אפקט דופלר באור: חילוף אדום וכחול

גלי אור ממקור נע חווים את אפקט הדופלר כדי לגרום לשינוי אדום או כחול בתדר האור. זה באופן דומה (אם כי לא זהה) לסוגים אחרים של גלים, כמו גלי קול. ההבדל העיקרי הוא שגלי אור אינם דורשים אמצעי נסיעה, כך ש- יישום קלאסי של אפקט דופלר אינו חל במדויק על המצב הזה.

שקול שני אובייקטים: מקור האור וה"מאזין "(או הצופה). מכיוון שלגלי אור הנעים בחלל ריק אין מדיום, אנו מנתחים את אפקט הדופלר עבור האור מבחינת תנועת המקור ביחס למאזין.

הקמנו את מערכת הקואורדינטות שלנו כך שהכיוון החיובי יהיה מהמאזין לעבר המקור. אז אם המקור מתרחק מהמאזין, המהירות שלו v הוא חיובי, אבל אם הוא נע לכיוון המאזין, אז v שלילי. המאזין, במקרה זה, הוא תמיד נחשב למנוחה (כך v זה באמת הכולל מהירות יחסית ביניהם). מהירות האור ג תמיד נחשב לחיובי.

המאזין מקבל תדר ו_ל אשר יהיה שונה מהתדר המועבר על ידי המקור ו_ס. זה מחושב על ידי מכניקה רלטיבית, על ידי יישום התכווצות האורך הכרחי ומשיג את הקשר:

ו_ל = sqrt [( ג - v)/( ג + v)] * ו_ס

מקור אור נע משם מהמאזין (v הוא חיובי) היה מספק ו_ל זה פחות מ ו_ס. בתוך ה ספקטרום אור גלוי

המשטרה משתמשת בנכס זה בתיבות הרדאר בהן הם משתמשים כדי לעקוב אחר מהירותם. גלי רדיו מועברים החוצה, מתנגשים ברכב ומקפצים חזרה. מהירות הרכב (שמשמשת כמקור לגל המוחזר) קובעת את שינוי התדר, אותו ניתן לאתר בעזרת התיבה. (ניתן להשתמש ביישומים דומים למדידת מהירות רוח באטמוספרה, שהיא "מכ"ם דופלר"שמטאורולוגים כל כך אוהבים.)

משמרת דופלר זו משמשת גם למעקב אחר לוויינים. על ידי התבוננות באיך משתנה התדר, אתה יכול לקבוע את המהירות ביחס למיקום שלך, המאפשר מעקב מבוסס-קרקע לנתח את תנועת העצמים במרחב.

באסטרונומיה, משמרות אלה מוכרות כמועילות. כשאתה צופה במערכת עם שני כוכבים, אתה יכול לדעת מי הולך לעברך ואיזה משם על ידי ניתוח כיצד התדרים משתנים.

אפילו יותר משמעותית, עדויות מניתוח האור מגלקסיות רחוקות מראות כי האור חווה שינוי אדום. גלקסיות אלה מתרחקות מכדור הארץ. למעשה, התוצאות של זה הן מעט מעבר לאפקט הדופלר בלבד. זהו למעשה תוצאה של זמן חלל עצמה מתרחבת, כפי שחזה תורת היחסות הכללית. חילוץ ראיות זו, יחד עם ממצאים אחרים, תומכים ב- "המפץ הגדול"תמונה של מקור היקום.