คลื่นแสงจากแหล่งกำเนิดที่เคลื่อนไหวจะเกิดการเปลี่ยนแปลงของดอปเปลอร์และส่งผลให้ความถี่ของแสงเปลี่ยนไปเป็นสีแดงหรือสีน้ำเงิน สิ่งนี้คล้ายกัน (แม้ว่าจะไม่เหมือนกัน) กับคลื่นประเภทอื่นๆ เช่น คลื่นเสียง ข้อแตกต่างหลักคือคลื่นแสงไม่ต้องการตัวกลางในการเดินทาง ดังนั้นการใช้เอฟเฟ็กต์ Doppler แบบคลาสสิกจึงใช้ไม่ได้กับสถานการณ์นี้อย่างแม่นยำ
เอฟเฟกต์ Doppler แบบสัมพัทธภาพสำหรับแสง
พิจารณาวัตถุสองอย่าง: แหล่งกำเนิดแสงและ “ผู้ฟัง” (หรือผู้สังเกตการณ์) เนื่องจากคลื่นแสงที่เดินทางในพื้นที่ว่างเปล่าไม่มีตัวกลาง เราจึงหารือเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของดอปเปลอร์ของแสงในแง่ของการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดที่สัมพันธ์กับผู้ฟัง
เราตั้งค่าระบบพิกัดเพื่อให้ทิศทางเชิงบวกมาจากผู้ฟังไปยังแหล่งที่มา ดังนั้นหากแหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ออกห่างจากผู้ฟัง ความเร็วของvจะเป็นบวก แต่ถ้าเคลื่อนที่เข้าใกล้ผู้ฟัง ความเร็วv จะ เป็นลบ ในกรณีนี้ ผู้ฟัง จะ ถือว่าอยู่นิ่งเสมอ (ดังนั้น vจึงเป็นความเร็วสัมพัทธ์ รวม ระหว่างพวกมัน) ความเร็วแสงcถือว่าเป็นค่าบวกเสมอ
ผู้ฟังได้รับความถี่f Lซึ่งจะแตกต่างจากความถี่ที่ส่งโดยแหล่งที่มาf S ซึ่งคำนวณด้วยกลศาสตร์สัมพัทธภาพ โดยใช้การหดตัวตามความยาวที่จำเป็น และได้รับความสัมพันธ์:
f L = sqrt [( c – v )/( c + v )] * f S
เลื่อนสีแดงและเลื่อนสีน้ำเงิน
แหล่งกำเนิดแสงที่เคลื่อนออกห่างจากผู้ฟัง ( vเป็นค่าบวก) จะให้ค่าfL น้อยกว่าfS ในสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้สิ่งนี้ทำให้เกิดการเลื่อนไปทางปลายสีแดงของสเปกตรัมแสง ดังนั้นจึงเรียกว่า เรดชิฟต์ เมื่อแหล่ง กำเนิดแสงเคลื่อนที่เข้าหาผู้ฟัง ( vเป็นค่าลบ) fL จะมากกว่า fS ในสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้ สิ่งนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนไปสู่ปลายความถี่สูงของสเปกตรัมแสงด้วยเหตุผลบางอย่าง สีม่วงมีผลที่เลวร้ายที่สุด และการเปลี่ยนแปลงความถี่นั้นเรียกว่าการเปลี่ยนสีน้ำเงิน เห็นได้ชัดว่าในพื้นที่ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่นอกสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้ การเลื่อนเหล่านี้อาจไม่ได้ไปทางสีแดงและสีน้ำเงิน ตัวอย่างเช่น หากคุณอยู่ในอินฟราเรด คุณกำลังเคลื่อนออกจากสีแดงอย่างน่าขันเมื่อคุณพบกับ “การเลื่อนสีแดง”
แอพพลิเคชั่น
ตำรวจใช้คุณสมบัตินี้ในกล่องเรดาร์ที่ใช้ติดตามความเร็ว คลื่นวิทยุ จะถูกส่ง ไป ชนกับยานพาหนะและกระเด็นออกไป ความเร็วของยานพาหนะ (ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นที่สะท้อนกลับ) จะกำหนดการเปลี่ยนแปลงของความถี่ ซึ่งสามารถตรวจจับได้ด้วยกล่อง (แอปที่คล้ายกันสามารถใช้วัดความเร็วลมในชั้นบรรยากาศได้ ซึ่งก็คือ “ ดอปเพลอร์เรดาร์ ” ที่นักอุตุนิยมวิทยาชื่นชอบมาก)
การเปลี่ยนแปลง Doppler นี้ยังใช้ในการติดตามดาวเทียม ด้วยการเฝ้าดูการเปลี่ยนแปลงของความถี่ คุณสามารถกำหนดความเร็วที่สัมพันธ์กับตำแหน่งของคุณ ทำให้การติดตามภาคพื้นดินสามารถวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของวัตถุในอวกาศได้
ในทางดาราศาสตร์ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีประโยชน์ เมื่อดูที่ระบบที่มีดาวสองดวง คุณจะบอกได้ว่าดวงใดกำลังเคลื่อนเข้าหาคุณและดวงใดกำลังเคลื่อนออกไปโดยดูว่าความถี่เปลี่ยนแปลงอย่างไร
ที่สำคัญยิ่งกว่านั้น หลักฐานจากการวิเคราะห์แสงจากกาแลคซีไกลโพ้นแสดงให้เห็นว่าแสงมีการเปลี่ยนแปลงเป็นสีแดง กาแล็กซีเหล่านี้กำลังเคลื่อนตัวออกจากโลก ในความเป็นจริงผลลัพธ์ของสิ่งนี้ไปไกลกว่าเอฟเฟกต์ Doppler เพียงเล็กน้อย นี่เป็นผลมาจาก การขยาย ตัวของกาลอวกาศเองตามที่ทำนายโดย ทฤษฎีสัม พัทธภาพทั่วไป การคาดคะเนจากหลักฐานนี้พร้อมกับการค้นพบอื่นๆ สนับสนุนภาพ ” บิ๊กแบง ” ของการกำเนิดเอกภพ
