Ahh, din första fråga är den enkla! Ljuset färdas med ljusets hastighet i vakuum, vilket är en konstant. Det finns alltså ingen acceleration eller avmattning.
Ljuset ”saktar dock ner” när det färdas genom material, som glas eller vatten. I verkligheten absorberas och återutsänds fotoner av atomerna i det material som ljuset färdas genom. Du kan räkna ut ljusets hastighet i ett material genom att dividera ljusets hastighet i vakuum (cirka 3 gånger 10^8 meter/sekund) med materialets brytningsindex, som till exempel är cirka 1,4 för de flesta sorters glas.
Ljuset reagerar på ett gravitationsfält och ändrar riktning (återigen, inte riktigt ”accelererande” — Einstein berättar att denna effekt kommer från det faktum att rum och tid inte är ”platta” och att ljusstrålarna bara följer det kortaste avståndet mellan två punkter, vilket kan vara krökt). När en foton färdas in i en gravitationspotential tar den upp energi och ändrar färg och blir ”blåförskjuten”. På vägen ut blir den ”rödförskjuten” när den förlorar energi. En observatör kommer dock alltid att se att fotonen färdas med ljusets hastighet när den når honom.
Elektroner rör sig hela tiden. Det finns två typer av ”evighetsmaskiner” – maskiner där delarna rör sig hela tiden, och maskiner från vilka man kan utvinna energi samtidigt som man lämnar dem i ursprungligt skick. Den första sorten bryter inte mot energihushållningen eller något annat — rörelsen kan fortsätta i all oändlighet utan att man lägger till eller drar ifrån energi — det finns ingen ”friktion” för elektroner i deras banor med lägsta energitillstånd runt atomkärnor. Det finns inte heller någon genomsnittlig hastighet för dessa elektroner, men om du skulle göra en mätning av den momentana hastigheten hos en elektron i en atom vid varje tidpunkt kommer du att finna att den är i rörelse.
Vad som gör allt detta okej är att elektronerna inte kan förlora energi om de redan befinner sig i sitt lägsta energitillstånd. Kvantmekaniken har den märkliga egenskapen att det finns något sådant som ett lägsta energitillstånd, vilket vanligtvis är ett tätt bundet tillstånd där elektronen befinner sig nära kärnan i en atom. Om den kommer närmare i genomsnitt måste man begränsa den till en mindre rymdvolym. Om man begränsar elektroner till små rumvolymer ökar deras hastighets väntevärde (samtidigt som man minskar den elektrostatiska potentiella energin eftersom motsatta laddningar attraheras). Vid en lycklig jämvikt är energin minimerad – om man för elektronen närmare måste den röra sig snabbare, vilket ökar energin, om man tar bort den måste den röra sig snabbare, vilket ökar energin, om man tar bort den måste den röra sig snabbare och den elektrostatiska potentiella energin är högre.
Tom
(publicerad den 22/10/2007)