Kiek užtrunka, kol fotonai pasirodo nuo saulės šerdies iki lauko?

Saulė yra toks didelis vandenilio kamuolys, kad gravitacinis slėgis centre pašalina elektronus nuo vandenilio atomų ir taip stipriai stumia protonus, kad jie priliptų vienas prie kito. „Prilipimas“ ilgainiui sukuria helį, taip pat išskiria energiją gama spindulių fotonų pavidalu. Tie fotonai prasiskverbia pro saulės daleles, netekdami energijos ir galiausiai išeina iš saulės spindulių, infraraudonųjų spindulių ir matomos šviesos spindulių. Kelias nuo centro iki pasirodymo saulėje trunka daugybę žingsnių ir daugelį metų.

Helio sukūrimas iš vandenilio saulės šerdyje yra trijų pakopų procesas, tiesiogiai išskiriantis vieną gama spindulį, o netiesiogiai - kitą. Gama spinduliai yra elektromagnetinė spinduliuotė, kaip ir mikrobangos, radijo ir šviesos bangos, o tai reiškia, kad jos sklinda šviesos greičiu: 300 000 kilometrų per sekundę (186 000 mylių per sekundę). Saulės spindulys yra apie 700 000 kilometrų (435 000 mylių). Taigi galima pagrįstai tikėtis, kad gama spindulys pateks už saulės maždaug po 2,3 sekundės po jo sukūrimo. Bet taip neatsitinka.

Saulės šerdyje protonai ir helio branduoliai yra tokie stori, kad skleidžiamas gama spindulys negali prasiskverbti labai toli. Jei įsivaizduojate, kad gama spindulys skleidžiamas tiesiai saulės centre, jis pradės eiti tiesiai į paviršių. Kai jis atsitrenkia į protoną, susidūrimo rezultatas yra papildomos energijos turintis protonas. Protonas atsisako šios papildomos energijos, skleisdamas kitą gama spindulių fotoną. Bet šis galėjo judėti bet kuria kryptimi - net ir atgal, iš kur prasidėjo. Taip gama, kai gama spindulys eina iš vieno susidūrimo į kitą, keisdamas savo kryptį kiekvieną kartą, kai jis absorbuojamas ir vėl išsiskiria.

Įsivaizduokite, kad yra toks girtas vaikinas, kad jam reikia įsikibti į lengvą stulpą, kad atsistotų. Jis nori patekti į kitą šviesų postą, esantį vos už 10 žingsnių, tačiau yra toks girtas, kad negali eiti tiesia linija. Heck, jis toks girtas, kad po to, kai žengia vieną žingsnį, kitas žingsnis gali būti kita linkme. Būtent tai fizikai ir matematikai vadina „girtuoklio ėjimo“ arba „atsitiktinio ėjimo“ problema. Kyla klausimas, kiek laiko reikės tam vaikinui patekti iš vieno žibinto į kitą? Atsakymas yra toks: jei jo pradžios tašką ir pabaigos tašką skiria 10 žingsnių, jam pasiekti reikės vidutiniškai 100 žingsnių - tai yra 10 kvadratų. Tai ta pati situacija, kai gama spindulys susiduria saulės šerdyje.

Kai bandote išspręsti atsitiktinio pasivaikščiojimo problemą, svarbiausia, ką turite žinoti, yra tai, kokie dideli žingsniai. Yra dvi problemos, kurias reikia išsiaiškinti gama spindulių fotonui saulėje. Pirma, visos saulės sąlygos nėra vienodos, todėl atstumas tarp gama spindulių „nukrenta“ su kitomis dalelėmis. Antra, niekas niekada nesilankė saulės centre, todėl vis tiek reikia padaryti keletą prielaidų. Yra visokių pagrįstų prielaidų, kurios svyruoja nuo dešimtosios milimetro iki maždaug centimetro. Šio atstumo pasirinkimas turi didelę įtaką laiko skaičiavimui.

Saulės spindulys yra 700 000 kilometrų, o tai yra 7 trilijonai „žingsnių“, jei kiekvienas žingsnis yra dešimtoji milimetro, ir 70 milijardų žingsnių, jei kiekvienas žingsnis yra 1 centimetras. Iš girtuoklio ėjimo problemos jūs žinote, kad vidutinis žingsnių, kuriuos reikia atlikti norint gauti tam tikrą atstumą, skaičius yra lygus žingsnių, kuriuos reikėtų atlikti tiesia linija, skaičiaus kvadratas. Taigi tektų 49 trilijonai trilijonų 0,1 milimetro žingsnių ir 490 milijardų trilijonų po 1 centimetrą. Laikas, kurio reikia norint nueiti tuos žingsnius, yra bendras atstumas, padalytas iš šviesos greičio. Taigi, jei manote, kad fotonai tarp avarijų keliauja tik 0,1 milimetro, fotonui praeiti nuo saulės reikės daugiau nei pusės milijono metų. Jei manote, kad tai maždaug centimetras, tada prireiks maždaug 5000 metų, kol fotonas pateks į saulės spindulius.