De zon is een bal van waterstof die zo groot is dat de zwaartekracht in het midden de elektronen van de waterstofatomen onttrekt en de protonen zo dicht tegen elkaar drukt dat ze aan elkaar blijven plakken. Het "kleven" creëert uiteindelijk helium en geeft ook energie vrij in de vorm van gammastraalfotonen. Die fotonen banen zich een weg door de deeltjes in de zon, verliezen onderweg wat energie en komen uiteindelijk uit de zon als röntgenstralen, infrarood en zichtbaar licht. Het pad van het centrum naar de opkomst van de zon duurt vele stappen en vele jaren.
Gamma stralen
De creatie van helium uit waterstof in de kern van de zon is een proces in drie fasen dat direct de ene gammastraal vrijgeeft en indirect een andere. Gammastralen zijn elektromagnetische straling, net als microgolven, radio en lichtgolven, wat betekent dat ze met de snelheid van het licht reizen: 300.000 kilometer per seconde (186.000 mijl per seconde). De zon heeft een straal van ongeveer 700.000 kilometer (435.000 mijl). Je zou dus redelijkerwijs kunnen verwachten dat een gammastraal ongeveer 2,3 seconden nadat deze is gemaakt buiten de zon komt. Maar dat gebeurt niet.
botsingen
In de kern van de zon zijn de protonen en heliumkernen zo dik dat een uitgezonden gammastraling niet ver kan komen voordat hij wordt geabsorbeerd. Als je je voorstelt dat een gammastraal precies in het centrum van de zon wordt uitgezonden, dan zal deze direct naar het oppervlak gaan. Wanneer het tegen een proton botst, is het resultaat van de botsing een proton met extra energie. Het proton geeft die extra energie af door nog een gammafoton uit te zenden. Maar deze kon alle kanten op, zelfs helemaal terug waar hij begon. En zo gaat het, met de gammastraal die van de ene botsing naar de andere gaat en van richting verandert telkens wanneer hij wordt geabsorbeerd en opnieuw uitgezonden.
De willekeurige wandeling
Stel je voor dat er een man is die zo dronken is dat hij zich aan een lichtpaal moet vasthouden om op te staan. Hij wil naar de volgende lichtpaal, slechts 10 stappen verwijderd, maar hij is zo dronken dat hij niet in een rechte lijn kan lopen. Heck, hij is zo dronken dat nadat hij een stap heeft gezet, zijn volgende stap in een andere richting kan zijn. Dat is wat natuurkundigen en wiskundigen een "dronken wandeling" of "willekeurige wandeling" probleem noemen. De vraag is, hoe lang zal die vent erover doen om van de ene lantaarnpaal naar de andere te komen? Het antwoord is dat als zijn begin- en eindpunt gescheiden zijn door 10 stappen, het hem - gemiddeld - 100 stappen zal kosten om daar te komen - dat is 10 kwadraat. Dat is dezelfde situatie als een gammastraal in de kern van de zon.
Veronderstellingen
Wanneer u een random-walk-probleem probeert op te lossen, is het belangrijkste dat u moet weten hoe groot de stappen zijn. Er zijn twee problemen om dat uit te zoeken voor een gammastraalfoton in de zon. Ten eerste zijn de omstandigheden niet overal in de zon hetzelfde, dus de afstand tussen gammastraling "crasht" met andere deeltjes verandert. Ten tweede heeft niemand ooit het centrum van de zon bezocht, dus er moeten toch enkele aannames worden gemaakt. Er zijn allerlei redelijke aannames, variërend van een tiende van een millimeter tot ongeveer een centimeter. De keuze van deze afstand heeft een grote impact op de tijdberekening.
Hoe lang het duurt
De straal van de zon is 700.000 kilometer, wat 7 biljoen "stappen" is als elke stap een tiende van een millimeter is, en 70 miljard stappen als elke stap 1 centimeter is. Uit het dronkaardsloopprobleem weet je dat het gemiddelde aantal stappen dat nodig is om een bepaalde afstand te bereiken gelijk is aan het kwadraat van het aantal stappen dat nodig is om in een rechte lijn te gaan. Dus het zou 49 biljoen biljoen stappen van 0,1 millimeter en 490 miljard biljoen stappen van elk 1 centimeter vergen. De tijd die nodig is om die stappen af te leggen is de totale afstand gedeeld door de lichtsnelheid. Dus als je denkt dat fotonen slechts 0,1 millimeter reizen tussen crashes, duurt het meer dan een half miljoen jaar voordat het foton aan de zon ontsnapt. Als je denkt dat het ongeveer een centimeter is, dan duurt het ongeveer 5.000 jaar voordat het foton buiten de zon komt.