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1 # 科學聯盟
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2 # 神憐世人
首先我們要搞清楚什麼是紅移和藍移。
根據多普勒效應,當一個光源照射到一個物體上,如果光源和該物體之間有相對運動,那麼在該物體逐漸遠離光源的時候,其接收到光線的頻率比實際光線的頻率要短,而紅色光的頻率比藍色光的頻率要短,所以這個物體接收到的光線在光譜上會向紅光的方向偏移,這就是紅移。同樣道理,如果接收光線的物體逐漸靠近光源,那麼接收到的光線就會向藍色光的方向偏移,稱為藍移。而科學家透過觀測到的星光紅移現象,才推匯出來宇宙大爆炸理論。另外紅移還有宇宙學紅移和引力紅移,這裡就不多說了,有點跑題了。
接收光線的物體在與光源相對運動時,並不會改變光的速度,相對論中也提到了“光速不變原理”。而紅移藍移現象實際上是因為狹義相對論提出的時間膨脹效應,大家可以去網上了解一下時間膨脹,正是因為時間膨脹導致了光子的頻率降低。
紅移和藍移是不同的光源和受光體發生的尺縮效應和時間膨脹效應的結果,即使發生紅移藍移現象,光速還是不變的,所以紅移藍移現象和光速不變理論並沒有矛盾。
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3 # 太空科學站
並無矛盾之說,多普勒紅移現象與光速不變原理是兩個不同的概念。 首先先來說說多普勒紅移藍移。 我們知道聲音是以波形式傳遞的,當波遠離我們頻率會變低,我們所聽到的聲音就會低沉,當波靠近我們頻率會變高,我們所聽到的聲音就會高亢,這就是多普勒效應。
而光也是以波的形式存在,所以他也有多普勒效應。不過光波的表現形式是顏色的變化,假如一顆恆星靠近一個觀測者,那麼它的光波就會變短,因此我們就會看到藍移現象,如果一個恆星遠離我們,那麼它的光波將被拉長,因此我們就會看到紅移現象。這就是光的多普勒效應。
光速不變原理光速不變原理是光在真空中傳播,任何的慣性參照系觀測都是一樣的,比如A一秒鐘跑十米,B一秒鐘跑5米,從B的慣性參照系來說,A的速度是一秒五米,對靜止的C來說A是一秒10米,而對光速來說就不同了,光速不管任何的慣性參照系都是相同的。按恆星的靠近或遠離來說,光的傳播速度都是30萬千米每秒。這就是光速不變原理。 正如題主而言,它們兩個之間並無矛盾之說。
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題主自己覺得矛盾嗎?藍移和紅移指的是頻率的變動,又不是光速的變動,二者明顯是兩個概念。在狹義相對論裡,多普勒效應有相應的解釋。對於以真空光速運動的波來說,其相位是相對論不變數。由此我們就可以推匯出多普勒效應。這就說明,多普勒效應與狹義相對論並不矛盾。這個推導我不重複了,但是要指出兩點:第一是,要把波矢、頻率寫成協變4-波矢;第二是協變4-波矢的洛倫茲變換有相位的相對論不變性給出。這兩點就足以讓我們推匯出頻率和波矢之間的洛倫茲變換。
在狹義相對論裡,光速不變原理是一個重要的公理,其本意指的是在慣性參考系下,真空光速是一個不隨參考系變換的常數。要注意,僅僅是慣性參考系變換下,光速不變原理可以成立。取一個非慣性參考系變換,光速不變原理可以失效。而且這條原理不適用於非真空光速,也不能給出真空光速是一個常數。但是,只要我們認定真空的各向同性性——即狹義相對論下的真空,那麼真空光速就是一個常數。
狹義相對論的多普勒效應和光速不變原理之間沒有矛盾,而且是相互自等價的。也就是說,只要多普勒效應寫成狹義相對論下的形式,那麼光速不變原理就能被推出來。
此外非相對論的多普勒效應是相對論性多普勒效應的低速近似,這是需要注意的。