¡Ah, tu primera pregunta es la más fácil! La luz viaja a la velocidad de la luz en el vacío, que es una constante. Así que no hay aceleración ni ralentización.
La luz «se ralentiza» sin embargo cuando viaja a través de materiales, como el vidrio o el agua. En realidad, los fotones son absorbidos y reemitidos por los átomos del material en el que viaja la luz. Se puede calcular la velocidad de la luz en un material dividiendo la velocidad de la luz en el vacío (unas 3 veces 10^8 metros/segundo) por el índice de refracción del material, que es de aproximadamente 1,4 para la mayoría de los tipos de vidrio, por ejemplo.
La luz reaccionará a un campo gravitatorio y cambiará su dirección (de nuevo, no se «acelera» realmente — Einstein nos dice que este efecto proviene del hecho de que el espacio y el tiempo no son «planos» y los rayos de luz sólo siguen la distancia más corta entre dos puntos, que puede ser curvada). Cuando un fotón viaja al interior de un potencial gravitatorio, recoge energía y cambia de color, volviéndose «azulado». Al salir, se desplaza al rojo al perder energía. Sin embargo, un observador siempre verá el fotón viajando a la velocidad de la luz al llegar a él.
Los electrones se mueven todo el tiempo. Hay dos tipos de «máquinas de movimiento perpetuo»: las máquinas en las que las piezas se mueven todo el tiempo, y las máquinas de las que se puede extraer energía dejándola en el estado original. El primer tipo no viola la conservación de la energía ni nada por el estilo: el movimiento puede continuar indefinidamente sin añadir ni restar energía: no hay «fricción» para los electrones en sus órbitas de estado de energía más bajo alrededor de los núcleos atómicos. Tampoco hay una velocidad media de estos electrones, pero si hicieras una medición de la velocidad instantánea de un electrón en un átomo en cualquier instante de tiempo, encontrarás que se está moviendo.
Lo que hace que todo esto esté bien es que los electrones no pueden perder energía si ya están en su estado de menor energía. La mecánica cuántica tiene la extraña característica de que existe un estado de mínima energía, que suele ser un estado fuertemente ligado en el que el electrón se encuentra cerca del núcleo del átomo. Si lo acercas más, tienes que confinarlo en un volumen de espacio más pequeño. El confinamiento de los electrones en pequeños volúmenes de espacio aumenta el valor esperado de su velocidad (al tiempo que reduce la energía potencial electrostática porque las cargas opuestas se atraen). En algún equilibrio feliz, la energía se minimiza — acercar el electrón y tiene que moverse más rápidamente, aumentando la energía, alejarlo, y la energía potencial electrostática es mayor.
Tom
(publicado el 22/10/2007)