Als licht van vacuum naar atmosfeer gaat en weer naar vacuum, welke snelheid neemt deze dan aan?

De eenvoudigste manier om hierover na te denken is als volgt: fotonen reizen altijd met de snelheid van het licht. Ze kunnen niet anders - elke andere snelheid is gewoon onmogelijk voor hen.

Ze gaan echter niet altijd in een rechte lijn. Ze doen dat in een vacuüm, maar als ze door een medium gaan, reageren ze met elektronen waar ze toevallig tegenaan botsen. Wanneer een foton wordt geabsorbeerd door een elektron, wordt meestal een ander foton vrijgegeven, maar het gaat niet noodzakelijkerwijs in dezelfde richting als het origineel. Dus die fotonen die erin zijn geslaagd om door het medium te reizen en die uiteindelijk door de detector worden geabsorbeerd (misschien je oog), zijn doorgaans verder gereisd dan wanneer ze helemaal door een vacuüm waren gereisd. Hun algehele snelheid is dus iets minder dan de lichtsnelheid.
De lichtsnelheid in een medium is lager dan deze waarde (in lucht 0,03% lager).

Als jouw foton 10 km diep het water ingaat komt hij ongeveer 300.000 x 10²² moleculen water tegen. Dat zijn dus 27 nullen achter de 3 en is voor de meeste mensen niet meer uit te spreken. Ze noemen dat astronomische getallen. Als je na zoveel botsingen toch nog op de grond komt ben je toch wel je energie kwijt. De lichtsnelheid blijft echter een fysisch gegeven. De lichtsnelheid is de snelheid waarmee het licht en andere elektromagnetische straling zich voortplanten. In vacuüm heeft de lichtsnelheid (in SI-eenheden) voor alle frequenties de waarde c = 299 792 458 m/s. Als je dat vertaalt naar jouw vraag komt een foton dus met die snelheid een medium binnen, zal dan vertragen en gaat daarna even vrolijk en even snel weer verder met zijn standaardsnelheid.
Als je echt de fysica van de lichtsnelheid wilt leren kennen moet je in de relativiteitstheorie duiken en daar over is (in de woorden van erotisi) niet op een eenvoudige manier na te denken.

De lichtsnelheid in vacuum is een natuurconstante. Wat je ook doet, de snelheid ligt rond de 300.000 km/s (exact 299.792.458 m/s). Wanneer het naar een medium gaat, zal het licht energie verliezen. Het lijkt inderdaad alsof het langzamer gaat door de tussenliggende atomen die het foton op kunnen nemen, en deze zenden dat weer uit. In feite krijg je dan een absorptiespectrum (het opgenomen licht zie je niet meer terug). De rest reist door.
Hierdoor wordt het wat ingewikkelder, want in feite krijg je lokaal (dus op een heel kort stukje) een soort snelheidsverdeling. Sommigen worden niet opgenomen en reizen direct door met die 300.000 km/s (want een atoom is grotendeels vacuum!) en andere verliezen een beetje tijd door opgenomen te worden en weer uitgezonden te worden. Dit tijdsverlies voelt aan als een lagere snelheid.

Op een heel kort stukje gaat sommige fotonen ongehinderd door en anderen verliezen wat tijd. Maar op een lang stuk (op atomair gezien, dus in feite al na een paar mm bijvoorbeeld), is elke foton wel iets tegengekomen. Dus lijkt de snelheid wat lager. Hoe dichter het materiaal, hoe meer stof fotononen tegen komen, hoe lager de snelheid van het licht in het medium. Als het er al helemaal doorheen komt. Is het materiaal dicht genoeg, komt het licht er niet doorheen (het wordt allemaal opgenomen / weerkaatst / gereflecteerd, enz).

Maar zoals ik al zei, het grootste gedeelte van de tijd reizen de fotonen door een materiaal met die 300.000 km/s. Ze hebben alleen wat vertraging door de atomen die ze tegen komen. Maar wanneer ze weer uit het medium komen, zullen ze geen vertraging meer hebben en blijven gewoon met die 300.000 km/s reizen.

Er zit wel een kleine maar aan. Terwijl het licht door een medium reist, verliest het energie. Dat kan niet in de snelheid zitten (want licht reist per definitie met die 300.000 km/s in vacuum). Het energieverlies zit in de golflengte van het licht. Hoe meer energie het verliest, hoe lager de frequentie, hoe langer de golflengte (er treedt een roodverschuivind op).

Dus licht reist altijd met c (299.792.458 m/s is ongeveer 300.000 km/s), in een medium lopen ze vertraging op door absorptie) en buiten het medium reist het weer door met de normale 300.000 km/s

Kort overview voor snelheden:
Vacuum 300.000 km/s
Lucht 299.000 km/s
Ijs 290.000 km/s
Water 225.000 km/s
Glas 198.000 km/s
Diamant 125.000 km/s
(zie bron 1 en 2).