Dopplerov efekt vo svetle: červený a modrý posun

Svetelné vlny z pohybujúceho sa zdroja zažívajú Dopplerov efekt, ktorý má za následok buď červený alebo modrý posun vo frekvencii svetla. Je to podobným spôsobom (aj keď nie identickým) s inými druhmi vĺn, ako sú zvukové vlny. Hlavný rozdiel je v tom, že svetelné vlny nevyžadujú na cestovanie médium, takže klasická aplikácia Dopplerovho efektu sa nevzťahuje presne na túto situáciu.

Zvážte dva objekty: svetelný zdroj a „poslucháč“ (alebo pozorovateľ). Pretože svetelné vlny cestujúce v prázdnom priestore nemajú žiadne médium, analyzujeme Dopplerov efekt pre svetlo z hľadiska pohybu zdroja vzhľadom na poslucháča.

Nastavili sme náš súradnicový systém tak, aby pozitívny smer smeroval od poslucháča k zdroju. Takže ak sa zdroj sťahuje od poslucháča, jeho rýchlosť proti je pozitívny, ale ak sa posúva smerom k poslucháčovi, potom proti je negatívny. Poslucháč v tomto prípade je vždy považuje sa za odpočinok (tzv proti je skutočne celkom relatívna rýchlosť medzi nimi). Rýchlosť svetla C sa vždy považuje za pozitívny.

Poslucháč dostáva frekvenciu F_L ktoré by sa líšili od frekvencie prenášanej zdrojom F_S. To sa počíta pomocou relativistickej mechaniky pomocou nevyhnutnej kontrakcie dĺžky a získa sa vzťah:

F_L = sqrt [( C - proti)/( C + proti)] * F_S

Svetelný zdroj sa pohybuje preč od poslucháča (proti je pozitívny) by poskytol F_L to je menej ako F_S. V spektrum viditeľného svetla, to spôsobuje posun smerom k červenému koncu svetelného spektra, preto sa nazýva a RedShift. Keď sa svetelný zdroj pohybuje k poslucháč (proti je negatívny), potom F_L je väčší ako F_S. V spektre viditeľného svetla to spôsobuje posun smerom k vysokofrekvenčnému koncu svetelného spektra. Z nejakého dôvodu fialový dostal krátky koniec tyče a taký frekvenčný posun sa v skutočnosti nazýva a modrý posun. Je zrejmé, že v oblasti elektromagnetického spektra mimo spektra viditeľného svetla nemusia byť tieto posuny v skutočnosti smerom k červenej a modrej. Napríklad, ak ste v infračervenom svetle, ironicky sa posúvate preč z červenej, keď sa vyskytne „červený posun“.

Polícia túto vlastnosť používa v radarových boxoch, ktoré používajú na sledovanie rýchlosti. Rádiové vlny sú prenášané von, zrážajú sa s vozidlom a odrážajú sa dozadu. Rýchlosť vozidla (ktoré pôsobí ako zdroj odrazenej vlny) určuje zmenu frekvencie, ktorú je možné detekovať pomocou skrinky. (Podobné aplikácie sa dajú použiť na meranie rýchlosti vetra v atmosfére, čo je „Dopplerov radar„z ktorých sú meteorológovia takí radi.)

Tento Dopplerov posun sa používa aj na sledovanie satelitov. Sledovaním zmeny frekvencie môžete určiť rýchlosť relatívne k vašej polohe, čo umožňuje pozemnému sledovaniu analyzovať pohyb objektov v priestore.

V astronómii sa tieto zmeny ukázali ako užitočné. Pri pozorovaní systému s dvoma hviezdami môžete analyzovať, ako sa menia frekvencie, a zistiť, ktorý sa pohybuje smerom k vám a ktorý ďalej.

Ešte dôležitejšie je, že z analýzy svetla zo vzdialených galaxií vyplýva, že svetlo zažije červený posun. Tieto galaxie sa pohybujú od Zeme. V skutočnosti sú výsledky trochu nad rámec Dopplerovho efektu. Toto je vlastne výsledok časopriestoru sám sa rozširuje, ako predpovedal všeobecná relativita. Extrapolácie týchto dôkazov spolu s ďalšími zisteniami podporujú „veľký tresk"obrázok pôvodu vesmíru."