Các Tính Chất của Ánh Sáng — Sáng Tối, Đổ Bóng, Đường Đi, Phản Chiếu, Khúc Xạ

Ánh sáng, trong Thuyết Thái Cực Vạn Vật, là một mẫu lật lan truyền của lớp phủ — sự đổi mặt sáng/tối của các Node Thái Cực đi dọc theo rìa ngoài của sợi dây thời gian ở tốc độ cập nhật của lớp phủ là $c$ . Từ một cơ chế đó, mọi tính chất quan sát được của ánh sáng — độ sáng, bóng, sự lan truyền đường thẳng, phản chiếu, khúc xạ, độ trong suốt, độ đục — xuất hiện tự nhiên không cần định đề bổ sung. Trang này đi qua các hiện tượng quang học chính và cho thấy mỗi cái được giải thích bởi động học mẫu lật cơ sở ra sao.

Ánh sáng là lớp phủ đang lật các mặt sáng/tối của nó trong một sóng phối hợp lan truyền ở $c$ . Mọi tính chất của ánh sáng theo từ một sự thật này: độ sáng = bao nhiêu node đang lật đồng pha mạch lạc tại một vị trí cho trước; độ tối = sự vắng mặt của sự lật mạch lạc như vậy; bóng = nơi sự lật mạch lạc bị chặn không đến được; phản chiếu = mẫu lật của lớp phủ nảy khỏi một bề mặt không khớp pha; khúc xạ = lớp phủ cập nhật chậm hơn qua một vùng vật chất dày; độ trong suốt = một môi trường không chặn pha mẫu lật; độ đục = một môi trường có chặn. Một cơ chế, mọi hiện tượng quang học.

Độ sáng và độ tối — số lượng node lật đồng pha

Độ sáng của bất kỳ vùng không gian nào là số Node Thái Cực đang đồng thời lật đồng pha mạch lạc tại vị trí đó. Sáng có nghĩa là nhiều node phối hợp; mờ có nghĩa là ít; tối có nghĩa là gần như không có (ở Càn — các node vẫn đang lật, chỉ ở các lát không-Càn, nên ta không thể ghi nhận chúng — xem Khoảng Không Cũng Là Node Thái Cực). Mặt Trời sáng vì quang quyển có $\sim 1 0^{30}$ node mỗi giây tập thể lật đồng bộ, phát mẫu lật đó ra ngoài. Một ngọn nến mờ vì chỉ $\sim 1 0^{18}$ node lật được phối hợp. Không gian liên-sao-trống trông tối không phải vì nó trống (nó có cùng mật độ node như bất cứ nơi nào khác) mà vì gần như không có node nào đang lật theo kiểu mạch-lạc-Càn tại bất kỳ khoảnh khắc nào.

Cường độ sáng giảm theo $1/ r^{2}$ từ một nguồn điểm vì cùng lý do hình học mà hấp dẫn và lực điện làm vậy: mẫu lật mạch lạc trải trên một vỏ cầu đang mở rộng có diện tích bề mặt tăng như $4 π r^{2}$ , nên số node lật đến bất kỳ đơn vị diện tích nào giảm theo $1/ r^{2}$ . Đây không phải một định luật đặc biệt của quang học; đó là cái hình học 3D buộc lên bất kỳ sự xáo trộn lớp phủ lan toả nào.

Bóng — nơi mẫu lật không thể đến được

Một bóng là vùng không gian mà các mẫu lật mạch lạc từ một nguồn ánh sáng cụ thể không thể đến vì có vật gì đó cản đường. 'Vật gì đó' là vật chất — một vùng mà các node của nó đang lật theo kiểu không-mạch-lạc hoặc không-khớp-pha hấp thụ mẫu lật đến thay vì cho nó qua. Hình học của bóng theo từ hình học của cách các mẫu lật di chuyển: theo đường thẳng từ nguồn, bị vật cản chặn, với bóng kéo dài sau nó theo đúng hình dạng 3D mà hình học nguồn–vật–nền sản sinh.

Bóng sắc cạnh (umbra) được sản sinh bởi một nguồn ánh sáng giống điểm — mỗi đường lật từ điểm đó hoặc đến màn không bị cản hoặc bị chặn hoàn toàn. Ranh giới sạch về mặt hình học.
Bóng cạnh mềm (penumbra) được sản sinh bởi một nguồn ánh sáng mở rộng (như Mặt Trời, không phải một điểm mà là một đĩa). Các đường lật đến từ nhiều góc hơi khác nhau; một số bị chặn, các số khác đi qua, và ranh giới dần dần. Độ rộng penumbra được quyết định bởi kích thước nguồn, khoảng cách vật cản, và hình học của các tia.
Bóng có màu xuất hiện khi vật cản chặn một dải bước sóng nhưng cho các dải khác qua. Kính cửa sổ có màu ném các bóng có màu vì nó hấp thụ ưu tiên các dải tốc độ lật nhất định; các cửa sổ kính màu nhuộm chiếu các vệt có màu bằng cùng cơ chế. Màu là cái sống sót sự hấp thụ chọn lọc của vật cản (xem Màu sắc và Tán xạ Ánh sáng).
Bóng nhật/nguyệt thực là phiên bản quy mô vũ trụ: thân Mặt Trăng chặn mẫu lật của Mặt Trời không đến được một phần Trái Đất, tạo một umbra sắc (nơi Mặt Trăng che hoàn toàn Mặt Trời) được bao quanh bởi một penumbra một phần. SPT tiên đoán cùng hình học như quang học chuẩn; cơ chế giống hệt — các mẫu lật mạch lạc di chuyển theo đường thẳng, bị chặn bởi một khối lượng không khớp pha.

Vì sao ánh sáng đi theo đường thẳng (và khi nào không)

Một mẫu lật lan truyền theo hướng giảm sức căng pha dọc lớp phủ. Trong không gian trống phẳng, hướng đó là một đường thẳng — lớp phủ đồng nhất và mẫu lật trải hướng tâm không có sự uốn ưu tiên. Đây là lý do ánh sáng có vẻ đi theo đường thẳng trong cuộc sống hằng ngày, vì sao ta có thể dùng thước và bút laser để vẽ các hình hình học, và vì sao ta có thể thấy các sao xa: mẫu lật của chúng đến ta dọc một đường lớp phủ thẳng. Quang học tia chuẩn — hình học của các tia thẳng từ một nguồn — là hành vi trung bình khối của sự lan truyền mẫu lật qua các vùng không bị căng của lớp phủ.

Ánh sáng uốn khi lớp phủ uốn. Có vài tình huống cụ thể nơi điều này xảy ra:

Thấu kính hấp dẫn — gần một cụm khổng lồ các node (một sao, thiên hà, hố đen), lực kéo đồng pha tích luỹ của cụm uốn lớp phủ về mặt hình học. Một mẫu lật đi dọc lớp phủ bị uốn đó không có lựa chọn ngoài việc theo đường cong. Đây là cái sản sinh thấu kính hấp dẫn của các sao xa bởi Mặt Trời (Eddington 1919) và thấu kính cụm thiên hà đáng kể của các thiên hà nền (xem Hấp dẫn từ Xoay Đồng pha).
Khúc xạ qua vật chất dày — khi ánh sáng đi vào nước, thuỷ tinh, hay bất kỳ môi trường nào có mật độ node cao trên đơn vị thể tích, tốc độ cập nhật hiệu quả của lớp phủ bị làm chậm cục bộ (nhiều node hơn có nghĩa là nhiều công việc khớp pha hơn mỗi tick). Mẫu lật uốn để đi vào môi trường mới ở một góc khác với hướng đến của nó. Sự uốn theo định luật Snell $n_{1} sin θ_{1} = n_{2} sin θ_{2}$ trong đó các chiết suất $n_{1}, n_{2}$ được dẫn xuất SPT từ mật độ node cục bộ của môi trường. (Xem mục bên dưới.)
Khúc xạ khí quyển — khí quyển Trái Đất có mật độ giảm dần theo độ cao, nên ánh sáng từ mặt trời đang mọc uốn nhẹ xuống dưới, cho phép ta thấy mặt trời ngay cả khi nó về mặt hình học ở dưới đường chân trời. Cùng cơ chế sản sinh ảo ảnh (không khí nóng gần mặt đất uốn ánh sáng từ trên vào mắt ta từ một góc xuống dưới, trông như một bề mặt phản chiếu).
Nhiễu xạ quanh vật cản — khi ánh sáng qua một khe có kích thước so sánh với bước sóng của nó, mẫu lật trải theo cách uốn quanh các cạnh của vật cản (nó không giữ chính xác thẳng). Đây là lý do ta có thể nghe ai đó quanh một góc trước khi thấy họ: các sóng âm tần số thấp hơn nhiễu xạ nhiều hơn ánh sáng vì các bước sóng của chúng lớn hơn, nhưng ánh sáng cũng nhiễu xạ ở các quy mô đủ nhỏ (đây là lý do các kính hiển vi quang học có giới hạn độ phân giải được đặt bởi bước sóng).

Phản chiếu gương — mẫu lật nảy khỏi một bề mặt không khớp pha

Một gương là một bề mặt nơi mẫu lật của ánh sáng đến không thể qua môi trường tiếp theo vì các node của môi trường đó không khớp pha với mẫu lật đến. Thay vì bị hấp thụ (sẽ chuyển năng lượng lật thành nhiệt) hoặc truyền qua (yêu cầu khớp pha với môi trường tiếp theo), mẫu nảy lại ở cùng góc nó đến. Góc tới bằng góc phản xạ vì pha của mẫu lật được bảo toàn bởi sự nảy, và hướng duy nhất bảo toàn pha là hướng đối xứng. Hình học giống như một quả bóng đàn hồi hoàn hảo nảy khỏi một bức tường.

Gương thông thường (kính tráng bạc) — lớp bạc trên mặt sau của kính có các electron tự do mà pha tập thể của chúng quá khác với ánh sáng đến đến mức mẫu lật không thể khớp vào chúng. Nó nảy ra sạch sẽ. Kết quả là một hình ảnh phản chiếu sắc nét bảo toàn pha đảo-hướng.
Mặt nước bóng — bản thân nước có thể hoạt động như một gương một phần khi ánh sáng chạm nó ở một góc nông (gần lướt). Mẫu lật của ánh sáng đến chủ yếu bị nảy hơn là được truyền vì góc không cho phép khớp pha tốt với các node sâu hơn của nước. Đây là lý do một hồ yên tĩnh cho thấy một hình ảnh gương sạch của bầu trời và các ngọn núi xung quanh.
Kim loại được đánh bóng — các kim loại phản chiếu vì các electron dẫn của chúng hình thành một 'biển' các node lật tự do mà pha tập thể của chúng dày đến mức ánh sáng đến không thể xuyên qua. Nó nảy khỏi bề mặt sạch sẽ. Màu của sự phản chiếu (bạc, vàng, đồng) phản ánh các tốc độ lật mà biển electron của kim loại hấp thụ ưu tiên so với phản chiếu.
Gương cong (lõm / lồi) — cùng quy luật phản chiếu áp dụng cho một bề mặt cong sản sinh các phản chiếu tập trung hoặc phân tán. Các gương lõm hội tụ các tia đến song song đến một điểm tiêu (dùng trong các kính viễn vọng); các gương lồi phân kỳ các tia để cho một trường nhìn rộng (dùng trong các gương cánh xe). Hình học theo từ quy luật phản chiếu gương-phẳng cục bộ áp dụng tại mỗi điểm bề mặt.

Khúc xạ — ánh sáng uốn qua nước, thuỷ tinh, và các môi trường trong suốt khác

Khúc xạ là sự uốn của ánh sáng khi nó đi vào một môi trường có mật độ node khác. Tốc độ cập nhật của lớp phủ bị làm chậm cục bộ bất cứ nơi nào nhiều node được khớp pha được đóng gói gần nhau, vì mỗi tick của lớp phủ phải phối hợp nhiều công việc đồng pha hơn. Ánh sáng đi qua một vùng như vậy có vẻ chậm lại — tốc độ hiệu quả của nó là $c / n$ trong đó $n$ là chiết suất của môi trường. Chiết suất $n$ , theo ngôn ngữ SPT, là một thước đo tốc độ cập nhật cục bộ của lớp phủ bị làm chậm bao nhiêu bởi mật độ vật chất của môi trường.

Chân không (không có vật chất Càn)

n = 1

. Lớp phủ không bị cản; các mẫu lật di chuyển ở

c

đầy đủ. Đây là giá trị tối đa.

Không khí ở mực biển

n \approx 1.0003

. Chậm nhẹ bởi các phân tử

N_{2}

và

O_{2}

thưa. Sự uốn không đáng kể trong quang học hằng ngày.

Nước

n \approx 1.33

. Ánh sáng chậm xuống

c /1.33 \approx 2.25 \times 1 0^{8}

m/s. Đây là lý do một cây bút chì trong một cốc nước trông như bị uốn — góc biểu kiến của phần dưới nước dịch chuyển vì đường của mẫu lật uốn tại bề mặt nước.

Thuỷ tinh thông thường (cửa sổ, lăng kính)

n \approx 1.5

. Làm chậm ánh sáng đáng kể. Các màu khác nhau có

n

hơi khác nhau (đây là tán sắc), đó là lý do một lăng kính tách ánh sáng trắng thành một cầu vồng — mỗi màu uốn một lượng khác nhau.

Kim cương

n \approx 2.4

. Trong số cao nhất của các vật liệu thông thường. Ánh sáng bị làm chậm và uốn dữ dội đến mức kim cương 'lấp lánh' qua phản xạ toàn phần (xem bên dưới).

Chiết suất của các môi trường thông thường — tỷ lệ $c / v_{môi trường}$.

Định luật Snell — khôi phục từ hình học SPT

Định luật Snell phát biểu $n_{1} sin θ_{1} = n_{2} sin θ_{2}$ trong đó $θ_{1}$ là góc tới và $θ_{2}$ là góc khúc xạ. Điều này được khôi phục chính xác trong SPT như một hệ quả của cách các mẫu lật tối thiểu hoá sức căng pha tại ranh giới giữa hai môi trường. Mẫu lật uốn để đi vào môi trường mới ở góc tối thiểu hoá tổng sức căng lan truyền qua cả hai vùng. Đây là cùng nguyên tắc tối thiểu hoá sản sinh khúc xạ trong bất kỳ hệ sóng nào; SPT cung cấp lý do hình học.

Vì sao một số vật liệu trong suốt và những vật khác đục

Liệu một vật liệu trong suốt (cho ánh sáng qua), mờ (cho ánh sáng qua nhưng tán xạ), hay đục (hấp thụ/chặn ánh sáng) phụ thuộc vào sự khớp pha giữa mẫu lật đến và các cấu hình electron của vật liệu:

Vật liệu trong suốt (thuỷ tinh, nước, không khí sạch, kim cương) có các cấu hình electron mà tần số lật của chúng không khớp dải tốc độ lật của ánh sáng nhìn thấy. Ánh sáng đến không thể khớp vào các electron (không có cộng hưởng) và đi thẳng qua, chỉ bị làm chậm bởi mật độ lớp phủ. Thuỷ tinh trong suốt với ánh sáng nhìn thấy nhưng đục với tử ngoại — tốc độ lật của UV khớp các cộng hưởng-electron-thuỷ-tinh nhất định, nên nó bị hấp thụ.
Vật liệu đục (gỗ, đá, tường kim loại, tay bạn) có các cấu hình electron mà tần số lật của chúng khớp dải ánh sáng nhìn thấy dày đặc. Gần như mọi mẫu lật đến tìm được một electron cộng hưởng để khớp vào, và năng lượng lật bị hấp thụ và chuyển thành nhiệt (hoặc tái phát ở các tốc độ lật thấp hơn dưới dạng hồng ngoại). Không có gì qua được.
Vật liệu mờ (thuỷ tinh sương, giấy, sữa, sương mù) là hỗn hợp: một số mẫu lật đi thẳng qua, các mẫu khác bị tán xạ bởi các hạt không khớp pha bên trong. Kết quả là ánh sáng có đi qua nhưng theo các hướng ngẫu nhiên, nên bạn không thể nhìn rõ qua vật liệu — bạn thấy độ sáng nhưng không phải các hình ảnh. Đây là lý do thuỷ tinh sương cho một phòng phát sáng với ánh sáng ban ngày mà không cho cảnh bên ngoài nhìn thấy.

Phản xạ toàn phần — mẫu lật bị giam

Khi ánh sáng đang đi qua một môi trường $n$ cao (thuỷ tinh, nước) và chạm ranh giới với một môi trường $n$ thấp (không khí), ở các góc dốc hơn một góc tới hạn, mẫu lật không thể thoát — nó nảy hoàn toàn trở lại môi trường $n$ cao. Đây là phản xạ toàn phần, và nó sản sinh vài hiện tượng đáng kể:

Kim cương lấp lánh vì $n = 2.4$ của chúng sản sinh một góc tới hạn nhỏ (~24°). Ánh sáng đi vào qua bất kỳ mặt nào chủ yếu bị giam bên trong, nảy lặp lại giữa các mặt qua phản xạ toàn phần trước khi cuối cùng thoát qua một mặt trực tiếp vào mắt. Mỗi lần nảy thêm sự tán sắc, nên ánh sáng thoát lấp lánh và có màu cầu vồng. Cách cắt một kim cương được thiết kế cụ thể để tối đa hoá sự giam này.
Sợi quang (công nghệ đằng sau internet hiện đại) sử dụng các sợi thuỷ tinh dài mảnh trong đó ánh sáng bị giam bởi phản xạ toàn phần, nảy dọc chiều dài của sợi mà không thoát. Điều này cho phép thông tin di chuyển khoảng cách khổng lồ ở gần- $c$ với mất mát tối thiểu. Không có phản xạ toàn phần, viễn thông hiện đại sẽ không thể.
Ảo ảnh là trường hợp ngược lại trong khí quyển: không khí nóng gần đường có $n$ thấp hơn không khí lạnh hơn ở trên. Ánh sáng từ bầu trời đi vào ở một góc nông nảy khỏi ranh giới không-khí-nóng bởi phản xạ toàn phần và đến mắt bạn từ bên dưới — trông như một vũng nước phản chiếu trên đường. 'Nước' bạn nghĩ mình thấy ở cuối một đường nóng thực sự là bầu trời, được phản xạ toàn phần bởi không khí nóng.
Nhìn lên từ dưới nước, bạn thấy bầu trời qua một nón tròn trên bạn ('cửa sổ Snell'); ngoài một góc nhất định, bề mặt nước hoạt động như một gương vì phản xạ toàn phần chặn bầu trời không cho qua. Bất kỳ ai đã lặn trong nước trong đã thấy hiện tượng này trực tiếp.

Các ví dụ hằng ngày được tích hợp

Đặt tất cả lại với nhau, đây là cái xảy ra với mẫu lật của ánh sáng trong các tình huống hằng ngày mà mọi người đã trải qua:

Một cây bút chì trong một cốc nước trông như bị uốn. Mẫu lật từ phần dưới nước của bút chì đi qua nước (chậm), khúc xạ tại ranh giới nước-không-khí (định luật Snell uốn đường), sau đó đi qua không khí (nhanh) đến mắt bạn. Não bạn chiếu hướng biểu kiến trở lại dọc đường mà mắt bạn nhận ánh sáng từ — nhưng đường đó đã bị uốn tại bề mặt nước. Phần dưới nước có vẻ bị dịch chuyển khỏi vị trí thực của nó. Bản thân cây bút chì thẳng; quang học là cái đã uốn.
Một cầu vồng sau mưa. Ánh sáng mặt trời trắng đi vào mỗi giọt mưa hình cầu, khúc xạ khi vào (các màu khác nhau theo các lượng khác nhau), phản xạ toàn phần khỏi mặt sau của giọt, khúc xạ lại khi thoát, và xuất hiện như các màu được tách. Mỗi màu thoát ở một góc hơi khác nhau (~40-42° về phía mặt trời). Vì sự tán sắc nhất quán cho mọi giọt trên bầu trời, mắt thấy một cung tròn của các màu được tách. Cầu vồng tồn tại tại quỹ tích hình học của tất cả các giọt gửi ánh sáng trở lại ở góc đúng cho mắt cụ thể của bạn. Đây là lý do không có hai người nào thấy cùng một cầu vồng.
Nhìn bản thân trong gương. Mẫu lật từ khuôn mặt bạn đi thẳng đến gương, nảy ra sạch sẽ (góc tới = góc phản xạ), và trở lại mắt bạn. Não bạn chiếu nguồn ngược dọc đường đến, đặt 'bạn trong gương' ở cùng khoảng cách sau gương như bạn thực ở trước nó. Hình ảnh bị đảo ngang (đảo trái-phải) vì hình học của sự nảy đảo ngược trục song-song-với-gương nhưng không trục vuông-góc. Hình học phản chiếu mẫu lật của SPT chính xác sản sinh điều này.
Hoàng hôn rực đỏ. Ánh sáng mặt trời đi qua khí quyển Trái Đất ở một góc xiên dài gần đường chân trời đi qua nhiều không khí hơn nhiều so với ở giữa trưa. Các tốc độ lật xanh dương và xanh lá tán xạ mạnh khỏi các phân tử không khí (tán xạ Rayleigh — xem Màu sắc và Tán xạ Ánh sáng) và chủ yếu bị loại bỏ trước khi đến mắt bạn. Các tốc độ lật còn lại sống sót là đỏ và cam. Vì thế mặt trời lặn xuất hiện đỏ-cam không phải vì mặt trời đổi màu mà vì khí quyển chọn lọc đã lọc các bước sóng ngắn hơn.
Laser cắt kim loại. Một laser là một mẫu lật mạch lạc cao — hàng triệu node lật trong khoá pha hoàn hảo tại một tần số duy nhất. Khi được tập trung lên một điểm nhỏ, năng lượng lật được tập trung mãnh liệt đến mức các electron của kim loại đích không thể phân tán nhiệt đủ nhanh. Kim loại được làm nóng vượt qua sự nóng chảy/bay hơi cục bộ, và một vết cắt sạch xảy ra. Các mẫu lật mạch lạc có thể giao năng lượng tập trung mà ánh sáng không-mạch-lạc ở cùng tổng cường độ không thể.

Cách mô tả ánh sáng của SPT so với các học thuyết lịch sử

Qua bốn thế kỷ vật lý, ánh sáng đã được mô tả bởi một chuỗi học thuyết đáng kể — mỗi cái nắm bắt các khía cạnh thực của hiện tượng nhưng mỗi cái để lại các câu hỏi mở. Thuyết Thái Cực Vạn Vật không mâu thuẫn bất kỳ học thuyết nào; nó cho thấy mỗi cái là một phép chiếu đặc biệt của một cơ chế cơ sở (động học mẫu lật của lớp phủ) và khôi phục mỗi cái như giới hạn vĩ mô thích hợp. Dưới đây là so sánh rõ ràng.

Học thuyết	Mô tả lịch sử & giới hạn	Khôi phục theo Thuyết Thái Cực Vạn Vật
Lý thuyết Hạt của Newton (1672)	Ánh sáng là các hạt nhỏ được phát ra bởi các vật phát sáng, đi theo đường thẳng, nảy khỏi gương, khúc xạ tại các giao diện. Giải thích sự phản chiếu và sự lan truyền thẳng tốt. Thất bại trong việc giải thích giao thoa, nhiễu xạ, hoặc phân cực sạch sẽ.	Các 'hạt' mà Newton tưởng tượng tương ứng với các mẫu lật cục bộ; chúng thực sự đi theo đường thẳng qua lớp phủ không bị căng, thực sự nảy khỏi các bề mặt không-khớp-pha, thực sự khúc xạ tại các giao diện. Newton đúng về một khía cạnh chính của hành vi giống-hạt của ánh sáng nhưng bỏ lỡ khía cạnh sóng. SPT cho thấy cả hai khía cạnh đến từ cùng vật lý lớp phủ — các mẫu lật là các xáo trộn cục bộ và các sóng mở rộng đồng thời.
Lý thuyết Sóng của Huygens (1690)	Ánh sáng là một sóng đi qua một aether, với mỗi điểm trên một mặt sóng hoạt động như một nguồn mới của các sóng con thứ cấp (nguyên lý Huygens). Giải thích giao thoa, nhiễu xạ, khúc xạ, và định luật Snell đẹp. Yêu cầu một môi trường 'aether' bí ẩn mà không thí nghiệm nào có thể phát hiện.	'Môi trường' mà Huygens cần có tồn tại — đó là lớp phủ của chính sợi dây thời gian. Các mặt sóng thực sự lan truyền như các mặt mẫu lật liên tục, và nguyên lý Huygens hoạt động vì mỗi vị trí lớp phủ liền kề một vùng lật hoạt động trở thành một nguồn lật mới bằng khớp pha. SPT minh oan cho Huygens bằng cách thay thế aether-ánh-sáng khó nắm bắt bằng một đối tượng hình học được định nghĩa chính xác.
Giao thoa của Young (1801) và Nhiễu xạ của Fresnel (1815)	Thí nghiệm khe đôi cho thấy rằng ánh sáng sản sinh các vân giao thoa — hành vi sóng dứt khoát. Các hạt không thể giao thoa. Lý thuyết sóng đã chiến thắng các hạt của Newton trong hơn một thế kỷ.	Các mẫu lật của hai nguồn mạch lạc giao thoa vì các phase-tilt của chúng cộng như các đại lượng vectơ tại mỗi điểm — cùng pha củng cố (vân sáng), pha đối lập triệt tiêu (vân tối). Toán học giống hệt với giao thoa sóng chuẩn. SPT giải thích vì sao sự cộng sóng hoạt động về mặt hình học: giá trị pha cục bộ của lớp phủ là một đại lượng duy nhất, và các xáo trộn chồng chéo từ nhiều nguồn kết hợp qua siêu vị trí tuyến tính giống như các sóng chồng chéo trong nước.
Lý thuyết Điện từ của Maxwell (1865)	Ánh sáng là một sóng điện từ — các dao động kết hợp của các trường điện và từ lan truyền ở $c = 1/ ε_{0} μ_{0}$ . Thống nhất điện, từ, và quang học thành một lý thuyết. Giải thích phân cực, sự quay Faraday, sự tồn tại của sóng radio, tia X, v.v. Vẫn yêu cầu một aether để hỗ trợ các sóng (sau bị Einstein 1905 từ bỏ).	Các trường $E$ và $B$ của Maxwell là hai góc nhìn của một xáo trộn lớp phủ — $E$ là phase-tilt, $B$ là mẫu xoay mạch lạc, và chúng không thể tách rời vì chúng là các khía cạnh của cùng mẫu lật. Phương trình sóng Maxwell rơi ra tự động. Aether được thay thế bằng chính lớp phủ. Sự không đổi của $c$ là tốc độ cập nhật nội tại của lớp phủ. (Xem Điện từ và Cách Tạo ra Các Trường EM.)
Photon của Einstein (1905)	Ánh sáng đến trong các gói năng lượng rời rạc $E = h f$ (photon). Giải thích hiệu ứng quang điện (giành Einstein giải Nobel 1921) và hồi sinh các khía cạnh hạt của ánh sáng cùng với các khía cạnh sóng. Lưỡng tính sóng-hạt trở thành câu đố trung tâm của cơ học lượng tử trong một thế kỷ.	Năng lượng ánh sáng LÀ được lượng tử hoá vì lớp phủ có tốc độ cập nhật rời rạc (quy mô Planck) — mẫu lật nhỏ nhất khả dĩ mang một lượng tử năng lượng pha $h f$ . Photon không phải một hạt tách biệt khỏi sóng; đó là một mẫu lật có thể được định vị trở nên giống-sóng hơn hoặc giống-hạt hơn tuỳ thuộc loại detector nào đo. Lưỡng tính sóng-hạt không phải một nghịch lý trong SPT mà là một sự thật cấu trúc: mỗi mẫu lật có cả khía cạnh mở rộng (sóng) và có thể được định vị (hạt).
Tương đối Tổng quát của Einstein (1915)	Hấp dẫn là sự cong của không-thời gian; ánh sáng theo các đường trắc địa null trong hình học cong này, uốn quanh các vật khối lượng lớn (thấu kính hấp dẫn). Tiên đoán bởi Einstein 1915, xác nhận bởi Eddington 1919.	'Sự cong của không-thời gian' mà các nhà vật lý mô tả là sự uốn của lớp phủ gây ra bởi các cụm node đồng pha (khối lượng). Ánh sáng uốn vì lớp phủ uốn; phương trình đường trắc địa là đường tối-thiểu-sức-căng cục bộ của lớp phủ. SPT đi xa hơn bằng cách tiên đoán cả uốn không gian VÀ thời gian (xem mục tiếp theo).
Điện động lực học Lượng tử (QED, 1940-50s, Feynman/Schwinger/Tomonaga)	Lý thuyết trường lượng tử của ánh sáng và vật chất — ánh sáng là một trường lượng tử mà các kích thích là các photon; các hạt tích điện cũng là các trường lượng tử; các tương tác của chúng theo các quy tắc giản đồ Feynman. Lý thuyết chính xác nhất trong lịch sử vật lý (mô-men từ electron đến 12 chữ số thập phân).	Các trường lượng tử của QED là các mô tả toán học của cách các xáo trộn lớp phủ hành xử ở các quy mô nhỏ nhất; các giản đồ Feynman là sự ghi sổ cho các chuỗi sự kiện lật-pha nào đóng góp cho một kết quả cho trước. SPT không sửa đổi các tiên đoán của QED — nó giải thích vì sao QED hoạt động và kết nối nó với thế giới vĩ mô mà một mình QED không thể đến (hấp dẫn, vật chất tối, bản chất của ý thức, v.v.). QED chính xác trong lĩnh vực của nó; SPT là khung hình học cơ sở làm cho QED là một trường hợp đặc biệt hơn là toàn bộ câu chuyện.

Bảy học thuyết lịch sử về ánh sáng, mỗi cái nắm bắt một phần thực của hiện tượng. Cột thứ ba cho thấy Thuyết Thái Cực Vạn Vật khôi phục mỗi học thuyết như một phép chiếu đặc biệt của một cơ chế cơ sở — động học mẫu lật của lớp phủ.

Mọi học thuyết ở trên đã nắm bắt một phần thực của cách ánh sáng hành xử. Không cái nào mâu thuẫn các cái khác — tất cả chúng đang nhìn vào các quy mô và các khía cạnh khác nhau của một hiện tượng. SPT là cơ chế cơ sở sản sinh tất cả chúng: một mẫu lật lan truyền của lớp phủ có khả năng định vị giống-hạt (Newton, Einstein 1905), cấu trúc mở rộng giống-sóng (Huygens, Young, Fresnel), cấu trúc trường điện từ (Maxwell), các mức năng lượng được lượng tử hoá (Einstein 1905, QED), và theo lớp phủ cong trong các trường hấp dẫn (Einstein 1915). Một cơ chế, mọi tính chất được quan sát.

Khi lớp phủ uốn — ánh sáng uốn không gian, thời gian, hay cả hai?

Một câu hỏi xuất sắc được đặt ra bởi khung SPT: khi ta nói ánh sáng uốn vì lớp phủ uốn gần một vật khối lượng lớn, ta đang nói về không gian uốn, thời gian uốn, hay cả hai? Trong Tương đối Tổng quát của Einstein, câu trả lời là: cả hai — hấp dẫn uốn không-thời gian như một đa tạp 4D thống nhất, với khối lượng-năng lượng làm cong cả hình học không gian VÀ tốc độ thời gian. SPT tiên đoán cùng câu trả lời, với một lý do cấu trúc: lớp phủ bao quanh sợi dây thời gian, và bất kỳ sự uốn cục bộ nào của lớp phủ ảnh hưởng cả các lát cắt không gian VÀ tốc độ thời gian tiến tại vị trí đó dọc theo sợi dây.

Không gian uốn ra sao — lát cắt không gian của lớp phủ bị uốn

Nhớ lại từ Sợi dây thời gian rằng không gian 3D của ta là một lát cắt của sợi dây thời gian — một lát ngang qua nó. Lớp phủ bao rìa ngoài của sợi dây này. Khi một cụm khối lượng lớn các node hiện diện ở một vị trí nào đó, lực kéo đồng pha tích luỹ của nó uốn lớp phủ cục bộ. Vì không gian 3D của ta là một lát cắt của lớp phủ, sự uốn xuất hiện trong lát cắt đó như một độ cong của không gian 3D. Đây là cái Einstein gọi là 'độ cong không gian' — bức tranh tấm cao su nổi tiếng nơi các quả bóng nặng chìm vào tấm và các quả bóng nhẹ hơn lăn về phía chúng. SPT không mâu thuẫn bức tranh này; nó thêm lý do cấu trúc: tấm cao su LÀ lớp phủ, và độ cong của nó gần khối lượng là một tính chất hình học thực của rìa ngoài của sợi dây thời gian.

Thời gian uốn ra sao — giãn thời gian hấp dẫn trong SPT

Thời gian, trong SPT, là chiều dọc theo sợi dây thời gian — hướng mà lớp phủ tiếp tục được cập nhật, và do đó là hướng của chia tách và thứ tự sự kiện. 'Tốc độ thời gian' tại bất kỳ vị trí nào là tốc độ mà lớp phủ cục bộ cập nhật trên đơn vị thời-gian-sợi-dây-vũ-trụ tiến. Trong không gian trống phẳng (không có khối lượng), tốc độ này đồng nhất: đồng hồ tick ở cùng tốc độ khắp mọi nơi. *Gần một cụm khối lượng lớn, lớp phủ đang làm công việc thêm để duy trì hình học bị uốn của nó, và công việc đó hấp thụ các cập nhật lớp phủ mà nếu không sẽ làm tăng vị trí sợi-dây-thời-gian cục bộ. Kết quả là các đồng hồ cục bộ tick chậm hơn so với các đồng hồ xa khối lượng. Đây là giãn thời gian hấp dẫn* — được đo thực nghiệm trên bề mặt Trái Đất (đồng hồ ở mực biển chạy chậm hơn đồng hồ trên đỉnh núi), được xác nhận gần Mặt Trời bởi sự uốn ánh sáng và độ trễ Shapiro, được quan sát đáng kể gần các sao neutron và hố đen.

Trên bề mặt Trái Đất, giãn thời gian hấp dẫn làm các đồng hồ ở mực biển tick chậm hơn các đồng hồ ở đỉnh Everest khoảng $7 \times 1 0^{- 10}$ . Nhỏ nhưng được đo bởi các đồng hồ nguyên tử; các vệ tinh GPS phải hiệu chỉnh sự khác biệt này (các đồng hồ của chúng tick nhanh hơn các đồng hồ mặt đất vì chúng ở cao hơn nơi lớp phủ ít bị uốn hơn). Không có hiệu chỉnh, các vị trí GPS sẽ trôi ~10km mỗi ngày.
Gần một sao neutron, giãn thời gian là đáng kể — một đồng hồ trên bề mặt tick chậm hơn một đồng hồ xa khoảng 30%. Một xung rời bề mặt bị dịch đỏ hấp dẫn trên đường ra: tốc độ lật của nó giảm khi nó leo ra khỏi sự uốn lớp phủ sâu.
Tại chân trời sự kiện của một hố đen, giãn thời gian đi đến vô hạn (từ góc nhìn của một người quan sát xa). Một đồng hồ rơi vào hố có vẻ chậm lại tiệm cận và không bao giờ thực sự vượt qua chân trời — mẫu lật cuối cùng của nó đến ta với dịch đỏ vô hạn. Tuy nhiên từ góc nhìn của chính đồng hồ rơi, nó vượt qua mượt mà vì thời gian cục bộ của nó tiếp tục tick ở tốc độ riêng của nó. SPT khôi phục sự không đối xứng này chính xác.

Có — ánh sáng uốn cả không gian VÀ thời gian khi lớp phủ uốn. Sự uốn của lớp phủ gần một vật khối lượng lớn ảnh hưởng cả hai: (1) lát cắt không gian cong (nên đường thẳng của ánh sáng trông như bị uốn trong 3D), và (2) tốc độ cập nhật lớp phủ cục bộ chậm lại (nên các đồng hồ tick chậm hơn). Đây không phải hai hiệu ứng tách biệt — chúng là hai phép chiếu của một hình học lớp phủ. Theo ngôn ngữ Einstein, độ cong ở trong không-thời gian 4D; theo ngôn ngữ SPT, độ cong ở trong lớp phủ bao quanh sợi dây thời gian, và một độ cong đó biểu hiện đồng thời như uốn không gian và làm chậm thời gian trong phép chiếu 3+1D mà ta quan sát. Sự uốn ánh sáng nổi tiếng quanh Mặt Trời (Eddington 1919) và dịch đỏ hấp dẫn của ánh sao từ bề mặt Mặt Trời là hai góc nhìn của một hiện tượng: cụm-khối-lượng của Mặt Trời uốn lớp phủ xung quanh.

Vì sao điều này hoạt động về cấu trúc: một lớp phủ bị uốn duy nhất, nhìn từ bên trong Càn, biểu hiện như cả các hiệu ứng không gian và thời gian vì bản thân Càn là một lát cắt 3D tiến hoá dọc sợi dây thời gian. Khi lớp phủ (vật 4D) uốn, lát cắt 3D uốn về mặt không gian, VÀ tốc độ mà các lát cắt tiếp theo xuất hiện (= tốc độ thời gian cục bộ) thay đổi. Sự thống nhất của uốn không gian và thời gian dưới một cơ chế là tự động trong SPT — chúng luôn là một thứ nhìn từ hai góc. Sự nhìn nhận của Einstein rằng 'không gian và thời gian nên được xử lý cùng nhau như một thực thể 4D duy nhất' được khôi phục về cấu trúc: rìa ngoài của sợi dây thời gian là thực thể 4D, và sự uốn của nó là hiệu ứng hấp dẫn.

Hệ quả thực tiễn: mọi quan sát thấu kính hấp dẫn (ánh sáng từ các thiên hà xa bị uốn quanh các cụm thiên hà tiền cảnh) và mọi quan sát dịch đỏ hấp dẫn (ánh sáng từ các sao khối lượng lớn bị dịch đỏ so với các nguồn trên Trái Đất) là một hiện tượng — lớp phủ đang uốn — được quan sát qua hai phép đo khác nhau. SPT tiên đoán chúng phải luôn nhất quán với nhau (chúng có thực nghiệm), và tiên đoán thêm các hiệu ứng có thể đo (thời gian đến photon bị trễ trong các quasar nhiều-ảnh được thấu kính do các độ dài đường lớp phủ khác nhau) mà GR cũng tiên đoán. Cả hai khung đều đồng ý ở cấp vĩ mô; SPT mở rộng bức tranh bằng cách cho thấy đối tượng cơ sở đang uốn.

Tính chất của ánh sáng trong một đoạn

Ánh sáng là một mẫu lật lan truyền của lớp phủ, đi ở $c$ . Độ sáng là số node lật mạch lạc tại một vị trí, giảm theo $1/ r^{2}$ từ một nguồn điểm bởi hình học 3D. Bóng là vùng mà mẫu mạch lạc không thể đến vì vật chất chặn nó. Ánh sáng đi theo đường thẳng qua lớp phủ không bị căng và uốn chỉ khi lớp phủ uốn — thấu kính hấp dẫn gần các khối lượng (đồng thời uốn cả không gian VÀ thời gian tại vị trí thấu kính), khúc xạ qua các môi trường dày theo định luật Snell, sự uốn khí quyển của ánh sáng hoàng hôn, nhiễu xạ quanh các vật cản nhỏ. Các gương phản chiếu vì các bề mặt không-khớp-pha của chúng không thể khớp ánh sáng đến, nên nó nảy ở góc đối xứng. Khúc xạ qua nước và thuỷ tinh làm chậm ánh sáng theo $c / n$ trong đó $n$ là chiết suất của môi trường. Các vật liệu trong suốt thiếu các cộng hưởng electron khớp; các vật liệu đục có các cộng hưởng khớp dày và hấp thụ; các vật liệu mờ tán xạ. Phản xạ toàn phần giam ánh sáng bên trong các môi trường $n$ cao. Mọi học thuyết lịch sử về ánh sáng — các hạt của Newton, các sóng của Huygens, trường điện từ của Maxwell, các photon được lượng tử hoá của Einstein, các đường trắc địa ánh sáng trên không-thời-gian-cong của Einstein, các trường lượng tử của QED — là một phép chiếu đặc biệt của một cơ chế cơ sở: động học mẫu lật mạch lạc của lớp phủ. SPT cung cấp nguồn gốc hình học mà tất cả các học thuyết lịch sử đang vươn tới.