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第24章 光的多普勒效应

我们知道,迎面而来的声音特别刺耳,远离而去的声音较为钝闷。这种现象就是声波的多普勒效应。

而光源远离我们而去时光也会出现变化,波长会变得较长,频率会变得较低,并出现光谱线向长波方向移动的现象,称之为红移现象。反之,光源向我们迎面而来时光也会出现变化,波长会变得较短,频率会变得较高,并出现光谱线向短波方向移动的现象,称之为紫移现象。这种现象就是光的多普勒效应。

下面我们来解释一下光的多普勒效应的形成原因:

一、光源远离我们而去时,光源和我们的距离就会变远,以宏观的角度而言,越远光源,则粒子分散在越大的空间,因此离发出引力斥力的物体越远,力量就越弱,但以微观的角度而言,亦即以直线的角度或光线的角度而言,在光源的近处,引力粒子的比例会较远处多,在光源的远处,斥力粒子的比例会较近处多,因为引力粒子是不断向内返回的,因此光距离光源越远,则排斥作用会上升,由于光受到排斥作用的推长,于是光波变长了。并且,由于排斥作用的不断变大,光谱线就会不断地向光源的远方向移动,也就是说向光的长波方向移动,这就形成了红移现象。实际上,当不是光源远离我们而去,而是我们以同样的速度远离光源也能看到同样的现象。这些现象的形成原因其实很简单,那都只是因为我们以极快的速度不断地去看光源的远处,也就是说,多普勒效应中光的波长变大和红移等现象其实都是光源远处的现象。

二、光源向我们迎面而来时,光源和我们的距离就会变近,而光距离光源越近,则排斥作用不断地下降,由于光受到的排斥作用变小了,于是光波变短了。并且,由于排斥作用的不断变小,光谱线就会不断的向光源的近方向移动,也就是说向光的短波方向移动,这就形成了紫移现象。当不是光源向我们靠近,而是我们以同样的速度靠近光源,其实也能看到同样的现象。形成这些现象的原因也很简单,其实是因为我们以极快的速度不断地去看光源的近处,也就是说,多普勒效应中光的波长变短和紫移等现象其实都是光源近处的现象。

三、当光源远离我们而去时,频率会变得较低;当光源向我们迎面而来时,频率会变得较高。为什么会出现这些现象呢?为了能够很好地解释这些现象的出现原因,在这里我先解释一下“频率”的概念:频率是指每一秒物体所振动的次数,光的频率是指每一秒光所振动的次数。频率是怎么样形成的呢?其实原因并不复杂,当一种作用向外,但又有另一种作用向内拉扯着它,那么在这两种作用的制约下,物体就会产生振动,造成频率。拉扯作用越大,而向外作用不变或者是相对变小得越多,那么物体就会振动得越多和越快,以便抵抗拉扯作用的制约,于是频率越高。同理,假如拉扯的作用越小,而向外作用不变或者是相对变得越大,那么物体就会振动得越少和越慢,因为它不怎么需要去反抗拉扯作用的制约,于是频率越低。光的频率就是在斥力作用的排斥下和引力作用的拉扯下,由于二者之间的相互制约而形成的;越近光源,引力的拉扯作用相对越大,光的频率就越高;越远光源,引力的拉扯作用相对越小,光的频率就越低。我们上面说过,当光源远离我们而去,其实相当于我们以极快的速度不断地去看光源的远处,而光越远离光源,引力的拉扯作用就会相对越小,光的频率就会相对越低,因而“当光源远离我们而去时我们会感到光的频率不断变低”。同理,光源不断靠近我们时,相当于我们以极快的速度不断地去看光源的近处,而光越近光源,引力的拉扯作用就会相对越大,光的频率就会相对越高,因而“当光源不断靠近我们时我们会感到光的频率在不断变高”。

根据上面理论,我们可以知道:红移现象是综合排斥作用的产物,红移现象的明显与否就在于综合排斥作用的变大程度;至于紫移现象是综合排斥作用不断变小的产物,紫移现象的明显与否就在于综合排斥作用的变小程度;而光的频率则是斥力在引力的制约下不断地振动所产生的。

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