¿Los fotones se ralentizan tanto en el campo gravitatorio del Sol?

Acabo de escuchar a alguien mencionar que los fotones tardan 40 000 años en viajar desde el centro del Sol hasta su superficie, que es de aproximadamente 700 000 kilómetros. ¿Cómo es eso posible si la velocidad de la luz/fotones es de 300.000 km/segundo?

No tiene nada que ver con la gravedad, simplemente rebotan.
Una vez estimé el tiempo que tarda un bit dado de energía en escapar del Sol usando la energía térmica total del Sol y la luminosidad del Sol. Obtuve una respuesta de 26 millones de años. Otros comentaron que mi metodología no era buena, pero nunca entendí su razonamiento. El hilo está en el siguiente enlace si alguien quisiera ver mi método. ¡Gracias! física.stackexchange.com/questions/364765/…
Como un aspecto cuantitativo de cada respuesta que dice "la gravedad no juega un papel importante", calculé (enchufando d θ = d ϕ = d τ = 0 en la métrica interior de Schwarzschild e integrando para encontrar el cambio en el tiempo de coordenadas t por un camino de r = 0 a r = r gramo ) que la luz del mismo centro del sol tomaría aprox. 3,28 segundos para llegar a la superficie del sol (si no se absorbió), que es aproximadamente un 41,4 % más que si el sol no tuviera masa. ¿Mensurable? Tal vez. Pero no es el principal retraso.
¿Responde esto a tu pregunta? ¿Luz formada por el sol?

Respuestas (4)

Bueno, los fotones siempre viajan a la velocidad de la luz (en el vacío y en este caso entre colisiones de partículas, ver más abajo) aproximadamente 3 × 10 8   metro / s y se están ralentizando en este escenario, pero no de la forma en que piensas y no debido al campo gravitatorio de los soles.

También debe tener en cuenta que el fotón emitido en el centro del sol y el que escapa a la superficie del sol no son el "mismo" fotón.

Debido a que el sol es muy denso, un fotón emitido en el núcleo será absorbido por otro protón cercano casi inmediatamente, y el protón vibrará y luego volverá a emitir otro fotón en una dirección aleatoria. Esto sucede una y otra vez billones de billones de veces, de modo que para cuando llega a la superficie del sol, han pasado miles de años. Este proceso se describe mediante lo que se denomina un paseo aleatorio .

La distancia que puede viajar un fotón antes de ser absorbido viene dada por lo que se llama el camino libre medio y viene dada por la relación

yo = 1 σ norte

(de Wiki) "donde norte es el número de partículas objetivo por unidad de volumen, y σ es el área de la sección transversal efectiva para la colisión".

Como puede apreciar, la cantidad de partículas objetivo (protones) será significativamente alta, lo que hará que esta distancia sea extremadamente pequeña, por lo que efectivamente, el fotón viaja una "gran distancia" desde el interior del núcleo del Sol hasta su superficie, lo que lleva miles de años. ¡Entonces toma unos míseros 9 minutos llegar hasta nosotros!

"no son el "mismo" fotón", pero en los modelos estadísticos que nos dan el tiempo que tarda en llegar a la superficie, se "supone" que es el mismo fotón. En verdad, es energía transportada por los fotones virtuales en millones de interacciones que llega a la superficie del sol después de mucho tiempo.
Sí, pero no lo es, ¿verdad? Creo que se debe señalar este punto ya que el OP opinaba que un fotón emitido viaja desde el centro hacia el exterior sin obstáculos.
a) ¿No se dispersarían los fotones tanto de protones como de electrones (y el núcleo ocasional de helio o deuterio)? b) No creo que "el protón vibrará" sea una descripción muy precisa en un plasma ya que no hay grados de libertad "vibratorios".
@Drjh El lenguaje realmente no funciona bien para quanta. Los fotones (al igual que los electrones, etc.) no tienen identidad; "el mismo fotón" esencialmente no tiene sentido tan pronto como pierde la capacidad de factorizar fotones "individuales". Pero definitivamente podemos decir algunas cosas interesantes sobre el "fotón emitido por una reacción de fusión en el núcleo del Sol" y el "fotón emitido por la fotosfera". Obviamente, tienen energías muy diferentes, direcciones aleatorias y hay muchos más "fotones de la fotosfera". que hay "fotones de fusión" (por lo que definitivamente no hay una relación 1: 1).
@Drjh Creo que decir "principalmente protones" es bastante incorrecto. Considere el modelo de opacidad estelar en arxiv.org/abs/1601.01930 La dispersión fotón-protón no se considera en absoluto. ¿Quizás está pensando en la dispersión libre-libre de los dipolos protón-electrón no unidos?
Hay un peligro real con respuestas como esta. La respuesta correcta a la pregunta sería "Ah, los 40.000 años de los que has oído hablar no tienen absolutamente nada que ver con la gravedad como planteas en tu pregunta. Es un efecto totalmente ajeno". Ciertamente, uno podría continuar explicando (como en esta respuesta magníficamente escrita), ese otro efecto. Pero la respuesta real a la pregunta es "no tiene nada que ver con eso".
No, el sol no es extremadamente denso. Las condiciones en el centro del sol son bastante extremas en términos de presión y temperatura, y la densidad es bastante impresionante si se tiene en cuenta que el sol está compuesto principalmente de hidrógeno (plasma) que en condiciones "normales" tiene una baja densidad, pero en términos absolutos el sol tiene una baja densidad. De hecho, la luna tiene unas tres veces la densidad del sol, hecho que, dada la curiosa coincidencia de que los discos del sol y la luna tienen casi exactamente el mismo tamaño visto desde la tierra, explica por qué la luna tiene más efecto de marea que el sol. .
¿Cuánto tiempo transcurre entre que una partícula absorbe el fotón y luego emite uno "nuevo"? Es decir, ¿cuánto de los 40.000 años se debe a la longitud del camino real recorrido, y cuánto se gasta en "detener" todas las partículas a lo largo del camino?
@MarcvanLeeuwen ¿no es el aumento del efecto de marea más un resultado de que la fuerza de la gravedad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre dos objetos?
@TCooper No, ya que si eso fuera cierto, el sol vencería fácilmente a la luna, como lo es pag veces tan lejos, pag veces el tamaño lineal, y así pag 3 veces más voluminoso, por algún factor grande pag de proporcionalidad (supongo que alrededor 300 , pensé que tendría que comprobar los números). Sin embargo, el efecto de las mareas es proporcional a la derivada de la fuerza gravitatoria de valor vectorial (o más propiamente la aceleración), que sigue una ley del cubo inverso. Eso cancela precisamente el efecto de volumen, por lo que solo queda la densidad.
Eso es muy interesante. Francamente, no lo sigo y tendré que leerlo, así que gracias por compartir. Solo estaba haciendo referencia a algunos conocimientos de la escuela primaria... Siempre entendí la gravedad como una relación de masa y distancia. Sin tener en cuenta el volumen o la densidad en absoluto (muy simplificado), aunque encontré esto: oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_tides/… ¿Es simplemente un caso de que la noaa necesita actualizar su sitio web?
@Tcooper, esa sería una buena pregunta para enviar a este sitio.
@TCooper El sitio web de la NOAA me parece bien; Creo que tiene una manera diferente de explicar las cosas. Más discusión sobre esta pregunta: physics.stackexchange.com/questions/595071/…
¿Quiere decir que los fotones viajan a la velocidad del vacío de la luz entre las colisiones de partículas? Eso no está claro por cómo está escrito. ¿Puedes reformular para que quede más claro?
@TCooper. La dependencia de los efectos de las mareas en la derivada de la función de la fuerza gravitacional con la distancia puede entenderse al darse cuenta de que el efecto de las mareas depende de la diferencia en los efectos gravitatorios experimentados en los lados cercano y posterior de la Tierra. Lo que importa es la tasa de cambio de la gravedad sobre la distancia subtendida por el diámetro de la Tierra.

La gravedad tiene poco que ver con eso. El sol es un plasma denso y las partículas de plasma dispersan prolíficamente los fotones (tanto elástica como inelásticamente). Por lo tanto, el fotón no viaja desde el centro a la superficie en línea recta.

Debo aclarar que el campo gravitacional cambia la longitud de onda de la luz (en consecuencia, el momento del fotón en el vacío) pero no la velocidad del fotón ya que

pag = ℏ λ
y la velocidad de la luz en el vacío permanece absoluta según el principio de relatividad.

La razón de la aparente desaceleración de la velocidad de la luz en el sol se explica ampliamente en las respuestas anteriores.

Seguro que la velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma localmente , pero la diferencia entre los marcos de referencia en diferentes campos gravitatorios compensa la diferencia total de velocidad. No es que este sea el caso con el sol, pero la luz de una estrella de neutrones muy densa puede retrasarse significativamente desde el momento en que sale de la superficie hasta que llega a un observador lejano.
Sí, el retraso de Shapiro se puede medir para los rayos que pasan cerca del sol, pero debe ser insignificante frente al efecto de dispersión. Gracias @Ivella

La energía producida en el núcleo tarda ese tiempo en llegar a la superficie. No es el mismo fotón tardando tanto. Los fotones se emiten y absorben constantemente, y la energía también pasa tiempo como energía cinética de los electrones y protones en el plasma.

El núcleo se calienta. Se necesitan 40 mil años (o cualquiera que sea el número correcto) para que se enfríe , abriéndose camino a través de la mayor parte del material solar.

¿Qué es "eso" en "... 40k años (o cualquiera que sea el número correcto) para que se enfríe" ? ¿Una molécula individual que se encuentra en el núcleo? ¿Un fotón partiendo del núcleo (como resultado de la fusión)? ¿Algo más? No puede ser el núcleo en sí.
Sí, el núcleo mismo. Ese es el tiempo que tarda la energía en llegar a la superficie.
¿Los fotones se ralentizan tanto en el campo gravitatorio del Sol?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v