光中的多普勒效应：红移和蓝移
来自运动光源的光波会经历多普勒效应，从而导致光的频率发生红移或蓝移。这与其他类型的波（如声波）的方式类似（尽管不完全相同）。主要的区别是光波不需要介质来传播，因此多普勒效应的经典应用并不完全适用于这种情况。
光的相对论多普勒效应
考虑两个对象：光源和“听者”（或观察者）。由于在空旷空间中传播的光波没有介质，我们根据光源相对于听者的运动来分析光的多普勒效应。
我们设置了坐标系，使正方向从侦听器指向源。因此，如果震源远离监听器，它的速度v为正，但是如果它向监听器移动，那么v为负。在本例中，侦听器始终被认为处于静止状态（因此v实际上是它们之间的总相对速度）。光速c总是被认为是正的。
监听器接收的频率fL与源fS发送的频率不同。通过应用必要的长度收缩，用相对论力学计算，并得出以下关系：
fL = sqrt [( c - v)/( c + v)] * fS红移及；蓝移
远离监听器的光源（v为正）将提供小于fS的fL。在可见光光谱中，这会导致光谱红移，因此称为红移。当光源朝向听者移动时（v为负），则fL大于fS。在可见光光谱中，这会导致光谱向高频端移动。出于某种原因，紫罗兰得到了短棒的一端，这种频移实际上被称为蓝移。显然，在可见光光谱之外的电磁光谱区域，这些位移实际上可能不会朝向红色和蓝色。例如，如果你在红外波段，讽刺的是，当你经历“红移”时，你正在远离红色
应用
警方在跟踪速度的雷达箱中使用了这种特性。无线电波被发射出去，与车辆相撞，然后反弹回来。车辆的速度（作为反射波的来源）决定了频率的变化，可通过盒子检测到频率的变化。（类似的应用可用于测量大气中的风速，这是气象学家非常喜欢的“多普勒雷达”。）
这种多普勒频移也用于跟踪卫星。通过观察频率如何变化，您可以确定相对于您所在位置的速度，这使得基于地面的跟踪能够分析空间中物体的运动。
在天文学中，这些变化证明是有益的。当你观察一个有两颗恒星的系统时，你可以通过分析频率是如何变化的来判断哪个在向你移动，哪个在远离你。
更重要的是，来自遥远星系光线分析的证据表明，光线经历了红移。这些星系正在远离地球。事实上，其结果有点超出了单纯的多普勒效应。正如广义相对论所预测的那样，这实际上是时空本身膨胀的结果。这一证据的外推，连同其他发现，支持宇宙起源的“大爆炸”图景。
- 发表于 2021-10-20 13:39
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- 分类：数学
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