Ahh, deine erste Frage ist die einfachste! Licht bewegt sich mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, die eine Konstante ist. Es gibt also keine Beschleunigung oder Verlangsamung.
Licht „verlangsamt“ sich jedoch, wenn es sich durch Materialien wie Glas oder Wasser bewegt. In Wirklichkeit werden die Photonen von den Atomen des Materials, durch das sich das Licht bewegt, absorbiert und wieder emittiert. Man kann die Lichtgeschwindigkeit in einem Material berechnen, indem man die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (etwa 3 mal 10^8 Meter/Sekunde) durch den Brechungsindex des Materials teilt, der z. B. bei den meisten Glasarten etwa 1,4 beträgt.
Licht reagiert auf ein Gravitationsfeld und ändert seine Richtung (auch hier wird es nicht wirklich „beschleunigt“ – Einstein sagt uns, dass dieser Effekt daher rührt, dass Raum und Zeit nicht „flach“ sind und die Lichtstrahlen einfach dem kürzesten Abstand zwischen zwei Punkten folgen, der gekrümmt sein kann). Wenn ein Photon in ein Gravitationspotential eindringt, nimmt es Energie auf und ändert seine Farbe, es wird „blauverschoben“. Auf dem Weg nach draußen wird es „rotverschoben“, da es Energie verliert. Ein Beobachter wird jedoch immer sehen, dass sich das Photon mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, wenn es ihn erreicht.
Elektronen bewegen sich die ganze Zeit. Es gibt zwei Arten von „Perpetuum Mobile“ – Maschinen, bei denen sich die Teile ständig bewegen, und Maschinen, denen man Energie entziehen kann, während man sie im ursprünglichen Zustand belässt. Die erste Art verstößt nicht gegen die Energieerhaltung oder ähnliches – die Bewegung kann unbegrenzt fortgesetzt werden, ohne dass Energie hinzugefügt oder abgezogen wird – es gibt keine „Reibung“ für Elektronen in ihrem niedrigsten Energiezustand, die um Atomkerne kreisen. Es gibt auch keine Durchschnittsgeschwindigkeit dieser Elektronen, aber wenn man die momentane Geschwindigkeit eines Elektrons in einem Atom zu einem beliebigen Zeitpunkt messen würde, würde man feststellen, dass es sich bewegt.
Was das Ganze in Ordnung bringt, ist, dass die Elektronen keine Energie verlieren können, wenn sie sich bereits in ihrem niedrigsten Energiezustand befinden. Die Quantenmechanik hat die seltsame Eigenschaft, dass es so etwas wie einen niedrigsten Energiezustand gibt, der normalerweise ein eng gebundener Zustand ist, in dem sich das Elektron in der Nähe des Atomkerns befindet. Kommt man ihm im Durchschnitt noch näher, muss man es auf ein kleineres Raumvolumen beschränken. Wenn man die Elektronen auf ein kleines Raumvolumen beschränkt, erhöht sich der Erwartungswert ihrer Geschwindigkeit (und gleichzeitig verringert sich die elektrostatische potenzielle Energie, da sich entgegengesetzte Ladungen anziehen). In einem glücklichen Gleichgewicht wird die Energie minimiert – bringt man das Elektron näher heran, muss es sich schneller bewegen, was die Energie erhöht, entfernt man es, ist die elektrostatische potentielle Energie höher.
Tom
(veröffentlicht am 22.10.2007)