Откуда в цифровом фото берутся такие понятия, как "выдержка" ?

На самом деле всё проще. Матрица цфк обращает свет, разумеется аналоговый, в электрический сигнал, тоже аналоговый. Она накапливает потенциал! Чем больше света попадает на ячейку матрицы, тем больший заряд она передаёт в ацп (аналого-цифровой преобразователь) в процессоре. Поэтому если мало света, то она крошечный заряд и передаст. В процессоре его потом можно усилить (повышение iso) и получить снимок светлее. Исходя из Вашей логики строения матрицы, мы всегда бы получали белый квадрат вместо изображения и на любой выдержке. А это не так

Никакой физический процесс в принципе (кроме изменения поляризации запутанных фотонов) не происходит мгновенно. Матрица накапливает заряд с течением времени.

Ну, раз ваше предположение противоречит наблюдениям, то очевидно, что оно ложное, не так ли? :)
Матрица НЕ способна МГНОВЕННО воспринимать "значение интенсивности света". Матрица работает, грубо говоря так: один фотон выбивает один электрон, который откладывается на хранение и потом будет ПОСЧИТАН. Так свет превращается в число. Поэтому выдержка не "реализована", она есть физически: чем дольше открыт затвор, тем больше фотонов влетит в матрицу, тем больше их будет посчитано.

Умные люди нашлись, чтобы матрицу приблизить к плёнке по исо

Так в матрице, вероятно, также, как и на плёнке... Ну, почти... Чем больше света (фотонов) попадает, тем у фотодиода больше информации об освещённости....

а матрица как солнечная батарея - чем больше экспонируется тем больше тока вырабатывает. А чем больше тока - тем сигнал сильнее и шумы меньше.

Мгновенно. 1/250 секунды, это мгновенно, или не очень "мгновенно"?
А 1/2000 секунды, это мгновенно?

у вас неверное понимание цифровой фотографии, вы делите на 0 и 1 уже в фотоэлементе матрицы, но фотоэлемент даёт аналоговый сигнал, который уже потом оцифровывается и обрабатывается.
кроме того, фотон может быть усвоен матрицей или плёнкой, а может быть и не усвоен. это дело случайности, подчиняющееся законам статистического распределения, чем больше фотонов - тем меньше ошибок, которые проявляются в виде шума.

А здесь чистая физика.
Что же касается терминологии... а зачем придумывать новые термины и понятия, если старые вполне отражают истинность процессов и явлений.

С цифровой матрицей всё то же самое, как с пленкой, только этот сигнал с фоточувствительных элементов потом оцифровывается. Вы просто не понимаете суть выдержки и самого процесса фотографии.
Представьте, что вы сидите в тёмной комнате. И тут внезапно на 1/8000 секунды быстро (очень быстро) включатся и выключатся яркие лампы. Вы это почувствуете? Если да, то ОЧЕНЬ слабо. А если на целую секунду, какой будет эффект? Слепонёт так, что вас судорогой передёрнет.

То же самое и с фотографией и со всем остальным. Фотоэлементам тоже нужно время, чтобы уловить свет. И его величина будет зависеть в т. ч. от времени измерения.
Сейчас, действительно, всё упирается в чувствительность этих самых элементов. Но чудес не бывает. Я бы тоже хотел, чтобы все было так, как вы говорите )
Но это ПОКА из жанра фантастики.

Не поверишь, но на плёнке тоже "всего лишь светочувствительные элементы", кристаллы!
Подробней тут. https://ru.wikipedia.org/wiki/Фотоматрица

Алгоритм получения результата другой, зависящий не только от количества света, но и времени воздействия этого света на матрицу. Здесь всё подведено к тому чтобы фотограф не замечал разницы между плёночной камерой и цифровой.

Попробуй защитить докторскую!

> С пленкой все понятно - это необходимое время для "засвечивания" материала, чистая химия.

Верно. Хотя это фотохимия, и там совсем всё не просто.

> Но матрица фотоаппарата - это всего лишь светочувствительные элементы,

Верно.

> фотодиоды.

Неверно. Ячейки что КМОП, что ПЗС -- совсем не фотодиоды.

> Они же мгновенно воспринимают уровень света, ровно той интенсивности, какой он есть, или его нет.

Это неверно даже про фотодиод, у которого есть динамические характеристики (правда, в фотографических масштабах времени -- действительно, можно считать, что мгновенно). Но светочувствительные ячейки устроены совсем по-другому, они накапливают заряд пропорционально количеству упавшего света. Разница с кристаллами галогенида серебра в том, что характеристика светочувствительной ячейки практически линейна, а не такая сложная, как у плёнки.

> В процессорах полупроводники переключаются со скоростью в гигагерцы!

Верно. Но Вы же не о процессоре спрашиваете.

> Фотодиод в лазернй головке DVD привода принимает переменный поток отраженного
> от диска света с частотами в десятки-сотни миллионов раз в секунду.

И не о головке оптического привода.

> Так вот вопрос: если фотодиод ( 1 элемент ячейки фотосенсора в CMOS) как
> полупроводник способен воспринимать мгновенное значение интенсивности
> света, то как и зачем в фотоаппаратах реализован такой процесс как "выдержка" ?

Да как угодно. При неверной посылке любое утверждение становится истинным.

купил попкорн и пиво, с нетерпением жду следующего вопроса! :-)

уууууууууу, да у нас тут гуманитарий нарисовался

Вот здесь доступно изложено - www.startcopy.net/notes/ccd.shtml