Ahh, ensimmäinen kysymyksesi on helppo! Valo kulkee valon nopeudella tyhjiössä, joka on vakio. Valo ei siis nopeudu tai hidastu.
Valo kuitenkin ”hidastuu”, kun se kulkee materiaalien, kuten lasin tai veden läpi. Todellisuudessa fotonit absorboituvat ja emittoituvat uudelleen sen materiaalin atomien toimesta, jossa valo kulkee. Voit laskea valon nopeuden materiaalissa jakamalla valon nopeuden tyhjiössä (noin 3 kertaa 10^8 metriä/sekunti) materiaalin taitekertoimella, joka on esimerkiksi useimmilla lasilajeilla noin 1,4.
Valo reagoi painovoimakenttään ja muuttaa suuntaansa (jälleen, ei oikeastaan ”kiihtyvää” – Einstein kertoo tämän vaikutuksen johtuvan siitä, että avaruus ja aika eivät ole ”litteitä” ja valonsäteet vain kulkevat lyhintä matkaa kahden pisteen välillä, joka voi olla kaareva). Kun fotoni kulkee gravitaatiopotentiaaliin, se kerää energiaa ja muuttaa väriä, muuttuen ”sinisiirtyneeksi”. Matkalla ulos se muuttuu ”punasiirtyneeksi”, kun se menettää energiaa. Havainnoitsija näkee kuitenkin aina fotonin kulkevan valon nopeudella, kun se saavuttaa hänet.
Elektronit liikkuvat koko ajan. On olemassa kahdenlaisia ”ikiliikkujia” — koneita, joissa osat liikkuvat koko ajan, ja koneita, joista voi ottaa energiaa irti jättäen ne alkuperäiseen tilaansa. Ensimmäinen tyyppi ei riko energian säilymistä tai mitään – liike voi jatkua loputtomiin lisäämättä tai vähentämättä energiaa – ei ole ”kitkaa” elektroneille alimmassa energiatilassaan atomiytimiä kiertävillä radoilla. Näillä elektroneilla ei myöskään ole keskimääräistä nopeutta, mutta jos mittaat atomissa olevan elektronin hetkellisen nopeuden minä tahansa hetkenä, huomaat, että se liikkuu.
Tämän kaiken tekee kunnolliseksi se, että elektronit eivät voi menettää energiaa, jos ne ovat jo alhaisimmassa energiatilassaan. Kvanttimekaniikassa on se outo piirre, että on olemassa sellainenkin asia kuin alhaisin energiatila, joka on yleensä tiukasti sidottu tila, jossa elektroni on lähellä atomin ydintä. Jos se pääsee yhtään lähemmäs, se joudutaan sulkemaan pienempään tilavuuteen. Elektronien rajoittaminen pieneen tilavuuteen lisää niiden nopeuden odotusarvoa (samalla kun sähköstaattinen potentiaalienergia pienenee, koska vastakkaiset varaukset vetävät puoleensa). Jossain onnellisessa tasapainotilassa energia minimoituu – vie elektroni lähemmäs, ja sen on liikuttava nopeammin, mikä lisää energiaa, vie se pois, ja sähköstaattinen potentiaalienergia on suurempi.
Tom
(julkaistu 22.10.2007)