Les photons ralentissent-ils autant dans le champ gravitationnel du Soleil?
Je viens d'entendre quelqu'un mentionner que les photons mettent 40 000 ans à voyager du centre du Soleil à sa surface qui est d'environ 700 000 kilomètres. Comment est-ce possible si la vitesse de la lumière / photons est de 300 000 km / seconde?
Réponses
Eh bien, les photons voyagent toujours à la vitesse de la lumière (dans le vide et dans ce cas entre les collisions de particules - voir ci-dessous) à propos de $3 \times 10^8 \ m/s$ et ils sont ralentis dans ce scénario, mais pas comme vous le pensez et pas à cause du champ gravitationnel des soleils.
Il faut également noter que le photon émis au centre du soleil et celui qui s'échappe à la surface du soleil ne sont pas le «même» photon.
Parce que le soleil est extrêmement dense, un photon émis au cœur sera absorbé par un autre proton proche presque immédiatement, et le proton vibrera puis réémettra un autre photon dans une direction aléatoire. Cela se produit encore et encore des milliards de milliards de fois, de sorte qu'au moment où il atteint la surface du soleil, des milliers d'années se sont écoulées. Ce processus est décrit par ce qu'on appelle une marche aléatoire .
La distance qu'un photon peut parcourir avant d'être absorbé est donnée par ce qu'on appelle le libre parcours moyen et est donnée par la relation
$$l = \frac{1}{\sigma n}$$
(de Wiki) "où $n$ est le nombre de particules cibles par unité de volume, et $\sigma$ est la section efficace de la collision. "
Comme vous pouvez le comprendre, le nombre de particules cibles (protons) sera considérablement élevé, ce qui rendra cette distance extrêmement petite, de sorte qu'en fait, le photon se déplace sur une grande distance depuis le noyau du Soleil jusqu'à sa surface. Ensuite, il ne faut que 9 minutes pour nous rejoindre!
La gravité n'a pas grand-chose à voir avec cela. Le soleil est un plasma dense et des particules de plasma diffusent de manière prolifique des photons (à la fois de manière élastique et inélastique). Par conséquent, le photon ne se déplace pas du centre vers la surface en ligne droite.
Je devrais préciser que le champ gravitationnel modifie la longueur d'onde de la lumière (par conséquent l'élan du photon dans le vide) mais pas la vitesse du photon puisque $$ p = \frac{\hbar}{\lambda} $$ et la vitesse de la lumière dans le vide reste absolue selon le principe de relativité.
La raison du ralentissement apparent de la vitesse de la lumière au soleil est expliquée en détail dans les réponses précédentes.
L'énergie produite dans le noyau met autant de temps à atteindre la surface. Ce n'est pas le même photon qui prend autant de temps. Les photons sont constamment émis et absorbés, et l'énergie passe également du temps sous forme d'énergie cinétique des électrons et des protons du plasma.
Le noyau chauffe. Il faut 40 000 ans (ou quel que soit le nombre correct) pour qu'il se refroidisse et se fraye un chemin à travers toute la masse du matériau solaire.