Когда источник волн и наблюдатель передвигаются относительно друг друга, частота сигнала, воспринимаемого наблюдателем, увеличивается или снижается в зависимости от того, приближается или удаляется источник.Такое смещение частоты прямо пропорционально скорости источника по отношению к наблюдателю. Это явление, теоретически обоснованное в 1842 году Кристианом Доплером, известно как эффект Доплера.
Эффект Доплера верен для любого типа волн, даже звуковых. Например, даже звук сирены движущейся машины «скорой помощи» подвержен эффекту
Доплера. Когда она приближается к наблюдателю, звук повышается (то есть длина волны уменьшается). А когда она удаляется — снижается (то есть длина волны увеличивается). Аналогичные процессы происходят со светом (и электромагнитным излучением в целом), как показал Эйнштейн, а затем физик Эрвин Шредингер, рассматривавший свет как совокупность частиц — квантов.Если источник удаляется со скоростью v и испускает излучение с длиной волны lo, до наблюдателя доходит излучение с длиной волны l = l0 [1 — (v/c) cos а], где а — угол между направлением, в котором движется источник, и прямой, соединяющей источник и наблюдателя, а с — скорость света.
ЗНАЧЕНИЕ ЭФФЕКТА ДОПЛЕРА.
В астрономии эффект Доплера используют при анализе небесных объектов. Наблюдая спектр через призму, мы видим составляющие его характерные линии химических элементов. Если объект движется в направлении Земли, линии сдвигаются из-за эффекта Доплера.В случае если объекты находятся вне Галактики, линии могут быть смещенными к меньшей или большей длине волны, потому что наблюдаемые объекты могут как приближаться, так и удаляться.Если объекты сильно удаленные, например, галактики, не принадлежащие к Местной группе галактик, или квазары, линии всегда сдвигаются в сторону красного цвета.Такое смещение и является одним из главных доказательств расширения Вселенной. Когда мы говорим об удалении галактик, являющемся следствием расширения Вселенной, мы можем считать, что смещение источника идет в радиальном направлении, то есть вдоль линии наблюдения. В этом случае согласно приведенной выше формуле а = 0, следовательно, cos а = 1, отсюда формула сокращается до следующей: l = l0 (1 -v/c).Измерив смещение, еще Доплер мог бы вычислять расстояние до галактик, если бы ему был известен закон Хаббла.
Вверху: звуковые волны, излучаемые едущей «скорой помощью». Внизу: спектральные пинии удаляющегося (вверху) и приближающегося (внизу) источника
