Fale świetlne z ruchomego źródła doświadczają efektu Dopplera, powodując przesunięcie czerwonej lub niebieskiej częstotliwości światła. Jest to podobne (choć nie identyczne) do innych rodzajów fal, takich jak fale dźwiękowe. Główną różnicą jest to, że fale świetlne nie wymagają medium do podróży, więc klasyczne zastosowanie efektu Dopplera nie dotyczy dokładnie tej sytuacji.
Relatywistyczny efekt Dopplera dla światła
Rozważ dwa obiekty: źródło światła i „słuchacza” (lub obserwatora). Ponieważ fale świetlne przemieszczające się w pustej przestrzeni nie mają ośrodka, analizujemy efekt Dopplera pod kątem światła pod względem ruchu źródła względem słuchacza.
Nasz układ współrzędnych ustawiliśmy tak, aby kierunek dodatni był od słuchacza do źródła. Więc jeśli źródło oddala się od słuchacza, jego prędkość v jest dodatni, ale jeśli zmierza w kierunku słuchacza, oznacza to v jest ujemny. W tym przypadku nasłuchującym jest zawsze uważane za spoczywające (tak v jest naprawdę sumą prędkość względna między nimi). Prędkość światła do jest zawsze uważane za pozytywne.
Słuchacz otrzymuje częstotliwość faL. który byłby inny niż częstotliwość transmitowana przez źródło faS.. Jest to obliczane za pomocą mechaniki relatywistycznej, poprzez zastosowanie niezbędnego skurczu długości i uzyskanie zależności:
faL. = sqrt [( do - v)/( do + v)] * faS.
Shift czerwony i niebieski Shift
Porusza się źródło światła z dala od słuchacza (v jest dodatnia) zapewni faL. to mniej niż faS.. w widmo światła widzialnegopowoduje przesunięcie w kierunku czerwonego końca spektrum światła, dlatego nazywa się to a przesunięcie ku czerwieni. Gdy źródło światła się porusza w kierunku słuchacz (v jest ujemny) faL. jest większy niż faS.. W widmie światła widzialnego powoduje to przesunięcie w kierunku końca wysokiej częstotliwości widma światła. Z jakiegoś powodu fiolet ma krótki koniec drążka, a takie przesunięcie częstotliwości nazywa się a niebieskie przesunięcie. Oczywiście w obszarze widma elektromagnetycznego poza widmem światła widzialnego przesunięcia te mogą nie być w kierunku czerwonego i niebieskiego. Na przykład, gdy jesteś w podczerwieni, ironicznie się zmieniasz z dala z czerwonego, gdy występuje „przesunięcie ku czerwieni”.
Aplikacje
Policja używa tej właściwości w polach radaru, których używają do śledzenia prędkości. Fale radiowe są przekazywane, zderzają się z pojazdem i odbijają się. Prędkość pojazdu (który działa jako źródło fali odbitej) określa zmianę częstotliwości, którą można wykryć za pomocą skrzynki. (Podobne zastosowania można zastosować do pomiaru prędkości wiatru w atmosferze, czyli „Radar dopplerowski„z których bardzo lubią meteorolodzy.)
To przesunięcie Dopplera służy również do śledzenia satelitów. Obserwując zmiany częstotliwości, można określić prędkość względem położenia, co umożliwia śledzenie naziemne w celu analizy ruchu obiektów w przestrzeni.
W astronomii te zmiany okazały się pomocne. Obserwując układ z dwiema gwiazdami, możesz stwierdzić, który ruch zmierza w Twoją stronę, a który w oddali, analizując zmiany częstotliwości.
Co ważniejsze, dowody z analizy światła z odległych galaktyk pokazują, że światło ulega przesunięciu ku czerwieni. Galaktyki te oddalają się od Ziemi. W rzeczywistości wyniki tego są nieco wykraczające poza zwykły efekt Dopplera. To jest faktycznie wynik czasoprzestrzeni sam się rozwija, jak przewiduje ogólna teoria względności. Ekstrapolacje tego dowodu, wraz z innymi ustaleniami, potwierdzają „Wielki Wybuch„obraz powstania wszechświata.