Thuyết Năng Lượng Thống Nhất (UET)

1. Phổ Sóng Điện Từ Trong UET

Sóng điện từ là các dao động trong trường \( E(r,t) \), được phân loại theo tần số (\( \nu \)) hoặc bước sóng (\( \lambda \)). Trong UET, tần số càng cao, năng lượng thế của photon (\( E_p = h\nu \)) càng lớn, và độ dốc năng lượng \( \nabla E \) càng mạnh, dẫn đến tương tác mạnh hơn với vật chất. Dưới đây là phổ sóng điện từ:

• Sóng Radio (~3 Hz–300 MHz, ~100 km–1 m): Dao động dài, năng lượng thế thấp (\( E_p \approx 10^{-26}–10^{-19} \, \text{J} \)). \( \nabla E \) yếu, phù hợp cho lan truyền xa.
• Sóng Vi Ba (~300 MHz–300 GHz, ~1 m–1 mm): Năng lượng thế trung bình (\( E_p \approx 10^{-19}–10^{-16} \, \text{J} \)). \( \nabla E \) điều khiển chuyển năng lượng thành nhiệt.
• Hồng Ngoại (~300 GHz–430 THz, ~1 mm–700 nm): Năng lượng thế \( E_p \approx 10^{-16}–10^{-19} \, \text{J} \). Dao động trong \( E(r,t) \) chuyển năng lượng thế thành nhiệt.
• Ánh Sáng Khả Kiến (~430–750 THz, ~700–380 nm): Năng lượng thế \( E_p \approx 10^{-19}–10^{-18} \, \text{J} \). Photon là điểm năng lượng nén, di chuyển theo \( \nabla E \).
• Tia Tử Ngoại (UV) (~750 THz–30 PHz, ~380–10 nm): Năng lượng thế \( E_p \approx 10^{-18}–10^{-16} \, \text{J} \). \( \nabla E \) mạnh, kích thích electron.
• Tia X (~30 PHz–30 EHz, ~10–0.01 nm): Năng lượng thế \( E_p \approx 10^{-16}–10^{-14} \, \text{J} \). Dao động mạnh trong \( E(r,t) \).
• Tia Gamma (>30 EHz, <0.01 nm): Năng lượng thế cao nhất (\( E_p \approx 10^{-14}–10^{-12} \, \text{J} \)). Dao động cực mạnh trong \( E(r,t) \).

2. Bản Chất Sóng Điện Từ Trong UET

Sóng điện từ là dao động đồng thời của điện trường \( \mathcal{E} \) và từ trường \( \mathcal{B} \) trong trường \( E(r,t) \), lan truyền với tốc độ ánh sáng:

Trong đó \( \epsilon_0 \approx 8.854 \times 10^{-12} \, \text{F/m} \) (hằng số điện môi), \( \mu_0 \approx 4\pi \times 10^{-7} \, \text{H/m} \) (hằng số từ thẩm). Trong UET, tốc độ này là kết quả của dao động năng lượng trong \( E(r,t) \), với độ dốc năng lượng \( \nabla E \) xác định hướng lan truyền từ vùng năng lượng thế cao sang thấp.

Trong môi trường vật chất, tốc độ sóng giảm do tương tác với electron, làm tăng mật độ năng lượng trong \( E(r,t) \):

Ví dụ, trong nước (\( \epsilon_r \approx 80 \), \( \mu_r \approx 1 \), chiết suất \( n \approx 1.33 \)), tốc độ ánh sáng giảm: \( v \approx 2.25 \times 10^8 \, \text{m/s} \). Trong UET, sự giảm này là do \( \nabla E \) tăng, khiến photon chuyển sang trạng thái năng lượng thế thấp hơn.

3. Ánh Sáng: Điểm Năng Lượng Nén Trong UET

Ánh sáng khả kiến (380–760 nm) là dao động trong \( E(r,t) \), với photon là các điểm năng lượng nén mang năng lượng thế \( E_p = h\nu \). Theo UET, photon di chuyển từ vùng năng lượng thế cao (như nguồn phát từ Mặt Trời) sang vùng năng lượng thế thấp (như mắt người hoặc bề mặt vật thể), được điều khiển bởi độ dốc năng lượng:

Trong đó \( k_e \approx 8.99 \times 10^9 \, \text{N·m}^2/\text{C}^2 \), \( q \) là điện tích (như electron), \( r \) là khoảng cách, \( \hat{r} \) là vector đơn vị. \( \nabla E \) khiến photon di chuyển theo hướng giảm năng lượng thế, tuân theo nguyên lý tối thiểu năng lượng.

4. Năng Lượng Thế và Độ Dốc Năng Lượng Trong Ánh Sáng

Trong UET, năng lượng thế của photon được xác định bởi:

Trong đó \( h \approx 6.626 \times 10^{-34} \, \text{J·s} \), \( \nu \) là tần số. Năng lượng thế \( E_p \) tăng theo tần số, với tia gamma (\( E_p \approx 10^{-14} \, \text{J} \)) có năng lượng thế cao hơn sóng radio (\( E_p \approx 10^{-26} \, \text{J} \)). Độ dốc năng lượng \( \nabla E \) điều khiển sự lan truyền và tương tác của photon:

Các tương tác chính:

• Phản xạ: Photon bật lại khi \( \nabla E \) không đủ để kích thích electron, giữ nguyên \( E_p \). Ví dụ: gương phản xạ ánh sáng khả kiến.
• Hấp thụ: Photon chuyển \( E_p \) thành nhiệt hoặc động năng electron. Ví dụ: photon hồng ngoại làm nóng bề mặt.
• Phát xạ: Electron rơi từ trạng thái năng lượng thế cao (\( E_{p,\text{cao}} \)) xuống thấp (\( E_{p,\text{thấp}} \)), phát ra photon với \( \Delta E_p = h\nu \). Trong UET, \( \nabla E \) điều khiển quá trình này.

Ví dụ: Trong hiệu ứng quang điện, photon tím (\( \nu \approx 750 \, \text{THz} \), \( E_p \approx 4.97 \times 10^{-19} \, \text{J} \)) kích thích electron thoát khỏi kim loại (\( W = 2 \times 10^{-19} \, \text{J} \)), với động năng \( E_k = E_p - W \approx 2.97 \times 10^{-19} \, \text{J} \). \( \nabla E \) đảm bảo chuyển năng lượng thế hiệu quả.

5. Kết Luận

Trong UET, sóng điện từ và ánh sáng là các dao động năng lượng trong trường \( E(r,t) \), với photon là các điểm năng lượng nén mang năng lượng thế \( E_p = h\nu \). Độ dốc năng lượng \( \nabla E \) điều khiển sự lan truyền và tương tác của photon, từ vùng năng lượng thế cao sang thấp, tuân theo nguyên lý tối thiểu năng lượng. Cách tiếp cận này cung cấp một góc nhìn thống nhất và đơn giản về bản chất của ánh sáng và sóng điện từ trong vũ trụ.