Dopplerův efekt ve světle: červený a modrý posun

Světelné vlny z pohybujícího se zdroje zažívají Dopplerův efekt, který má za následek buď červený nebo modrý posun ve frekvenci světla. Toto je v módě podobné (i když ne totožné) s jinými druhy vln, jako jsou zvukové vlny. Hlavní rozdíl je v tom, že světelné vlny nevyžadují pro cestování médium, takže klasické použití Dopplerova efektu nevztahuje se přesně na tuto situaci.

Zvažte dva objekty: světelný zdroj a „posluchač“ (nebo pozorovatel). Protože světelné vlny cestující v prázdném prostoru nemají žádné médium, analyzujeme Dopplerův účinek na světlo z hlediska pohybu zdroje vzhledem k posluchači.

Nastavili jsme náš souřadný systém tak, aby pozitivní směr směřoval od posluchače směrem ke zdroji. Pokud se tedy zdroj vzdaluje od posluchače, jeho rychlost proti je pozitivní, ale pokud se pohybuje směrem k posluchači, pak proti je negativní. Posluchač v tomto případě je vždy považován za v klidu (tak proti je opravdu celkem relativní rychlost mezi nimi). Rychlost světla C je vždy považován za pozitivní.

Posluchač dostává frekvenci F_L které by se lišily od frekvence vysílané zdrojem F_S. Toto je počítáno s relativistickou mechanikou, aplikováním nutné zkrácení délky, a získá vztah:

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

Světelný zdroj se pohybuje pryč od posluchače (proti je pozitivní) by poskytovalo F_L to je méně než F_S. V spektrum viditelného světla, to způsobí posun směrem k červenému konci světelného spektra, takže se nazývá a redshift. Když se světelný zdroj pohybuje k posluchač (proti je negativní), pak F_L je větší než F_S. Ve spektru viditelného světla to způsobuje posun směrem k vysokofrekvenčnímu konci světelného spektra. Z nějakého důvodu, fialový dostal krátký konec tyče a takový frekvenční posun je vlastně nazvaný a modrý posun. Je zřejmé, že v oblasti elektromagnetického spektra mimo spektrum viditelného světla nemusí být tyto posuny ve skutečnosti směrem k červené a modré. Pokud jste například v infračerveném spektru, ironicky se měníte pryč z červené, když dojde k „červenému posunu“.

Policie používá tuto vlastnost v radarových boxech, které používají ke sledování rychlosti. Rádiové vlny jsou vysílány, srazí se s vozidlem a odrazí se. Rychlost vozidla (které působí jako zdroj odražené vlny) určuje změnu frekvence, kterou lze detekovat pomocí boxu. (Podobné aplikace lze použít k měření rychlosti větru v atmosféře, což je „Dopplerův radar"z nichž jsou meteorologové tak rádi.)

Tento Dopplerův posun se také používá ke sledování satelitů. Sledováním změny frekvence můžete určit rychlost relativně k vaší poloze, což umožňuje pozemnímu sledování analyzovat pohyb objektů v prostoru.

V astronomii se tyto posuny ukázaly jako užitečné. Při pozorování systému se dvěma hvězdami můžete rozeznat, jak se frekvence mění, a zjistit, který se pohybuje směrem k vám a který pryč.

Ještě důležitější je, že z analýzy světla ze vzdálených galaxií vyplývá, že světlo zažívá červený posun. Tyto galaxie se pohybují od Země. Ve skutečnosti jsou výsledky trochu přesahující pouhý Dopplerův efekt. To je vlastně výsledek časoprostoru sám se rozšiřuje, jak předpovídal obecná relativita. Extrapolace těchto důkazů spolu s dalšími nálezy podporují „velký třesk"obrázek o původu vesmíru."