Cik ilgs laiks ir vajadzīgs, lai fotoni parādītos no Saules kodola līdz ārpusei?

Saule ir tik liela ūdeņraža bumba, ka gravitācijas spiediens centrā atdala elektronus no ūdeņraža atomiem un protonus nospiež tik cieši, ka tie viens otram pielīp. "Uzlīmēšana" galu galā rada hēliju un arī atbrīvo enerģiju gamma staru fotonu veidā. Šie fotoni iziet cauri saules daļiņām, ceļā zaudējot enerģiju un beidzot izejot no saules kā rentgena, infrasarkanā un redzamā gaisma. Ceļš no centra uz parādīšanos no saules prasa daudzus soļus un daudzus gadus.

Hēlija radīšana no ūdeņraža Saules kodolā ir trīspakāpju process, kas tieši izdala vienu gamma staru un netieši atbrīvo citu. Gamma stari ir elektromagnētiskais starojums, tāpat kā mikroviļņi, radio un gaismas viļņi, kas nozīmē, ka tie pārvietojas ar gaismas ātrumu: 300 000 kilometri sekundē (186 000 jūdzes sekundē). Saules rādiuss ir aptuveni 700 000 kilometri (435 000 jūdzes). Tātad jūs varētu pamatoti sagaidīt, ka gamma stars nokļūs ārpus saules apmēram 2,3 sekundes pēc tā izveidošanas. Bet tas nenotiek.

Saules kodolā protoni un hēlija kodoli ir tik biezi, ka izstarotais gamma stars nespēj nokļūt ļoti tālu, pirms tas uzsūcas. Ja jūs iedomājaties, ka gamma stars izstaro tieši saules centrā, tas sāks virzīties tieši uz virsmu. Kad tas ietriecas protonā, sadursmes rezultāts ir protons ar papildu enerģiju. Protons atsakās no šīs papildu enerģijas, izstarojot citu gamma staru fotonu. Bet šis varēja doties jebkurā virzienā - pat turpat, kur sākās. Tā tas notiek, kad gamma stars virzās no vienas sadursmes uz otru, mainot tā virzienu katru reizi, kad tas tiek absorbēts un atkārtoti izstarots.

Iedomājieties, ka ir kāds puisis, kurš ir tik piedzēries, ka viņam ir jāturas pie vieglā statņa, lai pieceltos. Viņš vēlas nokļūt līdz nākamajam gaismas stabam, kas atrodas tikai 10 soļu attālumā, bet ir tik piedzēries, ka nevar iet taisnā līnijā. Heck, viņš ir tik piedzēries, ka pēc tam, kad viņš sper vienu soli, viņa nākamais solis varētu būt jebkurā citā virzienā. Tas ir tas, ko fiziķi un matemātiķi sauc par "dzērāja pastaigas" vai "nejaušas pastaigas" problēmu. Jautājums ir, cik ilgi tam puisim būs nepieciešams nokļūt no viena luktura stabiņa uz nākamo? Atbilde ir tāda, ka, ja viņa sākuma punktu un beigu punktu atdala 10 pakāpieni, viņam būs nepieciešami vidēji 100 soļi, lai tur nokļūtu - tas ir 10 kvadrāti. Tā ir tāda pati situācija, kādā gammas stars saskaras saules kodolā.

Kad jūs mēģināt atrisināt nejaušas pastaigas problēmu, vissvarīgākais, kas jums jāzina, ir tas, cik lieli ir soļi. Ir divas problēmas, kā to noskaidrot gamma staru fotonam saulē. Pirmkārt, apstākļi visā saulē nav vienādi, tāpēc attālums starp gamma staru "avarē" ar citām daļiņām. Otrkārt, neviens nekad nav apmeklējis saules centru, tāpēc vienalga ir jāpieņem daži pieņēmumi. Pastāv visdažādākie saprātīgi pieņēmumi, sākot no milimetra desmitdaļas līdz apmēram centimetram. Šī attāluma izvēle ļoti ietekmē laika aprēķinu.

Saules rādiuss ir 700 000 kilometru, kas ir 7 triljoni "soļu", ja katrs solis ir milimetra desmitā daļa, un 70 miljardi soļu, ja katrs solis ir 1 centimetrs. No dzērāja staigāšanas problēmas jūs zināt, ka vidējais soļu skaits, kas nepieciešams, lai iegūtu noteiktu attālumu, ir vienāds ar to soļu skaita kvadrātu, kas būtu jāveic, lai iet taisnā līnijā. Tātad tas prasītu 49 triljonus triljonu soli ar 0,1 milimetru un 490 miljardus triljonu soļu pa 1 centimetram. Laiks, kas nepieciešams šo soļu nobraukšanai, ir kopējais attālums, dalīts ar gaismas ātrumu. Tātad, ja jūs domājat, ka fotoni starp avārijām pārvietojas tikai 0,1 milimetrus, paies vairāk nekā pusmiljons gadu, lai fotons izietu no saules. Ja jūs domājat, ka tas ir apmēram centimetrs, tad paies apmēram 5000 gadi, līdz fotons nokļūs ārpus saules.