Спектры и скорость

Тон гудка локомотива повышается, когда он приближается к наблюдателю, и спадает при удалении. То же самое происходит со светом. Частота света также меняется, если меняется скорость источника света относительно наблюдателя. Допустим, что водитель фотонной ракеты забыл снизить скорость на космическом перекрестке. Тогда красный свет светофора для него казался бы зеленым и он нарушил бы неведомые нам космические правила. Если наблюдатель движется навстречу световой волне со скоростью v, то частота световой волны будет для него равной: v=v₀

где с - скорость света, v₀ - частота световой волны для наблюдателя, неподвижного относительно источника света.

По этой формуле мы можем рассчитать скорость фотонной ракеты, необходимую для того, чтобы красный свет показался зеленым: 97 000 км/с. Изменение длины волны при движении источника света и наблюдателя относительно друг друга называется эффектом Доплера. Этот эффект часто затрудняет спектральные исследования. Современные приборы разделяют линии спектра, у которых длины волн различаются лишь на 0,0002 нм (2 * 10^-13 м). Однако это не помогает различить, или, как говорят физики, разрешить, очень близко отстоящие друг от друга спектральные линии. Атомы в нагретом газе движутся по разным направлениям. Частота кванта, испущенного атомом, который удаляется от спектрографа, сместится в область длинных волн, а если атом движется в обратном направлении - к спектрографу, то частота кванта, наоборот, сместится в область коротких волн. Спектральная линия атома как бы расширяется в результате движения атомов.

Земля мчится по орбите с большой скоростью. Можно выбрать на небосводе такую звезду, что полгода Земля будет двигаться по тому же направлению, что и свет звезды, а полгода это движение будет встречным. Спектр звездного света в первую половину года сдвинется в длинноволновую часть, а во втором полугодии - в коротковолновую. По этому сдвигу можно рассчитать скорость движения Земли по ее орбите. Конечно, практического значения такой расчет не имеет - существуют более надежные методы определения скорости движения Земли вокруг Солнца. Зато эффект Доплера позволяет измерять скорость, с которой далекие галактики движутся относительно Земли. Оказывается, ни одна из них не приближается к Солнечной системе. Происходит обратное: галактики удаляются от нас - Вселенная расширяется. Далекие галактики движутся с очень большой скоростью. Об этом мы узнаем по сдвигу спектральных линий в сторону более длинноволнового красного участка спектра. Этот сдвиг физики называют красным смещением.

Петр Николаевич Лебедев (1866-1912)

Русский физик. Открыл и измерил давление света на твердые тела (1899) и газы (1907), что экспериментально подтвердило электромагнитную теорию света и 'принесло Лебедеву мировую славу. Доказал, что у электромагнитных волн есть не только энергия, но импульс и масса. Ему удалось получить наиболее короткие для того времени электромагнитные волны.

перейти к началу страницы