Τα φωτεινά κύματα από μια κινούμενη πηγή βιώνουν το φαινόμενο Doppler για να οδηγήσει σε κόκκινη μετατόπιση ή μπλε μετατόπιση στη συχνότητα του φωτός. Αυτό είναι παρόμοιο (αν και όχι ταυτόσημο) με άλλα είδη κυμάτων, όπως τα ηχητικά κύματα. Η κύρια διαφορά είναι ότι τα φωτεινά κύματα δεν απαιτούν μέσο για ταξίδια, οπότε το κλασική εφαρμογή του αποτελέσματος Doppler δεν εφαρμόζεται ακριβώς στην κατάσταση αυτή.
Σχετικιστική επίδραση Doppler για το φως
Εξετάστε δύο αντικείμενα: την πηγή φωτός και τον "ακροατή" (ή παρατηρητή). Δεδομένου ότι τα φωτεινά κύματα που ταξιδεύουν σε κενό χώρο δεν έχουν μέσο, αναλύουμε το φαινόμενο Doppler για το φως από την άποψη της κίνησης της πηγής σε σχέση με τον ακροατή.
Δημιουργήσαμε το σύστημα συντεταγμένων μας έτσι ώστε η θετική κατεύθυνση να είναι από τον ακροατή προς την πηγή. Έτσι, αν η πηγή απομακρύνεται από τον ακροατή, την ταχύτητά του v είναι θετική, αλλά αν κινείται προς τον ακροατή, τότε το v είναι αρνητική. Ο ακροατής, στην περίπτωση αυτή, είναι
πάντα θεωρείται ότι βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας (έτσι v είναι πραγματικά το σύνολο σχετική ταχύτητα μεταξυ τους). Η ταχύτητα του φωτός ντο θεωρείται πάντοτε θετική.Ο ακροατής λαμβάνει μια συχνότητα φάμεγάλο η οποία θα ήταν διαφορετική από τη συχνότητα που μεταδίδεται από την πηγή φάμικρό. Αυτό υπολογίζεται με σχετικιστική μηχανική, με την εφαρμογή της απαραίτητης συστολής μήκους, και αποκτά τη σχέση:
φάμεγάλο = sqrt [( ντο - v)/( ντο + v)] * φάμικρό
Red Shift & Blue Shift
Μία πηγή φωτός που κινείται Μακριά από τον ακροατή (v είναι θετική) θα παρέχει ένα φάμεγάλο που είναι μικρότερη από φάμικρό. Στο ορατό φάσμα φωτός, αυτό προκαλεί μια στροφή προς το κόκκινο άκρο του φάσματος φωτός, επομένως ονομάζεται a redshift. Όταν η πηγή φωτός κινείται προς ο ακροατής (v είναι αρνητική), τότε φάμεγάλο είναι μεγαλύτερο από φάμικρό. Στο φάσμα ορατού φωτός, αυτό προκαλεί μια μετατόπιση προς το τέλος υψηλής συχνότητας του φάσματος φωτός. Για κάποιο λόγο, η βιολετί πήρε το κοντό άκρο του ραβδιού και αυτή η αλλαγή συχνότητας ονομάζεται πραγματικά α μπλε μετατόπιση. Προφανώς, στην περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος έξω από το φάσμα ορατού φωτός, αυτές οι μετατοπίσεις ενδέχεται να μην είναι προς το κόκκινο και το μπλε. Εάν βρίσκεστε στην υπέρυθρη ακτινοβολία, για παράδειγμα, μετατοπίζεστε ειρωνικά Μακριά από το κόκκινο όταν βιώσετε μια "κόκκινη μετατόπιση".
Εφαρμογές
Η αστυνομία χρησιμοποιεί αυτή την ιδιότητα στα κιβώτια ραντάρ που χρησιμοποιούν για την παρακολούθηση της ταχύτητας. Ραδιοκύματα μεταδίδονται έξω, συγκρούονται με ένα όχημα και αναπηδούν. Η ταχύτητα του οχήματος (που ενεργεί ως πηγή του ανακλώμενου κύματος) καθορίζει τη μεταβολή της συχνότητας, η οποία μπορεί να ανιχνευθεί με το κιβώτιο. (Παρόμοιες εφαρμογές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση των ταχυτήτων ανέμου στην ατμόσφαιρα, η οποία είναι η "Ραντάρ Doppler"των οποίων μετεωρολόγοι είναι τόσο λάτρης.)
Αυτή η μετατόπιση Doppler χρησιμοποιείται επίσης για την παρακολούθηση δορυφόρων. Παρατηρώντας τον τρόπο με τον οποίο αλλάζει η συχνότητα, μπορείτε να καθορίσετε την ταχύτητα σε σχέση με την τοποθεσία σας, η οποία επιτρέπει στην παρακολούθηση εδάφους να αναλύει την κίνηση αντικειμένων στο διάστημα.
Στην αστρονομία, αυτές οι μετατοπίσεις αποδείχθηκαν χρήσιμες. Όταν παρατηρείτε ένα σύστημα με δύο αστέρια, μπορείτε να πείτε ποιος κινείται προς εσάς και ποια μακριά αναλύοντας τον τρόπο αλλαγής των συχνοτήτων.
Ακόμη πιο σημαντικό, τα στοιχεία από την ανάλυση του φωτός από μακρινούς γαλαξίες δείχνουν ότι το φως δοκιμάζει μια κόκκινη μετατόπιση. Αυτοί οι γαλαξίες απομακρύνονται από τη Γη. Στην πραγματικότητα, τα αποτελέσματα αυτού του γεγονότος είναι λίγο πιο πέρα από το απλό αποτέλεσμα Doppler. Αυτό είναι στην πραγματικότητα αποτέλεσμα του χωροχρόνου η ίδια η επέκταση, όπως προέβλεπε γενική σχετικότητα. Οι παρεκτάσεις αυτών των στοιχείων, μαζί με άλλα ευρήματα, υποστηρίζουν το "μεγάλη έκρηξη"εικόνα της προέλευσης του σύμπαντος.