Liikkuvan lähteen valoaallot kokevat Doppler-efektin, joka johtaa joko punaiseen tai siniseen siirtymiseen valon taajuudessa. Tämä on muodoltaan samanlainen (vaikkakaan ei identtinen) muun tyyppisiin aaltoihin, kuten ääni-aaltoihin. Suurin ero on, että kevyet aallot eivät vaadi väliainetta matkoille, joten Doppler-efektin klassinen käyttö ei koske tarkalleen tässä tilanteessa.
Relativistinen Doppler-efekti valolle
Harkitse kahta kohdetta: valonlähde ja "kuuntelija" (tai tarkkailija). Koska tyhjässä tilassa liikkuvilla valon aalloilla ei ole väliainetta, analysoimme Doppler-vaikutusta valolle lähteen liikkeen suhteessa kuuntelijaan.
Perustimme koordinaatistojärjestelmämme siten, että positiivinen suunta on kuuntelijasta kohti lähdettä. Joten jos lähde on siirtymässä pois kuuntelijasta, sen nopeus v on positiivinen, mutta jos se liikkuu kohti kuuntelijaa, niin v on negatiivinen. Kuuntelija, tässä tapauksessa, on aina pidetään levossa (niin v on todella kokonaisuus suhteellinen nopeus heidän välillään). Valon nopeus C pidetään aina positiivisena.
Kuuntelija vastaanottaa taajuuden fL joka eroaa lähteen lähettämästä taajuudesta fS. Tämä lasketaan relativistisella mekaniikalla soveltamalla tarvittaessa pituuden supistumista ja saadaan suhde:
fL = sqrt [( C - v)/( C + v)] * fS
Punainen vaihto ja sininen vaihto
Valonlähde liikkuu pois kuuntelijalta (v on positiivinen) tarjoaisi fL se on vähemmän kuin fS. vuonna näkyvän valon spektri, tämä aiheuttaa muutoksen valospektrin punaista päätä kohti, joten sitä kutsutaan a: ksi punasiirtymä. Kun valonlähde liikkuu kohti kuuntelija (v on negatiivinen) fL on suurempi kuin fS. Näkyvän valon spektrissä tämä aiheuttaa siirtymisen kohti valospektrin korkeataajuista päätä. Jostain syystä violetti sai sauvan lyhyen pään ja tällaista taajuudensiirtoa kutsutaan oikeasti a: ksi sininen muutos. Ilmeisesti sähkömagneettisen spektrin alueella näkyvän valonspektrin ulkopuolella nämä siirtymät eivät välttämättä ole oikeastaan kohti punaista ja sinistä. Jos esimerkiksi olet infrapunasäteessä, siirryt ironisesti pois punaisesta, kun koet "punasiirtymän".
Sovellukset
Poliisi käyttää tätä omaisuutta tutkalaatikoissa, joita he käyttävät nopeuden seuraamiseen. Radioaallot siirretään ulos, törmäävät ajoneuvon kanssa ja palautuvat takaisin. Ajoneuvon nopeus (joka toimii heijastuneen aallon lähteenä) määrää taajuuden muutoksen, joka voidaan havaita laatikon avulla. (Samanlaisia sovelluksia voidaan käyttää ilmakehän tuulen nopeuden mittaamiseen, joka on "Doppler-tutka"joista meteorologit ovat niin ihastuneita.)
Tätä Doppler-siirtymää käytetään myös satelliittien seuraamiseen. Tarkkailemalla kuinka taajuus muuttuu, voit määrittää nopeuden sijaintisi suhteen, mikä antaa maapallolla tapahtuvan seurannan mahdollisuuden analysoida esineiden liikkumista avaruudessa.
Tähtitiedessä nämä muutokset ovat hyödyllisiä. Tarkkaillessasi järjestelmää, jossa on kaksi tähteä, voit kertoa, mikä liikkuu kohti sinua ja mikä pois, analysoimalla kuinka taajuudet muuttuvat.
Vielä tärkeämpää on, etäisten galaksien valon analysoinnista saatu näyttö osoittaa, että valo kokee punasiirtymän. Nämä galaksit ovat siirtymässä pois maapallosta. Itse asiassa tämän tulokset ovat hiukan pelkän Doppler-vaikutuksen ulkopuolella. Tämä on oikeasti avaruusajan tulos itse laajenee, kuten ennusti yleinen suhteellisuusteoria. Tämän näytön ekstrapoloinnit yhdessä muiden havaintojen kanssa tukevat "alkuräjähdys"kuva maailmankaikkeuden alkuperästä.