Эффект Допплера это частоты звуковых и световых волн смещаются вверх или вниз в зависимости от того, движется ли источник к наблюдателю или от него.
Кто это открыл? Кристиан Допплер
Почему это одно из 100 величайших открытий?
Эффект Доплера — одно из самых мощных и важных понятий, когда-либо открытых в астрономии. Это открытие позволило учёным измерить скорость и направление движения звёзд и галактик, находящихся на расстоянии многих миллионов световых лет.
Оно раскрыло тайны далёких галактик и звёзд и привело к открытию тёмной материи, а также к пониманию истинного возраста и движения Вселенной. Открытие Доплера использовалось в исследованиях в десятке научных областей. Немногие концепции оказались более полезными.
Открытие Доплера считается настолько фундаментальным для науки, что включено практически во все базовые курсы естественных наук для средних и старших классов.
Как это было обнаружено?
Кристиан Допплер, родившийся в Австрии, был учителем математики, которому было трудно. Во-первых, потому, что он был слишком строг к своим ученикам и навлекал на себя гнев родителей и администрации, а во-вторых, потому, что хотел досконально понять геометрию и математические концепции, которые преподавал. В 1820-х и 1830-х годах, в возрасте двадцати и тридцати лет, он то появлялся, то исчезал из преподавательской деятельности.
Допплеру повезло, и в 1838 году он получил место преподавателя математики в Венском политехническом институте. К концу 1830-х годов поезда, способные развивать скорость свыше 30 миль в час, мчались по сельской местности. Эти поезда впервые позволили людям заметить звуковой феномен. Никогда прежде люди не передвигались быстрее, чем медленная рысь лошади. Поезда позволили людям заметить влияние движения объекта на издаваемые им звуки.
Доплер внимательно наблюдал за проезжающими поездами и начал строить теории о причинах
наблюдаемых им звуковых сдвигов. К 1843 году Доплер расширил свои идеи, включив в них световые волны и разработал общую теорию, утверждавшую, что движение объекта либо увеличивает, либо уменьшает частоту производимого им звука и света, измеряемую неподвижным наблюдателем.
Доплер утверждал, что это смещение может объяснить красноватый и синий оттенки света далёких
звёзд-близнецов. (Свет близнеца, вращающегося к Земле, будет смещен в сторону более высокой
частоты — в сторону синего. Свет другого, вращающегося от Земли, будет смещен в сторону более низкой частоты — в сторону красного.)
Допплер в докладе, представленном Богемскому научному обществу в 1844 году, Доплер изложил свою теорию о том, что движение объектов, приближающихся к наблюдателю, сжимает звуковые и световые волны, создавая впечатление, что они смещаются к более высокому тону и цвету с более высокой частотой (синему).
Обратное происходило, если объект удалялся (смещение к красному). Он утверждал, что это объясняет часто наблюдаемые красные и синие оттенки света многих далёких звёзд. На самом деле, он был прав. Хотя технически это было верно, это смещение было слишком малым для обнаружения приборами его времени.
Доплеру было предложено доказать свою теорию. Он не мог сделать это с помощью света, поскольку телескопы и измерительное оборудование были недостаточно совершенны. Он решил продемонстрировать свой принцип с помощью звука.
В своём знаменитом эксперименте 1845 года он поместил музыкантов в железнодорожный поезд, чтобы они играли одну ноту на трубах. Другие музыканты, выбранные по абсолютному слуху, стояли на платформе и записывали ноту, которую они слышали при приближении и удалении поезда. Записанный слушателями звук сначала был немного выше, а затем немного ниже того, что играли движущиеся музыканты.
Допплер повторил эксперимент со второй группой трубачей на платформе вокзала. Они и движущиеся музыканты играли одну и ту же ноту, пока поезд проходил мимо. Слушатели отчётливо слышали, что ноты звучали по-разному. Движущиеся и неподвижные ноты, казалось, накладывались друг на друга, создавая пульсирующий ритм.
Доказав существование своего эффекта, Доплер назвал его доплеровским смещением. Однако он так и не снискал желанной славы. Он умер в 1853 году, как раз когда научное сообщество начало признавать и понимать ценность его открытия.
Интересные факты. Доплеровский сдвиг использовался для доказательства
расширения Вселенной. Удобной аналогией расширения Вселенной является
буханка невыпеченного хлеба с изюмом. Изюминки покоятся друг относительно друга
в тесте до того, как его поместят в духовку.По мере того, как хлеб поднимается, он также расширяется, увеличивая расстояние между изюминками. Если бы изюминки могли видеть, они бы заметили, что все остальные изюминки удаляются от них, хотя сами они, казалось бы, неподвижны внутри буханки. Расширяется только тесто — их Вселенная — расширяется.
Больше для изучения
Группа диаграмм. Справочник по физике «Факты в файле». Нью-Йорк. «Факты в файле», 2006.
Иден, Алек. Поиски Кристиана Допплера. Нью-Йорк. Springer-Verlag, 1997.
Гилл, Т.П. Эффект Доплера. Введение в теорию эффекта. Чеви Чейз,
VD. Elsevier Science Publishing, 1995.
Хартен, Райнер и др. Принципы допплерографии и цветного допплеровского картирования. Нью-Йорк. John Wiley & Sons, 1997.
Кинселла, Джон. Эффект Доплера. Кембридж, Англия. Salt Publishing, 2004.
