多普勒移动-认识宇宙学

时间:2024-07-01 21:59:01

多普勒移动

多普勒效应最初是19世纪40年代在号声中被引入物理学。之所以这样说是因为,第一个证明这种效应的实验是几个号兵在运动的蒸汽火车上做的。这个实验是研究当声音源和接收者之间有相对运动时声波的性质。我们从日常经验中很熟悉这种效应:接近的警笛比远离的警笛音调要高。理解这种效应的最简单方法是按照声波的波长记住不同的音调。高音调波长短。如果一个声音源以接近声音的速度移动,追赶它在前面发出的声波,视波长便会减校相反,如果它不断离开它前面发出的声音,视波长便会增加,从而导致视音调降低。

多普勒移动-认识宇宙学

多普勒效应在天文学中适用于光。尽管效应很弱,但当一个光源的速度达到光速的几分之一时就可以感觉到了。(声音的多普勒效应很小,除非车速相当快,与声速有可比性)。移动的发射源如果朝向观测者运动,产生较短波长的光,如果退行,将产生较长波长的光。在这两种情况下,光分别向光谱的蓝色部分和红色部分移动。换言之,就是蓝移(靠近光源)和红移(远离光源)。

但是如果光源发出白色的光,我们可能看不到任何移动。假设每条谱线都在波长上红移了一个量x,波长y处发出的光应该在波长y+x处观测到。但是等量的光仍可以在波长y处观测到,因为波长y-x处发出的光移过来填充了移走的光的空缺。因此白光看上去仍然是白光,不管多普勒移动了多少。为了看到多普勒效应,我们必须要看出现在离散频率处的发射线,这里不会出现上述的补偿。一组射线整体在光谱中向红端或蓝端移动,但射线之间仍保持相对空间,因此很容易识别相对于实验室光源,它们移动了多少。

哈勃在他的测量样本中发现越遥远的星系红移越大,而比较近的星系红移较校他假设观测到的是多普勒红移,所以他将谱线的移动转换为速度的测量。当他绘出“视向退行速度”相对于距离的图时,便得到了著名的线性关系。尽管哈勃定律现在用来代表宇宙的膨胀,哈勃自己并没有这样来解释他的结果。勒梅特可能是第一位用哈勃定律来解释宇宙膨胀的理论家。勒梅特发表于1927年的论文预示了哈勃的经典论文将于1929年诞生,但在当时并没有造成什么影响,因为该文用法语写成并发表于一本不太著名的比利时期刊。直到1931年英国天文学家亚瑟·斯坦利·爱丁顿(Arthur Stanley Eddington)才将勒梅特的论文(用英语)发表在更有影响的《皇家天文学会月报》上。用来解释宇宙膨胀的哈勃定律是大爆炸理论的主要支柱,勒梅特在天文学发展中迈出的这重要一步功不可没。