Ar bent įsivaizduojate, kiek reikia laiko, kol Saulėje užgimęs fotonas prasimuša į žvaigždės paviršių? Įspūdingi skaičiai ir kokias nesąmones rašo vadovėliai

Dauguma vadovėlių nurodo, kad šviesai ištrūkti į paviršių reikia nuo 100 000 iki 50 milijonų metų - tad galima nustebti, kad toks populiarus klausimas iki pat šiol neturi nors kiek tikslesnio atsakymo.

Tačiau šį rodiklį vadovėlių autoriai apskaičiuoja remdamiesi tik prielaidomis.

O astronomai nėra suinteresuoti užsiimti ilgais ir nuobodžiais skaičiavimais, kad gautų tikslų atsakymą.

Tiesą sakant, tai yra itin sudėtinga fizikos problema.

Vos tik šviesos fotonas gimsta, jis keliauja 300 000 kilometrų per sekundę greičiu, kol susiduria su energetiškai įkrauta dalele ir pakeičia savo skriejimo kryptį.

Vidutiniškai fotonas neatsimušęs į įkrautą dalelę gali nukeliauti 0,01 centimetro Saulės branduolyje – ir 0,03 centimetro Saulės paviršiuje.

Šis skaičius skiriasi dėl to, kad tankis Saulės branduolyje ir paviršiuje skiriasi tūkstančiais kartų. Tačiau vadovėliuose skaičiuojama, jog fotonas iki susidūrimo su įkrauta dalele keliauja net vieną centimetrą, todėl ir gaunami tik labai apytiksliai fotono keliavimo iki Saulės paviršiaus skaičiavimai.

Žinant, kokį atstumą fotonas nukeliauja prieš susidurdamas su įkrauta dalele, reikia išsiaiškinti, kiek jis atlieka žingsnių, kol pasiekia Saulės paviršių.

Tai vadinama „Atsitiktinio ėjimo problema“. Atsakymas gaunamas paėmus atsitiktinių žingsnių skaičių N, kurių vieno atstumas yra, pavyzdžiui, 1 metras, o atstumas nuo pradinio iki galutinio taško bus ištraukus kvadratinę šaknį iš N.

Taigi po 100 atsitiktinių žingsnių bus nukeliauta 10 metrų, tačiau nukeliauti 100 metrų jau prireiks 10 000 žingsnių, o nukeliavus 1 milijoną žingsnių, atstumas bus 1 kilometras – ir t. t.

Kadangi Saulės tankis branduolyje ir paviršiuje skiriasi, būdinga suskirstyti Saulės vidinę dalį į talpyklas su vidutiniu tankiu. Tuomet apskaičiuojama, kiek žingsnių fotonas atlieka keliaudamas per talpyklas.

Fotonas keliauja šviesos greičiu, todėl nesunku apskaičiuoti, per kiek laiko fotonas atlieka vieną žingsnį. Padauginus šį skaičių iš atliktų žingsnių, galime apskaičiuoti, kiek fotonui užtrunka prakeliauti per vieną talpyklą, o sudėję visų talpyklų skaičių, gauname laiką, kurio fotonui reikia pasiekti Saulės paviršių.

Pritaikius šį keliavimo per Saulės vidines talpyklas metodą, panaudojamas tikslus Saulės vidinės dalies modelis, o gaunamas atsakymas – fotonui pasiekti Saulės paviršių prireikia tarp 10 000 ir 170 000 metų.

Tad kodėl vadovėliuose rašoma, kad šis skaičius gali siekti net 10 milijonų metų? Pasirodo, todėl, kad vadovėlių autoriai tingi patys apskaičiuoti šį laikotarpį ir remiasi dar seniau išleistomis knygomis.

Taigi, kartais paprastas klausimas gali turėti itin netikslų atsakymą, ir niekas nepasivargina apskaičiuoti tiksliai.

Pateiksime pavyzdį. 1971 metais du fizikai – Alfredas Goldhaberis ir Michaelas Nieto – iš Los Alamos laboratorijos apskaičiavo maksimalią hipotetinės gravitono dalelės (hipotetinis gravitacinės energijos kiekis, laikomas dalele) masę.

Jų atsakymas buvo 10⁻⁶² gramai. Po dešimties metų tie patys fizikai paskelbė atnaujintą tyrimą ir pakeistą gravitono dalelės masę.

Jie pripažino, kad 1971 metais atlikdami skaičiavimus padarė klaidą, todėl gravitono dalelės masė iš tikrųjų yra milijardus kartų didesnė nei jie buvo nurodę. Per visą tą laiką niekas net nepastebėjo šios klaidos!