Колко време отнема на фотоните да излязат от ядрото на Слънцето навън?

Слънцето е водородна топка, толкова голяма, че гравитационното налягане в центъра отнема електрони от водородните атоми и тласка протоните толкова плътно един към друг, че те се придържат един към друг. "Прилепването" в крайна сметка създава хелий и също така освобождава енергия под формата на гама-кванти. Тези фотони си проправят път през частиците на слънцето, губят малко енергия по пътя и накрая се измъкват от слънцето като рентгенови лъчи, инфрачервена светлина и видима светлина. Пътят от центъра до излизането от слънцето отнема много стъпки и много години.

Създаването на хелий от водород в ядрото на слънцето е тристепенен процес, който директно освобождава един гама лъч и косвено освобождава друг. Гама лъчите са електромагнитно излъчване, точно като микровълните, радиото и светлинните вълни, което означава, че те се движат със скоростта на светлината: 300 000 километра в секунда (186 000 мили в секунда). Слънцето има радиус от около 700 000 километра (435 000 мили). Така че можете разумно да очаквате гама лъч да излезе извън слънцето около 2,3 секунди след създаването му. Но това не се случва.

В сърцевината на слънцето протоните и хелиевите ядра са толкова дебели, че излъченият гама лъч не може да стигне много далеч преди да бъде абсорбиран. Ако си представите, че гама лъч се излъчва точно в центъра на слънцето, той ще започне да се насочва точно към повърхността. Когато се срине в протон, резултатът от сблъсъка е протон с допълнителна енергия. Протонът се отказва от тази допълнителна енергия, като излъчва друг фотон с гама лъчи. Но този можеше да се насочи във всяка посока - дори точно там, откъдето тръгна. И така, като гама лъчът се насочва от един сблъсък към друг, променяйки посоката си всеки път, когато се поглъща и излъчва отново.

Представете си, че има пиян, който е толкова пиян, че трябва да се хване за лек стълб, за да се изправи. Той иска да стигне до следващия светлинен пост, само на 10 крачки, но е толкова пиян, че не може да ходи по права линия. По дяволите, той е толкова пиян, че след като направи една стъпка, следващата му стъпка може да бъде във всяка друга посока. Това физиците и математиците наричат ​​проблем „разходка на пияница“ или „произволна разходка“. Въпросът е колко време ще отнеме на този човек, за да стигне от една лампа до следващата? Отговорът е, че ако началната и крайната му точка са разделени с 10 стъпки, ще му отнеме - средно - 100 стъпки, за да стигне дотам - това е 10 на квадрат. Това е същата ситуация, с която се сблъсква гама лъч в ядрото на слънцето.

Когато се опитвате да разрешите проблем с произволно ходене, най-важното нещо, което трябва да знаете, е колко големи са стъпките. Има два проблема с това да се разбере за фотон на гама лъчи на слънце. Първо, условията не са еднакви по време на цялото слънце, така че разстоянието между гама лъчите се "срива" с други частици се променя. Второ, никой никога не е посещавал центъра на слънцето, така че така или иначе трябва да се направят някои предположения. Има всякакви разумни предположения, вариращи от една десета от милиметъра до около сантиметър. Изборът на това разстояние оказва голямо влияние върху изчисляването на времето.

Радиусът на слънцето е 700 000 километра, което е 7 трилиона „стъпки“, ако всяка стъпка е десета от милиметъра, и 70 милиарда стъпки, ако всяка стъпка е 1 сантиметър. От проблема с разходката на пияницата знаете, че средният брой стъпки, необходими за да се получи определено разстояние, е равен на квадрата на броя стъпки, които би трябвало да извърви по права линия. Така че ще са необходими 49 трилиона трилиона стъпки по 0,1 милиметра и 490 милиарда трилиона стъпки по 1 сантиметър всеки. Времето, необходимо за изминаването на тези стъпки, е общото разстояние, разделено на скоростта на светлината. Така че, ако смятате, че фотоните пътуват само 0,1 милиметра между катастрофите, ще са необходими повече от половин милион години, за да може фотонът да избяга от слънцето. Ако смятате, че е около сантиметър, тогава ще са необходими около 5000 години, докато фотонът излезе извън слънцето.