题目

有关可见光的多普勒效应
形成的条件是什么?
如果形成,移动的光源不就会发生颜色的变化?

提问时间：2020-07-17

答案

多普勒认为,物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化.在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高 (蓝移 (blue shift)).在运动的波源后面,产生相反的效应.波长变得较长,频率变得较低 (红移 (red shift)).波源的速度越高,所产生的效应越大.根据光波红/蓝移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度.恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度.除非波源的速度非常接近光速,否则多普勒位移的程度一般都很小.所有波动现象 (包括光波) 都存在多普勒效应.
在单色的情况下,我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率,或者解释为,在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数.在可见区域,这种效率越低,就越趋向于红色,频率越高的,就趋向于蓝色——紫色.比如,由氦——氖激光所产生的鲜红色对应的频率为4.74×10^14赫兹,而汞灯的紫色对应的频率则在7×10^14赫兹以上.这个原则同样适用于声波：声音的高低的感觉对应于声音对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率（高频声音尖厉,低频声音低沉）.
如果波源是固定不动的,不动的接收者所接收的波的振动与波源发射的波的节奏相同：发射频率等于接收频率.如果波源相对于接收者来说是移动的,比如相互远离,那么情况就不一样了.相对于接收者来说,波源产生的两个波峰之间的距离拉长了,因此两上波峰到达接收者所用的时间也变长了.那么到达接收者时频率降低,所感知的颜色向红色移动（如果波源向接收者靠近,情况则相反）.为了让读者对这个效应的影响大小有个概念,在显示了多普勒频移,近似给出了一个正在远离的光源在相对速度变化时所接收到的频率.例如,在上面提到的氦——氖激光的红色谱线,当波源的速度相当于光速的一半时,接收到的频率由4.74×10^14赫兹下降到4.74×10^14赫兹,这个数值大幅度地降移到红外线的频段.