المحتوى
الشمس عبارة عن كرة هيدروجين كبيرة لدرجة أن الضغط التثاقلي الموجود في الوسط يقوم بتجريد الإلكترونات من ذرات الهيدروجين ويدفع البروتونات بإحكام بحيث يلتصق بعضها ببعض. يخلق "الالتصاق" في النهاية الهيليوم ويطلق الطاقة أيضًا في شكل فوتونات أشعة غاما. تشق هذه الفوتونات طريقها عبر الجسيمات الموجودة في الشمس ، وتفقد بعض الطاقة على طول الطريق ، ثم تشق طريقها أخيرًا من أشعة الشمس والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي. يستغرق الطريق من المركز إلى الخروج من الشمس خطوات عديدة وسنوات عديدة.
أشعة غاما
إنشاء الهليوم من الهيدروجين في قلب الشمس هو عملية من ثلاث مراحل تطلق مباشرة أشعة غاما وتطلق أخرى بشكل غير مباشر. أشعة جاما هي الإشعاع الكهرومغناطيسي ، تمامًا مثل الموجات الدقيقة والراديو والموجات الضوئية ، مما يعني أنها تسير بسرعة الضوء: 300000 كيلومتر في الثانية (186000 ميل في الثانية). الشمس يبلغ نصف قطرها حوالي 700000 كيلومتر (435000 ميل). لذلك من المعقول توقع ظهور أشعة جاما خارج الشمس بعد حوالي 2.3 ثانية من إنشائها. لكن هذا لا يحدث.
اصطدام
في قلب الشمس تكون البروتونات ونواة الهيليوم كثيفة لدرجة أن أشعة غاما المنبعثة لا يمكن أن تصل إلى أبعد من ذلك قبل امتصاصها. إذا كنت تتخيل أن أشعة جاما تنبعث مباشرة من مركز الشمس ، فسوف تبدأ في الاتجاه مباشرة إلى السطح. عندما تصطدم بروتون تكون نتيجة الاصطدام بروتون مع طاقة إضافية. يتخلى البروتون عن هذه الطاقة الإضافية عن طريق إصدار فوتون أشعة جاما آخر. لكن هذا يمكن أن يتجه في أي اتجاه - حتى الظهر الأيمن من حيث بدأ. وهكذا يذهب ، مع توجيه أشعة جاما من تصادم إلى آخر ، وتغيير اتجاهها في كل مرة يتم امتصاصها وإعادة انبعاثها.
المشي العشوائي
تخيل أن هناك رجلًا مخمورًا لدرجة أنه يحتاج إلى التمسك بوظيفة خفيفة للوقوف. إنه يريد الوصول إلى المنشور التالي التالي ، على بعد 10 خطوات فقط ، ولكن ليس في حالة سكر لدرجة أنه لا يستطيع المشي في خط مستقيم. هيك ، هاس في حالة سكر لدرجة أنه بعد أن يقوم بخطوة واحدة ، تكون خطوته التالية في أي اتجاه آخر. هذا ما يسميه الفيزيائيون والرياضيون مشكلة "المشي في حالة سكر" أو "المشي العشوائي". والسؤال هو: كم من الوقت سيستغرق هذا الرجل للانتقال من عمود إلى آخر؟ الجواب هو أنه إذا تم فصل نقطة البداية ونقطة النهاية بعشر خطوات ، فسوف يستغرق الأمر - في المتوسط - 100 خطوة للوصول إلى هناك - أي 10 مربعات. هذا هو الوضع نفسه الذي تواجهه أشعة جاما في قلب الشمس.
الافتراضات
عندما تحاول حل مشكلة المشي العشوائي ، فإن أهم شيء تحتاج إلى معرفته هو حجم الخطوات. هناك مشكلتان في اكتشاف ذلك لفوتون أشعة غاما في الشمس. أولاً ، الظروف ليست هي نفسها في جميع أنحاء الشمس ، وبالتالي فإن المسافة بين أشعة جاما "تتعطل" مع تغير الجسيمات الأخرى. ثانياً ، لم يزر أحد مركز الشمس على الإطلاق ، لذا يجب وضع بعض الافتراضات على أي حال. هناك كل أنواع الافتراضات المعقولة ، تتراوح ما بين عُشر المليمتر إلى حوالي سنتيمتر. اختيار هذه المسافة له تأثير كبير على حساب الوقت.
كم من الوقت يستغرق
يبلغ نصف قطر الشمس 700000 كيلومتر ، أي 7 تريليونات من "الخطوات" إذا كانت كل خطوة عُشر ملليمتر ، و 70 مليار خطوة إذا كانت كل خطوة 1 سنتيمتر. من مشكلة السير في حالة سكر ، أنت تعلم أن متوسط عدد الخطوات التي تتخذها للحصول على مسافة معينة يساوي مربع عدد الخطوات التي ستتخذها في خط مستقيم. لذلك سوف يستغرق الأمر 49 تريليون تريليون خطوة من 0.1 ملليمتر و 490 بليون تريليون خطوة لكل سنتيمتر واحد. الوقت الذي تستغرقه هذه الخطوات هو المسافة الإجمالية مقسومة على سرعة الضوء. لذا ، إذا كنت تعتقد أن الفوتونات لا تسافر سوى 0.1 ملليمتر بين الأعطال ، فسيتطلب الأمر أكثر من نصف مليون سنة للهروب من الشمس. إذا كنت تفكر في حوالي سنتيمتر واحد ، فسيستغرق الفوتون حوالي 5000 سنة حتى تخرج من الشمس.