Šviesos bangos, atsirandančios iš judančio šaltinio, patiria Doplerio efektą ir sukelia raudonos arba mėlynos šviesos dažnio poslinkį. Tai yra panaši (nors ir ne tapati) kitoms bangoms, tokioms kaip garso bangos. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad šviesos bangoms nereikia terpės keliauti, taigi klasikinis Doplerio efekto pritaikymas tiksliai netaikoma šiai situacijai.
Relativistinis Doplerio efektas šviesai
Apsvarstykite du objektus: šviesos šaltinį ir „klausytoją“ (arba stebėtoją). Kadangi tuščioje erdvėje sklindančios šviesos bangos neturi terpės, mes analizuojame Doplerio efektą šviesos atžvilgiu šaltinio judesio atžvilgiu klausytojo atžvilgiu.
Mes nustatėme savo koordinačių sistemą taip, kad teigiama kryptis būtų nuo klausytojo link šaltinio. Taigi, jei šaltinis tolsta nuo klausytojo, jo greitis v yra teigiamas, bet jei juda link klausytojo, tada v yra neigiamas. Klausytojas, šiuo atveju, yra visada laikomas ramybėje (taigi v yra iš viso santykinis greitis tarp jų). Šviesos greitis c visada laikomas teigiamu.
Klausytojas gauna dažnį fL kuris skirtųsi nuo šaltinio perduodamo dažnio fS. Tai apskaičiuojama naudojant relativistinę mechaniką, prireikus taikant ilgio susitraukimą, ir gaunamas santykis:
fL = sqrt [( c - v)/( c + v)] * fS
Raudona ir mėlyna pamaina
Šviesos šaltinis juda toli iš klausytojo (v yra teigiamas) teiktų fL tai yra mažiau nei fS. Viduje matomos šviesos spektras, tai sukelia poslinkį link raudonojo šviesos spektro galo, todėl jis vadinamas a raudonasis poslinkis. Kai šviesos šaltinis juda link klausytojas (v yra neigiamas), tada fL yra didesnis nei fS. Matomos šviesos spektre tai sukelia poslinkį link aukšto dažnio šviesos spektro galo. Dėl tam tikrų priežasčių violetinė gavo trumpą lazdos galą ir toks dažnio poslinkis iš tikrųjų vadinamas a mėlyna pamaina. Akivaizdu, kad elektromagnetinio spektro srityje, esančioje už matomos šviesos spektro, šie poslinkiai iš tikrųjų gali būti ne link raudonos ir mėlynos. Pavyzdžiui, jei esate infraraudonųjų spindulių, ironiškai pasislinkote toli nuo raudonos, kai jaučiate „raudoną poslinkį“.
Programos
Policija naudoja šį turtą radaro dėžėse, kurias naudoja greičio stebėjimui. Radio bangos yra perduodami, susiduria su transporto priemone ir atsimuša atgal. Transporto priemonės greitis (kuris veikia kaip atspindėtos bangos šaltinis) lemia dažnio pokytį, kurį galima aptikti dėžėje. (Panašios programos gali būti naudojamos matuojant vėjo greitį atmosferoje, tai yra „Doplerio radaras"iš kurių taip mėgsta meteorologai.)
Šis Doplerio poslinkis taip pat naudojamas palydovams sekti. Stebėdami, kaip keičiasi dažnis, galite nustatyti greitį, palyginti su jūsų buvimo vieta, o tai leidžia stebėti žemę, kad būtų galima analizuoti objektų judėjimą erdvėje.
Astronomijoje šie poslinkiai yra naudingi. Stebėdami dviejų žvaigždžių sistemą, analizuodami, kaip keičiasi dažniai, galite pasakyti, kuri juda link jūsų, o kuri - toliau.
Dar svarbiau, kad tolimų galaktikų šviesos analizės rezultatai rodo, kad šviesa patiria raudoną poslinkį. Šios galaktikos tolsta nuo Žemės. Tiesą sakant, to rezultatai šiek tiek viršija vien Doplerio efektą. Tai iš tikrųjų yra erdvėlaikio rezultatas pati plečiasi, kaip prognozavo bendrasis reliatyvumas. Šių įrodymų ekstrapoliacija kartu su kitomis išvadomis patvirtina „Didysis sprogimas„Visatos kilmės paveikslas.