Ahh, la tua prima domanda è quella facile! La luce viaggia alla velocità della luce nel vuoto, che è una costante. Quindi non c’è nessuna accelerazione o rallentamento.
La luce “rallenta” però quando viaggia attraverso materiali, come il vetro o l’acqua. In realtà, i fotoni vengono assorbiti e riemessi dagli atomi del materiale in cui la luce viaggia. Si può calcolare la velocità della luce in un materiale dividendo la velocità della luce nel vuoto (circa 3 volte 10^8 metri/secondo) per l’indice di rifrazione del materiale, che è circa 1,4 per la maggior parte dei tipi di vetro, per esempio.
La luce reagirà ad un campo gravitazionale e cambierà la sua direzione (di nuovo, non proprio “accelerando” — Einstein ci dice che questo effetto deriva dal fatto che lo spazio e il tempo non sono “piatti” e i raggi di luce seguono solo la distanza più breve tra due punti, che può essere curva). Quando un fotone viaggia in un potenziale gravitazionale, prende energia e cambia colore, diventando “azzurrato”. All’uscita, diventa “redshifted” mentre perde energia. Un osservatore vedrà sempre il fotone viaggiare alla velocità della luce quando lo raggiunge, comunque.
Gli elettroni si muovono continuamente. Ci sono due tipi di “macchine a moto perpetuo” — macchine in cui le parti si muovono in continuazione, e macchine da cui si può estrarre energia lasciandola nello stato originale. Il primo tipo non viola la conservazione dell’energia o altro — il movimento può continuare indefinitamente senza aggiungere o sottrarre energia — non c’è “attrito” per gli elettroni nelle loro orbite a più bassa energia attorno ai nuclei atomici. Non c’è nemmeno una velocità media di questi elettroni, ma se si dovesse fare una misurazione della velocità istantanea di un elettrone in un atomo in qualsiasi istante di tempo, si scoprirebbe che si sta muovendo.
Quello che fa sì che tutto questo vada bene è che gli elettroni non possono perdere energia se sono già nel loro stato di energia più bassa. La meccanica quantistica ha la strana caratteristica che esiste una cosa come uno stato di energia più basso, che di solito è uno stato strettamente legato dove l’elettrone si trova vicino al nucleo di un atomo. Se ci si avvicina ancora di più, bisogna confinarlo in un volume di spazio più piccolo. Confinare gli elettroni in piccoli volumi di spazio aumenta il valore di aspettativa della loro velocità (mentre riduce l’energia potenziale elettrostatica perché le cariche opposte si attraggono). Ad un certo felice equilibrio, l’energia è minimizzata — avvicina l’elettrone e deve muoversi più velocemente, aumentando l’energia, toglilo, e l’energia potenziale elettrostatica è più alta.
Tom
(pubblicato il 22/10/2007)