Il sole è una palla di idrogeno così grande che la pressione gravitazionale al centro strappa gli elettroni dagli atomi di idrogeno e spinge i protoni così strettamente insieme che si attaccano l'uno all'altro. L'"attaccamento" alla fine crea elio e rilascia anche energia sotto forma di fotoni di raggi gamma. Questi fotoni si fanno strada attraverso le particelle nel sole, perdendo un po' di energia lungo il percorso e infine escono dal sole sotto forma di raggi X, infrarossi e luce visibile. Il percorso dal centro all'emergere dal sole richiede molti passi e molti anni.
Raggi gamma
La creazione di elio dall'idrogeno nel nucleo del sole è un processo in tre fasi che rilascia direttamente un raggio gamma e ne rilascia indirettamente un altro. I raggi gamma sono radiazioni elettromagnetiche, proprio come le microonde, le onde radio e luminose, il che significa che viaggiano alla velocità della luce: 300.000 chilometri al secondo (186.000 miglia al secondo). Il sole ha un raggio di circa 700.000 chilometri (435.000 miglia). Quindi potresti ragionevolmente aspettarti che un raggio gamma esca dal sole circa 2,3 secondi dopo che è stato creato. Ma questo non accade.
collisioni
Nel nucleo del sole i protoni ei nuclei di elio sono così spessi che un raggio gamma emesso non può andare molto lontano prima di essere assorbito. Se immagini che un raggio gamma venga emesso proprio al centro del sole, allora inizierà a dirigersi verso la superficie. Quando si schianta contro un protone, il risultato della collisione è un protone con energia extra. Il protone cede quell'energia extra emettendo un altro fotone di raggi gamma. Ma questo potrebbe andare in qualsiasi direzione, anche proprio da dove è partito. E così via, con il raggio gamma che si dirige da una collisione all'altra, cambiando direzione ogni volta che viene assorbito e riemesso.
La passeggiata casuale
Immagina che ci sia un ragazzo così ubriaco che ha bisogno di aggrapparsi a un palo leggero per alzarsi. Vuole arrivare al prossimo lampione, a soli 10 passi, ma è così ubriaco che non riesce a camminare in linea retta. Diamine, è così ubriaco che dopo aver fatto un passo il suo prossimo passo potrebbe essere in qualsiasi altra direzione. Questo è ciò che fisici e matematici chiamano problema del "cammino dell'ubriacone" o del "cammino casuale". La domanda è: quanto tempo impiegherà quel ragazzo a passare da un lampione all'altro? La risposta è che se il suo punto di partenza e il punto finale sono separati da 10 passi, gli ci vorranno - in media - 100 passi per arrivarci - sono 10 al quadrato. È la stessa situazione che un raggio gamma affronta nel centro del sole.
Ipotesi
Quando stai cercando di risolvere un problema di camminata casuale, la cosa più importante che devi sapere è quanto sono grandi i passaggi. Ci sono due problemi nel capirlo per un fotone di raggi gamma nel sole. Primo, le condizioni non sono le stesse in tutto il sole, quindi la distanza tra i raggi gamma "si schianta" con altre particelle cambia. In secondo luogo, nessuno ha mai visitato il centro del sole, quindi è comunque necessario fare alcune ipotesi. Ci sono tutti i tipi di ipotesi ragionevoli, che variano da un decimo di millimetro a circa un centimetro. La scelta di questa distanza ha un grande impatto sul calcolo del tempo.
Quanto ci vuole
Il raggio del sole è di 700.000 chilometri, ovvero 7 trilioni di "passi" se ogni passo è di un decimo di millimetro e 70 miliardi di passi se ogni passo è di 1 centimetro. Dal problema della camminata dell'ubriacone, sai che il numero medio di passi necessari per ottenere una certa distanza è uguale al quadrato del numero di passi che impiegherebbe per andare in linea retta. Quindi ci vorrebbero 49 trilioni di trilioni di passi di 0,1 millimetri e 490 miliardi di trilioni di passi di 1 centimetro ciascuno. Il tempo necessario per percorrere quei passi è la distanza totale divisa per la velocità della luce. Quindi, se pensi che i fotoni viaggino solo di 0,1 millimetri tra gli incidenti, ci vorrà più di mezzo milione di anni perché il fotone sfugga al sole. Se pensi che sia circa un centimetro, allora ci vorranno circa 5.000 anni prima che il fotone esca dal sole.