फोटोन को सूर्य के केंद्र से बाहर की ओर उभरने में कितना समय लगता है?

सूर्य हाइड्रोजन का इतना बड़ा गोला है कि केंद्र पर गुरुत्वाकर्षण दबाव हाइड्रोजन परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को अलग कर देता है और प्रोटॉन को एक साथ इतनी मजबूती से धकेलता है कि वे एक दूसरे से चिपक जाते हैं। "चिपके हुए" अंततः हीलियम बनाता है और गामा-रे फोटॉन के रूप में ऊर्जा भी जारी करता है। वे फोटॉन सूर्य में कणों के माध्यम से अपना रास्ता बनाते हैं, रास्ते में कुछ ऊर्जा खो देते हैं और अंत में सूर्य से एक्स-रे, इन्फ्रारेड और दृश्य प्रकाश के रूप में अपना रास्ता बनाते हैं। केंद्र से सूर्य के उदय तक के मार्ग में कई कदम और कई साल लगते हैं।

सूर्य के मूल में हाइड्रोजन से हीलियम का निर्माण एक तीन चरण की प्रक्रिया है जो सीधे एक गामा किरण को छोड़ती है और परोक्ष रूप से दूसरी को छोड़ती है। गामा किरणें माइक्रोवेव, रेडियो और प्रकाश तरंगों की तरह ही विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं, जिसका अर्थ है कि वे प्रकाश की गति से यात्रा करती हैं: 300,000 किलोमीटर प्रति सेकंड (186,000 मील प्रति सेकंड)। सूर्य की त्रिज्या लगभग 700,000 किलोमीटर (435,000 मील) है। तो आप उचित रूप से उम्मीद कर सकते हैं कि गामा किरण सूर्य से बाहर निकलने के लगभग 2.3 सेकंड बाद बाहर निकल जाए। लेकिन ऐसा नहीं होता है।

सूर्य के मूल में प्रोटॉन और हीलियम नाभिक इतने मोटे होते हैं कि एक उत्सर्जित गामा किरण अवशोषित होने से पहले बहुत दूर नहीं जा सकती है। यदि आप कल्पना करते हैं कि सूर्य के केंद्र में एक गामा किरण उत्सर्जित होती है तो यह सतह की ओर जाने लगेगी। जब यह एक प्रोटॉन से टकराता है तो टक्कर का परिणाम अतिरिक्त ऊर्जा वाला एक प्रोटॉन होता है। प्रोटॉन एक और गामा किरण फोटॉन उत्सर्जित करके उस अतिरिक्त ऊर्जा को छोड़ देता है। लेकिन यह किसी भी दिशा में जा सकता है - यहां तक ​​​​कि वापस भी जहां से शुरू हुआ था। और इसलिए यह जाता है, गामा किरण एक टक्कर से दूसरी टक्कर में जाती है, हर बार अपनी दिशा बदलती है जब यह अवशोषित होती है और फिर से उत्सर्जित होती है।

कल्पना कीजिए कि एक आदमी इतना नशे में है कि उसे खड़े होने के लिए एक हल्की पोस्ट पर पकड़ बनाने की जरूरत है। वह सिर्फ 10 कदम दूर, अगले लाइट पोस्ट पर जाना चाहता है, लेकिन वह इतना नशे में है कि वह एक सीधी रेखा में नहीं चल सकता। बिल्ली, वह इतना नशे में है कि एक कदम उठाने के बाद उसका अगला कदम किसी अन्य दिशा में हो सकता है। भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ इसे "शराबी का चलना" या "रैंडम वॉक" समस्या कहते हैं। सवाल यह है कि उस आदमी को एक लैम्पपोस्ट से दूसरे लैम्पपोस्ट तक पहुंचने में कितना समय लगेगा? इसका उत्तर यह है कि यदि उसके शुरुआती बिंदु और समाप्ति बिंदु को 10 चरणों से अलग किया जाता है, तो उसे वहां तक ​​पहुंचने में - औसतन - 100 कदम लगेंगे - यानी 10 वर्ग। यही स्थिति सूर्य के केंद्र में गामा किरण का सामना करती है।

जब आप एक यादृच्छिक-चलने की समस्या को हल करने का प्रयास कर रहे हैं, तो आपको सबसे महत्वपूर्ण बात यह जानने की जरूरत है कि कदम कितने बड़े हैं। धूप में गामा किरण फोटॉन का पता लगाने में दो समस्याएं हैं। सबसे पहले, पूरे सूर्य में स्थितियां समान नहीं हैं, इसलिए गामा किरण के बीच की दूरी अन्य कणों के साथ "दुर्घटनाग्रस्त" हो जाती है। दूसरा, कोई भी कभी भी सूर्य के केंद्र पर नहीं गया है, इसलिए कुछ धारणाएं बनाने की जरूरत है, वैसे भी। सभी प्रकार की उचित मान्यताएँ हैं, जो एक मिलीमीटर के दसवें हिस्से से लेकर लगभग एक सेंटीमीटर तक भिन्न होती हैं। इस दूरी के चुनाव का समय की गणना पर बड़ा प्रभाव पड़ता है।

सूर्य की त्रिज्या ७००,००० किलोमीटर है, जो ७ ट्रिलियन "कदम" है यदि प्रत्येक चरण एक मिलीमीटर का दसवां हिस्सा है, और 70 बिलियन कदम यदि प्रत्येक चरण 1 सेंटीमीटर है। शराबी के चलने की समस्या से, आप जानते हैं कि एक निश्चित दूरी प्राप्त करने के लिए उसके द्वारा उठाए जाने वाले कदमों की औसत संख्या एक सीधी रेखा में जाने के लिए उसके द्वारा उठाए जाने वाले कदमों की संख्या के वर्ग के बराबर होती है। तो यह 0.1 मिलीमीटर के 49 ट्रिलियन ट्रिलियन कदम और 1 सेंटीमीटर के 490 बिलियन ट्रिलियन कदम उठाएगा। उन चरणों की यात्रा में लगने वाला समय प्रकाश की गति से विभाजित कुल दूरी है। इसलिए, यदि आपको लगता है कि क्रैश के बीच फोटॉन केवल 0.1 मिलीमीटर की यात्रा करते हैं, तो फोटॉन को सूर्य से बचने में आधा मिलियन वर्ष से अधिक समय लगेगा। अगर आपको लगता है कि यह लगभग एक सेंटीमीटर है, तो फोटॉन को सूरज से बाहर निकलने में लगभग 5,000 साल लगेंगे।