Ahh, votre première question est la plus facile ! La lumière voyage à la vitesse de la lumière dans le vide, qui est une constante. Il n’y a donc pas d’accélération ou de ralentissement.
La lumière « ralentit » cependant lorsqu’elle traverse des matériaux, comme le verre ou l’eau. En réalité, les photons sont absorbés et réémis par les atomes du matériau dans lequel la lumière se déplace. Vous pouvez calculer la vitesse de la lumière dans un matériau en divisant la vitesse de la lumière dans le vide (environ 3 fois 10^8 mètres/seconde) par l’indice de réfraction du matériau, qui est d’environ 1,4 pour la plupart des types de verre, par exemple.
La lumière va réagir à un champ gravitationnel et changer de direction (encore une fois, pas vraiment « accélérer » — Einstein nous dit que cet effet vient du fait que l’espace et le temps ne sont pas « plats » et que les rayons lumineux ne font que suivre la distance la plus courte entre deux points, qui peut être courbe). Lorsqu’un photon se déplace dans un potentiel gravitationnel, il absorbe de l’énergie et change de couleur, devenant « décalé vers le bleu ». À sa sortie, il subit un décalage vers le rouge car il perd de l’énergie. Un observateur verra toujours le photon voyager à la vitesse de la lumière lorsqu’il l’atteint, cependant.
Les électrons bougent tout le temps. Il y a deux sortes de « machines à mouvement perpétuel » — des machines dans lesquelles les pièces bougent tout le temps, et des machines dont on peut extraire de l’énergie tout en les laissant dans leur état initial. Le premier type de machine ne viole pas la conservation de l’énergie ou quoi que ce soit d’autre – le mouvement peut se poursuivre indéfiniment sans ajouter ni soustraire d’énergie – il n’y a pas de « friction » pour les électrons dans leur état d’énergie le plus bas en orbite autour des noyaux atomiques. Il n’y a pas non plus de vitesse moyenne de ces électrons, mais si vous deviez faire une mesure de la vitesse instantanée d’un électron dans un atome à n’importe quel instant, vous trouverez qu’il est en mouvement.
Ce qui rend tout cela correct, c’est que les électrons ne peuvent pas perdre d’énergie s’ils sont déjà dans leur état d’énergie le plus bas. La mécanique quantique a la caractéristique bizarre qu’il existe une telle chose qu’un état d’énergie le plus bas, qui est généralement un état étroitement lié où l’électron se trouve près du noyau d’un atome. Si l’on s’en approche davantage, il faut le confiner dans un plus petit volume d’espace. Le confinement des électrons dans de petits volumes d’espace augmente la valeur attendue de leur vitesse (tout en réduisant l’énergie potentielle électrostatique, car les charges opposées s’attirent). À un certain équilibre heureux, l’énergie est minimisée — rapprochez l’électron et il doit se déplacer plus rapidement, ce qui augmente l’énergie, éloignez-le et l’énergie potentielle électrostatique est plus élevée.
Tom
(publié le 22/10/2007)