Неужели фотоны так сильно замедляются в гравитационном поле Солнца?

Я только что слышал, как кто-то упомянул, что фотонам требуется 40 тысяч лет, чтобы добраться от центра Солнца до его поверхности, что составляет примерно 700 000 километров. Как это возможно, если скорость света/фотонов составляет 300 000 км/сек?

связанный/возможный дубликат: physics.stackexchange.com/q/103987/50583 , physics.stackexchange.com/q/352979/50583
Это не имеет ничего общего с гравитацией — они просто подпрыгивают.
Однажды я оценил время, за которое данный бит энергии покидает Солнце, используя общую тепловую энергию Солнца и светимость Солнца. Я получил ответ 26 миллионов лет. Другие говорили, что моя методология не годится, но я никогда не понимал их рассуждений. Тема находится по следующей ссылке, если кто-то захочет увидеть мой метод. Спасибо! физика.stackexchange.com/questions/364765/…
В качестве количественного аспекта к каждому ответу, говорящему, что «гравитация не играет большой роли», я вычислил (заткнув г θ "=" г ф "=" г т "=" 0 во внутреннюю метрику Шварцшильда и интегрирование, чтобы найти изменение координатного времени т для пути из р "=" 0 к р "=" р г ), что свет от самого центра солнца занял бы ок. 3,28 секунды, чтобы достичь поверхности Солнца (если оно не было поглощено), что примерно на 41,4% больше, чем если бы Солнце не имело массы. Измеримый? Может быть. Но это не главная задержка.
Отвечает ли это на ваш вопрос? Свет, образованный солнцем?

Ответы (4)

Ну, фотоны всегда движутся со скоростью света (в вакууме и в данном случае между столкновениями частиц - см. ниже) примерно 3 × 10 8   м / с и они замедляются в этом сценарии, но не так, как вы думаете, и не из-за гравитационного поля солнц.

Вы также должны отметить, что фотон, испускаемый в центре солнца, и фотон, выходящий на поверхность солнца, не являются «одним и тем же» фотоном.

Поскольку Солнце очень плотное, фотон, испускаемый ядром, почти сразу же поглощается другим соседним протоном, и протон начинает вибрировать, а затем повторно излучает другой фотон в случайном направлении. Это происходит снова и снова триллионы триллионов раз, так что к тому времени, когда оно достигает поверхности солнца, проходят тысячи лет. Этот процесс описывается так называемым случайным блужданием .

Расстояние, которое фотон может пройти до того, как он будет поглощен, определяется так называемой средней длиной свободного пробега и определяется соотношением

л "=" 1 о н

(из Вики) "где н - количество целевых частиц в единице объема, а о - эффективная площадь поперечного сечения для столкновения».

Как вы понимаете, количество частиц-мишеней (протонов) будет значительно большим, что делает это расстояние крайне малым, так что фактически фотон проходит «огромное расстояние» из ядра Солнца до его поверхности, занимая тысячи лет. Тогда это занимает жалкие 9 минут, чтобы добраться до нас!

«не являются одним и тем же фотоном», но в статистических моделях, которые дают нам время, необходимое для достижения поверхности, «предполагается» что это один и тот же фотон. На самом деле это энергия, переносимая виртуальными фотонами в миллионах взаимодействий, достигает поверхности Солнца через долгое время.
Да, но это не так, не так ли? Я думаю, что это следует отметить, поскольку ОП считал, что испускаемый фотон беспрепятственно перемещается из центра наружу.
а) Не будут ли фотоны рассеивать как протоны, так и электроны (и случайное гелиевое или дейтериевое ядро). б) Я не думаю, что «протон будет вибрировать» — это очень точное описание в плазме, поскольку «колебательных» степеней свободы нет.
@Drjh Язык не совсем подходит для квантов. Фотоны (точно так же, как электроны и т. д.) не имеют идентичности; «тот же фотон» по сути бессмысленен, как только вы теряете способность разлагать на множители «отдельные» фотоны. Но мы определенно можем сказать кое-что интересное о «фотоне, испущенном в результате реакции синтеза в ядре Солнца» и «фотоне, испущенном из фотосферы» — очевидно, что они имеют очень разные энергии, случайное направление и еще много «фотосферных фотонов». чем есть «фотоны синтеза» (так что отношения 1: 1 определенно нет).
@Drjh Я думаю, что говорить «в основном протоны» совершенно неправильно. Рассмотрим модель звездной непрозрачности на arxiv.org/abs/1601.01930 Фотон-протонное рассеяние вообще не рассматривается. Возможно, вы имеете в виду свободное рассеяние на несвязанных протон-электронных диполях?
Такие ответы таят в себе реальную опасность. Правильный ответ на заданный вопрос будет таким: «Ах, 40 000 лет, о которых вы слышали, не имеют абсолютно никакого отношения к гравитации, как вы задаете в своем вопросе. Это совершенно не связанный эффект». Тогда, конечно, можно было бы продолжить объяснение (как в этом превосходно написанном ответе) этого другого эффекта. Но фактический ответ на вопрос: «это не имеет к этому никакого отношения».
Нет, солнце не очень плотное. Условия в центре Солнца довольно экстремальны с точки зрения давления и температуры, а плотность впечатляет, если принять во внимание, что Солнце состоит в основном из водорода (плазмы), который в «нормальных» условиях имеет очень высокую плотность. низкая плотность, но в абсолютном выражении солнце имеет низкую плотность. Действительно, плотность Луны примерно в три раза выше плотности Солнца, и этот факт, учитывая любопытное совпадение, что солнечные и лунные диски имеют почти одинаковые размеры, если смотреть с Земли, объясняет, почему Луна оказывает большее приливное воздействие, чем Солнце. .
Сколько времени проходит между частицей, поглощающей фотон, и испусканием «нового» фотона? То есть, сколько из 40 000 лет связано с длиной фактически пройденного пути, и сколько должно быть потрачено на «остановку» всех частиц на пути?
@MarcvanLeeuwen, разве усиление приливного эффекта не является результатом того, что сила гравитации обратно пропорциональна квадрату расстояния между двумя объектами?
@TCCooper Нет, поскольку, если бы это было правдой, солнце легко победило бы луну, как это есть на самом деле. п раз так далеко, п раз больше линейного размера, и поэтому п 3 раз объемнее, для какого-то большого множителя п пропорциональности (я думаю, около 300 , подумал, что мне нужно проверить цифры). Однако приливной эффект пропорционален производной векторной гравитационной силы (или, точнее, ускорения), которая следует закону обратного куба . Это точно отменяет эффект объема, так что остается только плотность.
Это очень интересно. Честно говоря, я не слежу, и мне придется прочитать, так что спасибо, что поделились. Я просто ссылался на старые школьные знания... Я всегда понимал гравитацию как отношение массы и расстояния. Без учета объема или плотности (очень упрощенно), хотя я нашел это: oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_tides/… Это просто случай, когда ноаа необходимо обновить свой веб-сайт?
@Tcooper, это был бы хороший вопрос, чтобы отправить его на этот сайт.
@TCCooper Сайт NOAA мне кажется нормальным; Я думаю, что это просто другой способ объяснения вещей. Дальнейшее обсуждение этого вопроса: physics.stackexchange.com/questions/595071/…
Вы имеете в виду, что фотоны движутся со скоростью света в вакууме между столкновениями частиц? Непонятно как написано. Можете перефразировать, чтобы было понятнее?
@TCCooper. Зависимость приливных эффектов от производной функции гравитационной силы с расстоянием можно понять, если понять, что приливный эффект зависит от разницы в гравитационных эффектах, испытываемых на ближней и обратной сторонах Земли. Значение имеет скорость изменения силы тяжести на расстоянии, определяемом диаметром Земли.

Гравитация тут мало при чем. Солнце представляет собой плотную плазму, и частицы плазмы обильно рассеивают фотоны (как упруго, так и неупруго). Следовательно, фотон не движется от центра к поверхности по прямой линии.

Я должен уточнить, что гравитационное поле изменяет длину волны света (следовательно, импульс фотона в вакууме), но не скорость фотона, поскольку

п "=" ℏ λ
а скорость света в вакууме остается абсолютной согласно принципу относительности.

Причина кажущегося замедления скорости света на Солнце подробно объясняется в предыдущих ответах.

Конечно, скорость света в вакууме всегда одинакова локально , но разница между системами отсчета в разных гравитационных полях компенсирует общую разницу в скорости. Не то чтобы это имело место в случае с Солнцем, но свет от очень плотной нейтронной звезды может быть значительно задержан Шапиро с момента, когда он покидает поверхность, и до тех пор, пока он не достигнет далекого наблюдателя.
Да, задержка Шапиро может быть измерена для лучей, проходящих близко к Солнцу, но перед эффектом рассеяния ею можно пренебречь. Спасибо @Ивелла

Энергии, произведенной в ядре, требуется столько времени, чтобы достичь поверхности. Это не тот же самый фотон, длящийся так долго. Фотоны постоянно испускаются и поглощаются, а энергия также расходуется во времени в виде кинетической энергии электронов и протонов в плазме.

Ядро нагревается. Ему требуется 40 000 лет (или любое другое число, которое может быть правильным), чтобы он остыл , пройдя через всю массу солнечного материала.

Что такое «это» в «... 40 тысяч лет (или любое другое число может быть правильным), чтобы оно остыло» ? Отдельная молекула, оказавшаяся в ядре? Фотон, возникающий в ядре (в результате слияния)? Что-то другое? Это не может быть само ядро.
Да, само ядро. Именно столько времени требуется энергии, чтобы достичь поверхности.
Неужели фотоны так сильно замедляются в гравитационном поле Солнца?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v