Ahh, je eerste vraag is de makkelijke! Licht reist met de snelheid van het licht in vacuüm, wat een constante is. Er is dus geen sprake van versnellen of vertragen.
Licht “vertraagt” echter wanneer het door materialen reist, zoals glas of water. In werkelijkheid worden fotonen geabsorbeerd en opnieuw uitgezonden door de atomen van het materiaal waarin het licht reist. Je kunt de lichtsnelheid in een materiaal berekenen door de lichtsnelheid in vacuüm (ongeveer 3 maal 10^8 meter/seconde) te delen door de brekingsindex van het materiaal, die voor de meeste soorten glas bijvoorbeeld ongeveer 1,4 is.
Licht reageert op een gravitatieveld en verandert van richting (nogmaals, niet echt “versnellend” — Einstein vertelt ons dat dit effect voortkomt uit het feit dat ruimte en tijd niet “plat” zijn en de lichtstralen gewoon de kortste afstand tussen twee punten volgen, die gebogen kan zijn). Wanneer een foton in een gravitatiepotentiaal reist, neemt het energie op en verandert van kleur, het wordt “blauwverschoven”. Op de weg naar buiten wordt het “roodverschoven” omdat het energie verliest. Een waarnemer zal het foton echter altijd met de lichtsnelheid zien reizen als het hem bereikt.
Elektronen bewegen de hele tijd. Er zijn twee soorten “perpetuum mobile machines” — machines waarin de onderdelen voortdurend bewegen, en machines waaraan je energie kunt onttrekken terwijl je ze in de oorspronkelijke staat laat. De eerste soort is niet in strijd met het behoud van energie of wat dan ook — beweging kan oneindig doorgaan zonder energie toe te voegen of af te trekken — er is geen “wrijving” voor elektronen in hun laagste energietoestand in banen rond atoomkernen. Er is ook geen gemiddelde snelheid van deze elektronen, maar als u een meting zou doen van de momentane snelheid van een elektron in een atoom op elk moment van de tijd, zult u ontdekken dat het beweegt.
Wat dit allemaal in orde maakt, is dat de elektronen geen energie kunnen verliezen als zij zich al in hun laagste energietoestand bevinden. De kwantummechanica heeft de vreemde eigenschap dat er zoiets bestaat als een laagste energietoestand, die gewoonlijk een strak gebonden toestand is waarin het elektron zich dicht bij de kern van een atoom bevindt. Breng hem gemiddeld dichterbij, en je moet hem opsluiten in een kleiner volume van de ruimte. Het opsluiten van elektronen in kleine ruimtevolumes verhoogt de verwachtingswaarde van hun snelheid (terwijl de elektrostatische potentiële energie afneemt omdat tegengestelde ladingen elkaar aantrekken). Bij een gelukkig evenwicht wordt de energie geminimaliseerd — breng het elektron dichterbij en het moet sneller bewegen, waardoor de energie toeneemt, haal het weg, en de elektrostatische potentiële energie is hoger.
Tom
(gepubliceerd op 10/22/2007)