsque la phase approche une zone libérable.
• Bruit de fond de la mer : la mer n’est jamais immobile ; des micro-perturbations à large bande frappent sans cesse.
• Un coup au bon moment libère le paquet : phase en place + légère impulsion → seuil franchi → paquet éjecté.
• Émission stimulée = seuil abaissé : une onde externe en phase abaisse la porte de libération ; les émissions se verrouillent en phase et partent en formation (laser).
• L’« émission spontanée » est donc la conjonction état excité + bruit de fond + seuil de libération, non un tour de magie.

Les grandes « sources de lumière » (par cause physique)

Chaque famille suit stocker → former → émettre, avec des variantes sur l’origine du stock, la façon de franchir le seuil et le canal emprunté.

1. Émission de raies (sauts atomiques/moléculaires)
   • Stock : configurations électroniques hissées (excitation, capture après ionisation).
   • Formation : phase en zone émissive + impulsion du bruit → paquet cohérent ; fréquence verrouillée sur la cadence interne.
   • Émission : quasi isotrope ; largeur de raie fixée par la durée de vie (plus courte → plus large) et la décohérence environnementale (collisions, rugosité de champ).
   • Retard (fluorescence/phosphorescence) : états métastables ferment la porte plus longtemps ; retards et compétitions de canaux apparaissent.
2. Rayonnement thermique (corps noir/quasi-noir)
   • Stock : myriades de micro-processus échangent l’énergie près de la surface.
   • Formation : d’innombrables petits paquets sont retraités aux frontières rugueuses et noircis statistiquement.
   • Émission : spectre fixé par la température, directions quasi isotropes, faible cohérence ; l’émissivité et la polarisation gardent l’empreinte de la tension/ rugosité de surface.
3. Charges accélérées (synchrotron/courbure, freinage)
   • Synchrotron/courbure : charges forcées de tourner forment et jettent des paquets en continu — forte directivité, forte polarisation, large bande.
   • Bremsstrahlung : décélération brutale en champ coulombien : la carte de tension est réécrite d’un coup et un paquet large bande est éjecté (fort en milieux denses/à Z élevé).
4. Recombinaison (capture d’électron libre)
   • Stock : un « puits » ionique capture un électron et passe d’une configuration plus tendue à plus « économe ».
   • Formation/émission : l’écart franchit le seuil et un paquet sort.
   • Signature : séries de raies nettes — le « néon » des nébuleuses et plasmas.
5. Annihilation (dé-nouage d’enroulements opposés)
   • Stock : enroulements stables et opposés se rencontrent et se défont.
   • Formation/émission : le stock devient deux paquets contra-propagants (étroits, corrélés en direction), p. ex. la célèbre paire ٠٫٥١١ MeV.
6. Tcherenkov (cône de vitesse de phase)
   • Stock : une charge court plus vite que la vitesse de phase du milieu.
   • Formation/émission : la phase est déchirée le long d’un cône ; un halo bleu est empaqueté ; l’angle dépend de la vitesse de phase.
   • Canal : cas particulier d’un seuil de trajet franchi en continu.
7. Non-linéaire et mélanges (conversion, somme/différence, Raman)
   • Stock : champs optiques externes apportent l’énergie ; la non-linéarité redistribue.
   • Formation/émission : avec appariement de phase et canal aligné, un paquet à nouvelle fréquence sort (stimulé ou spontané) ; directivité et cohérence dépendent fortement de la géométrie et de la tension du matériau.

Trois attributs de l’« apparence » : largeur de raie, directivité, cohérence

• Largeur de raie : des durées plus courtes laissent moins de temps pour « affiner » la fréquence → raies plus larges ; un environnement bruyant (collisions, champs rugueux) accroît la décohérence.
• Directivité/polarisation : fixées par la géométrie de champ proche et les gradients de tension. Les atomes libres émettent presque isotropiquement ; près d’un champ magnétique, d’un canal collimaté ou d’une interface, l’émission devient fortement dirigée et polarisée.
• Cohérence : un tir unique est cohérent ; le retraitement multiple mène à une faible cohérence (lumière thermique) ; l’émission stimulée et verrouillée en phase peut pousser la cohérence au maximum (laser).

Tout ne devient pas lumière « qui voyage loin » : le seuil de trajet filtre

• Cohérence insuffisante : l’enveloppe se brise à la naissance et n’avance pas en paquet.
• Fenêtre inadaptée : fréquence dans des bandes d’absorption forte, tuée près de la source.
• Canal mal apparié : sans corridor à faible impédance ou mal orienté, l’énergie se dissipe vite.
• Pour voyager loin, il faut enveloppe propre + fréquence en fenêtre + canal apparié.

Concordance avec les cadres établis

• Coefficients A/B d’Einstein : en EFT, la spontanéité = « coups du bruit + seuil de libération », l’émission stimulée = « verrouillage de phase + abaissement du seuil ».
• Électrodynamique quantique : calcule finement l’interaction des quanta de champ ; l’EFT ajoute la carte formation → trajet → fermeture pour expliquer pourquoi discret, pourquoi propagable, pourquoi détectable.
• Électrodynamique classique (« une charge accélérée rayonne ») : en EFT, le paysage de tension est réécrit en continu → formation et largage continus de paquets.

En résumé

• Émission spontanée = un état excité, chahuté par le bruit de fond, franchit le seuil et éjecte un paquet.
• La lumière arrive par paquets en raison des seuils de formation (source) et de fermeture (récepteur).
• D’où vient la lumière : raies, thermique, synchrotron/courbure, freinage, recombinaison, annihilation, Tcherenkov, conversion non linéaire — même recette en trois temps, sauces différentes.
• Largeur–direction–cohérence dépendent des durées de vie, de l’environnement, de la géométrie et de la tension.
• Toute perturbation ne devient pas lumière lointaine : enveloppe propre + fenêtre conforme + canal apparié sont indispensables.

En une phrase : la lumière est une onde empaquetée dans la mer ; la discrétisation vient des seuils — la source fixe la couleur, la route sculpte la forme, la porte règle la capture.