Gaismas viļņi no kustīga avota izjūt Doplera efektu, radot gaismas frekvences sarkanu vai zilu nobīdi. Tas ir līdzīgs (kaut arī ne identisks) cita veida viļņiem, piemēram, skaņas viļņiem. Galvenā atšķirība ir tā, ka gaismas viļņiem nav nepieciešams vidējs ceļš, tāpēc klasiskā Doplera efekta pielietošana precīzi neattiecas uz šo situāciju.
Relativistic Doplera efekts gaismai
Apsveriet divus objektus: gaismas avotu un "klausītāju" (vai novērotāju). Tā kā gaismas viļņiem, kas ceļo tukšā telpā, nav barotnes, mēs analizējam Doplera efektu gaismai attiecībā uz avota kustību attiecībā pret klausītāju.
Mēs izveidojām savu koordinātu sistēmu tā, lai pozitīvais virziens būtu no klausītāja uz avotu. Tātad, ja avots attālinās no klausītāja, tā ātrums v ir pozitīvs, bet, ja tas virzās uz klausītāju, tad v ir negatīvs. Klausītājs šajā gadījumā ir vienmēr tiek uzskatīts par miera stāvoklī (tātad v tiešām ir kopējais relatīvais ātrums starp viņiem). Gaismas ātrums c vienmēr tiek uzskatīts par pozitīvu.
Klausītājs saņem frekvenci
fL kas atšķirtos no avota pārraidītās frekvences fS. To aprēķina, izmantojot relativistisko mehāniku, pēc nepieciešamības piemērojot garuma kontrakciju, un iegūst sakarību:fL = sqrt [( c - v)/( c + v)] * fS
Sarkanā maiņa un zilā maiņa
Gaismas avots pārvietojas prom no klausītāja (v ir pozitīvs) nodrošinātu fL tas ir mazāk nekā fS. Iekš redzamās gaismas spektrs, tas izraisa nobīdi pret gaismas spektra sarkano galu, tāpēc to sauc par a sarkanā maiņa. Kad gaismas avots pārvietojas pret klausītājs (v ir negatīvs), tad fL ir labāks par fS. Redzamās gaismas spektrā tas izraisa pāreju uz gaismas spektra augstfrekvences galu. Kādu iemeslu dēļ violets ieguva nūjas īso galu, un šādu frekvences nobīdi patiesībā sauc par a zilā maiņa. Acīmredzot elektromagnētiskā spektra apgabalā ārpus redzamās gaismas spektra šīs nobīdes faktiski var nebūt sarkanā un zilā virzienā. Piemēram, ja atrodaties infrasarkanā savienojumā, jūs ironiski mainaties prom no sarkanas krāsas, kad rodas “sarkanā pāreja”.
Lietojumprogrammas
Policija izmanto šo mantu radaru kastēs, kuras viņi izmanto ātruma noteikšanai. Radioviļņi tiek izvadīti ārā, saduras ar transportlīdzekli un atlec atpakaļ. Transportlīdzekļa ātrums (kas darbojas kā atstarotā viļņa avots) nosaka frekvences izmaiņas, kuras var noteikt ar lodziņu. (Līdzīgas lietojumprogrammas var izmantot, lai izmērītu vēja ātrumu atmosfērā, kas ir “Doplera radars"no kuriem tik ļoti patīk meteorologi.)
Šo Doplera maiņu izmanto arī satelītu izsekošanai. Novērojot, kā mainās frekvence, jūs varat noteikt ātrumu attiecībā pret jūsu atrašanās vietu, kas ļauj izsekot uz zemes, lai analizētu objektu kustību telpā.
Astronomijā šīs maiņas izrādās noderīgas. Novērojot sistēmu ar divām zvaigznēm, analizējot, kā mainās frekvences, jūs varat pateikt, kura virzās uz jums un kura prom.
Vēl nozīmīgāk ir tas, ka no tālām galaktikām iegūtās gaismas analīzes rezultāti liecina, ka gaisma piedzīvo sarkanu nobīdi. Šīs galaktikas attālinās no Zemes. Faktiski tā rezultāti nedaudz pārsniedz tikai Doplera efektu. Tas patiesībā ir kosmosa laika rezultāts pati paplašinās, kā prognozēja vispārējā relativitāte. Šo pierādījumu ekstrapolācija kopā ar citiem atklājumiem atbalsta "lielais sprādziens"Visuma izcelsmes attēls.