Эффект Доплера в свете: красное и синее смещение

Световые волны от движущегося источника испытывают эффект Доплера, что приводит к красному или синему смещению частоты света. Это похоже (хотя и не идентично) на другие виды волн, такие как звуковые волны. Основное отличие состоит в том, что световые волны не требуют среды для путешествий, поэтому классическое применение эффекта Доплера не относится именно к этой ситуации.

Рассмотрим два объекта: источник света и «слушатель» (или наблюдатель). Поскольку световые волны, движущиеся в пустом пространстве, не имеют среды, мы анализируем эффект Доплера для света с точки зрения движения источника относительно слушателя.

Мы настроили нашу систему координат так, чтобы положительное направление было от слушателя к источнику. Так что, если источник удаляется от слушателя, его скорость v положительно, но если он движется к слушателю, то v отрицательно. В этом случае слушатель всегда считается в состоянии покоя (так v действительно общее относительная скорость между ними). Скорость света с всегда считается положительным.

Слушатель получает частоту е_L которая будет отличаться от частоты, передаваемой источником е_S. Это рассчитывается с помощью релятивистской механики, применяя необходимое сокращение длины, и получает соотношение:

е_L = sqrt [( с - v)/( с + v)] * е_S

Источник света движется прочь от слушателя (v положительно) обеспечит е_L это меньше чем е_S. в спектр видимого светаэто вызывает смещение в сторону красного конца светового спектра, поэтому он называется красное смещение. Когда источник света движется к слушатель (v отрицательно), то е_L больше, чем е_S. В спектре видимого света это вызывает сдвиг в сторону высокочастотного конца спектра света. По какой-то причине фиолетовый получил короткий конец стержня, и такой сдвиг частоты фактически называется синее смещение. Очевидно, что в области электромагнитного спектра за пределами спектра видимого света эти сдвиги могут фактически не быть в направлении красного и синего. Например, если вы находитесь в инфракрасном диапазоне, вы меняете прочь от красного, когда вы испытываете «красное смещение».

Полиция использует это свойство в радарах, которые они используют для отслеживания скорости. Радиоволны передаются, сталкиваются с транспортным средством и приходят в норму. Скорость транспортного средства (которая служит источником отраженной волны) определяет изменение частоты, которое можно обнаружить с помощью коробки. (Подобные приложения могут быть использованы для измерения скорости ветра в атмосфере, которая является "Доплеровский радар"из которых метеорологи так любят.)

Этот доплеровский сдвиг также используется для отслеживания спутников. Наблюдая за изменением частоты, вы можете определить скорость относительно вашего местоположения, что позволяет наземному трекингу анализировать движение объектов в пространстве.

В астрономии эти сдвиги оказываются полезными. Наблюдая за системой с двумя звездами, вы можете определить, какие движутся к вам, а какие - нет, анализируя, как меняются частоты.

Что еще более важно, данные анализа света от далеких галактик показывают, что свет испытывает красное смещение. Эти галактики удаляются от Земли. На самом деле, результаты этого немного выходят за рамки простого эффекта Доплера. Это на самом деле результат пространства-времени само расширяется, как и предсказывалось общая теория относительности. Экстраполяция этих доказательств, наряду с другими выводами, подтверждает "большой взрывкартина происхождения вселенной.