Banner
ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА
и
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Han Erim
1 января 2010 г.
25 мая 2012 г. (последнее обновление)
Здесь рассматривается только эффект Доплера, возникающий на электромагнитных волнах.
Что такое эффект Доплера: Изменения частоты и длины волны электромагнитной волны называются эффектом
Доплера. Для возникновения эффекта Доплера необходима разность скоростей между источником, излучающим
электромагнитную волну, и целью, к которой эта волна приходит. Эффект Доплера наблюдается и измеряется на
стороне цели.
ЗАКОН Alice И ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА
Эффект Доплера непосредственно зависит от правил математики (c+v)(c−v), принадлежащей Закону Alice. Поскольку
Закон Alice подробно объясняет, как возникает математика (c+v)(c−v), он столь же подробно показывает и причины
эффекта Доплера. Сам факт существования эффекта Доплера одновременно является экспериментальным подтверждением
Закона Alice.
Посмотрим, почему возникает эффект Доплера, начиная с рисунка ниже.
flash
Рисунок 1 – Как видно на анимации, ручка, совершающая колебательные движения вверх-вниз на одном месте,
рисует линию на движущемся листе бумаги. Если лист движется с постоянной скоростью, линия будет представлять
собой непрерывную и ровную синусоиду. При изменении скорости листа форма синусоиды меняется. Обратите внимание,
что эта графическая анимация очень похожа на пример с машиной, ставящей бутылки на движущуюся ленту, из моей
работы «Причина специальной
теории относительности».
flash
Рисунок 2 – Обратим внимание, что эта анимация практически полностью совпадает с примером «Фонарь и
наблюдатель» из моей работы «Причина
специальной теории относительности». В той анимации я использовал корпускулярные свойства фотонов, а
здесь используется волновое свойство фотонов.
Чтобы обеспечить полное согласование с математическими равенствами, будем считать, что источник света всегда
излучает на одной и той же длине волны и что фотоны испускаются через промежутки, равные длине волны.
В анимации фотоны (электромагнитные волны), которые фонарь помещает в область наблюдателя, движутся к
наблюдателю. Электромагнитные волны распространяются внутри области наблюдателя, и их скорость относительно
этой области всегда равна c (скорости света). Когда наблюдатель движется, движется и область, принадлежащая
наблюдателю. Поэтому в момент, когда электромагнитные волны, исходящие от источника, входят в область
наблюдателя, их длина волны и частота изменяются в зависимости от скорости наблюдателя. (Подробную информацию о
понятии «область» можно найти в Законе Alice Версия 6 и в моей работе под названием «Концепция области».)
В результате, хотя фонарь всегда излучает с одинаковой длиной волны и одинаковой частотой, если наблюдатель
движется, излучение фонаря будет иным для него, и длина волны и частота света, достигающего наблюдателя,
изменятся.
flash
Рисунок 3 – Эта анимация является несколько более развитой версией предыдущей. Поскольку её коды
написаны в соответствии с правилами математики (c+v)(c−v), результаты, которые она даёт, весьма реалистичны.
Исходный код можно скачать отсюда (Flash CS3 Actionscript 3.0) – download.
Пояснение к графической анимации:
Чтобы обеспечить непрерывное излучение волны, в качестве источника электромагнитных волн в анимации я
специально
использовал магнит. Вместо магнита можно было бы использовать и источник света, похожий на приведённый выше,
тогда действовали бы практически те же принципы.
Скорость колебаний магнита можно выбрать с помощью управления в левом нижнем углу. В анимации электромагнитные
волны, возникающие в зависимости от скорости колебания магнита, распространяются в направлении космического
корабля со скоростью c (скоростью света). В этой анимации я не использовал линейку, представляющую область
космического корабля. Пожалуйста, держите в уме концепцию области. Электромагнитные волны, приходящие к
космическому кораблю, проходят внутри области космического корабля.
Когда мы приводим космический корабль в движение, мы можем наблюдать изменения, происходящие на
электромагнитной волне. Когда космический корабль подходит к источнику со скоростью света или удаляется от
источника со скоростью света, мы можем видеть, какое явление происходит на электромагнитной волне.
Когда космический корабль приближается к источнику со скоростью света, мы видим, что электромагнитные волны как
будто останавливаются. Не удивляйтесь этому. Мы наблюдаем событие из другой системы отсчёта. В нашей системе
отсчёта электромагнитные волны, идущие к космическому кораблю, могут казаться неподвижными. Но обратим
пристальное внимание на то, что относительно самого космического корабля и его области скорость этих же самых
электромагнитных волн не меняется и всегда равна c (скорости света).
В анимации мы видим, что при изменении длины волны меняется и цвет электромагнитной волны. Однако изменение
цвета здесь, конечно же, носит символический характер, поскольку мы можем использовать только видимые цвета.
Когда длина волны уменьшается или увеличивается, вы можете по таблице справа увидеть, к какому участку
электромагнитного спектра относится волна.
Вы можете остановить анимацию в любой момент и, передвигая линейку, проверить длину волны. Длина линейки всегда
показывает длину волны.
Результаты:
Независимо от того, движется космический корабль или находится в покое, скорость электромагнитных волн,
приходящих к космическому кораблю, относительно него всегда равна c (скорости света).
Когда космический корабль приближается к источнику или удаляется от него, электромагнитные волны претерпевают
изменения. Эти изменения происходят в момент излучения электромагнитной волны источником (точнее – в момент
входа электромагнитной волны в область космического корабля).
REDSHIFT (красное смещение) — это увеличение длины волны и означает
ослабление электромагнитной волны по энергии. Красное смещение всегда представляется выражением
(c+v).
BLUESHIFT (синее смещение) — это уменьшение длины волны и означает
увеличение энергии электромагнитной волны. Синее смещение всегда представляется выражением
(c−v).
Здесь v — относительная скорость между системами отсчёта (магнит и космический корабль), а c — скорость
света.
В анимации космический корабль движется, а источник покоится. Если космический корабль покоится, а источник
движется, эффект Доплера возникает совершенно аналогичным образом. Не важно, что именно движется — источник,
приёмник или оба сразу. Пока между источником и целью существует разность скоростей, эффект Доплера будет
возникать.
В анимации мы видим, что ускорение, замедление или изменение направления движения космического корабля не
вызывает изменений в уже распространяющихся по области электромагнитных волнах. Это связано с тем, как написаны
коды анимации. Ответ на вопрос, будет ли в действительности возникать изменение или нет, должны дать
эксперименты.
Мы ясно видим здесь, что независимо от того, как именно меняется длина волны, суммарная энергия
электромагнитной волны (энергия, заключённая между двумя последовательными максимумами) не изменяется. Только
энергия электромагнитной волны размещается в области космического корабля на большем (redshift) или меньшем
(blueshift) отрезке. Можно сказать и иначе: меняется частота электромагнитной волны. В некотором смысле эффект
Доплера — это «принцип сохранения энергии» между электромагнитной волной и её целью.
В результате изменения длины волны меняется количество энергии, приходящей на космический корабль в единицу
времени. Это воспринимается и измеряется как изменение частоты электромагнитной волны.
Мы также видим, что существуют верхние и нижние пределы изменения длины волны. Эти предельные значения
определяются в случаях, когда относительная скорость между системами отсчёта приближается к c (скорости света),
в зависимости от направления движения систем отсчёта (удаляются они друг от друга или приближаются). В эффекте
Доплера величина изменения параметров электромагнитной волны находится в следующих пределах.
Способы вычисления длины волны и частоты показаны ниже. Расчёты частоты и длины волны могут выполняться только
на основе этих равенств.
В анимации источник покоится, а наблюдатель движется. В случае, когда наблюдатель покоится, а источник
движется, приведённые выше равенства остаются неизменными.
Поскольку правила, по которым формируются Закон Alice и, соответственно, математика (c+v)(c−v), не известны
физикам, в вопросе эффекта Доплера вы часто можете встретить неверные интерпретации и неправильные
математические
выражения. Истинные равенства эффекта Доплера — только те, которые я написал выше. На основе этих
равенств можно получить различные формы записи эффекта Доплера.
Ещё один важный момент, связанный с эффектом Доплера, состоит в том, что используемое для его описания понятие
частоты на самом деле является несколько «натянутым». Дело в том, что электромагнитные волны (фотоны)
испускаются в виде независимых пакетов энергии. Если испускаемые фотоны не испускаются через промежутки,
равные их собственной длине волны, как в рассматриваемом здесь случае, то понятие частоты теряет смысл, так как
в этом случае величина частоты не отражает количество испускаемых фотонов. С другой стороны, у одного фотона не
может быть собственной частоты. Следовательно, значения частоты, полученные в измерениях, на самом деле
представляют не частоту фотона как такового, а меру его энергии.
Новое – Механизм эффекта Доплера
В анимации выше мы видели, как излучается электромагнитная волна. На графике ниже вы можете подробно увидеть,
как работает механизм эффекта Доплера.
Мы видим, что величина изменения длины волны (λΔ) зависит от двух факторов.
1 – В состоянии покоя время излучения части электромагнитной волны длиной в одну длину волны (t₀)
2 – Разность скоростей между системами отсчёта и направление этой скорости (v)
Обратим внимание, что время излучения t₀ определяется источником электромагнитной волны. Для наглядности,
говоря применительно к анимации выше, величина t₀ — это время, необходимое магниту для совершения одного
полного колебания, и в состоянии покоя эта величина вычисляется по равенству t = λ / c.
Скорость электромагнитной волны относительно области, в которой она распространяется, всегда равна c. Движение
наблюдателя не изменяет скорость c электромагнитной волны относительно области. Поэтому время, необходимое для
прохождения через одну точку области отрезка электромагнитной волны длиной в одну длину волны, всегда даётся
равенством t = λ / c. Между временем и частотой существует связь t = 1 / f. То есть t = λ / c и λ = c / f — одно
и то же. В физике, как правило, используют λ = c / f. Однако, если взять основным равенство t = λ / c, как
сделано здесь, связь становится простой и ясной. Отмечу, что подобное упрощение стало возможным благодаря Закону
Alice.
Используя приведённые выше базовые равенства, можно получить все остальные формулы, связанные с эффектом
Доплера.
Эффект Доплера и специальная теория относительности
Физики всегда рассматривали эффект Доплера вне рамок специальной теории относительности. Однако эффект Доплера
полностью входит в область специальной теории относительности и является её наиболее естественным
следствием. Конечно, здесь нужно понять, что настоящая математика специальной теории относительности — это
математика (c+v)(c−v), то есть нужно понять Закон Alice. Поскольку Закон Alice представляет собой истинную
математику специальной теории относительности, эффект Доплера полностью входит в неё. В рамках эффекта Доплера
помимо принципов и равенств, изложенных здесь, иной математики или иного эффекта Доплера не существует.
Понятия вроде «релятивистский Доплер» с появлением Закона Alice утратили своё значение.
Эффект Доплера напрямую связан практически со всеми результатами специальной теории относительности. Сжатие
длины, замедление времени и одновременность (скорость восприятия) легко могут быть выражены через изменения
длины волны и частоты. Поскольку в специальной теории относительности все эти наблюдаемые явления
происходят в соответствии с правилами математики (c+v)(c−v), все эти эффекты возникают одновременно с
изменениями длины волны и частоты. Закон Alice с полной ясностью показывает связь между наблюдаемыми в
специальной теории относительности явлениями и изменениями длины волны и частоты. См. таблицу ниже.
Вышеуказанные
уравнения были зарегистрированы Ханом Эримом 29 декабря 2009 года у
37-го нотариуса района Бейоглу, Стамбул, Турецкая Республика, под
номером 35035.
Математические связи приведённых выше равенств можно увидеть по следующей ссылке.
Связи между эффектом Доплера и специальной теорией относительности:
http://www.aliceinphysics.com/publications/articles/ru/correlation.html
Общая теория относительности и эффект Доплера: Я бы также хотел рассказать об эффекте Доплера, который
возникает в результате существования общей теории относительности. Однако я не включил этот материал сюда,
так как считаю, что имеющихся у меня данных недостаточно. На мой взгляд, в эксперименте «Harvard Tower
Experiment» (эксперимент Паунда — Ребки, 1959), который мог бы служить серьёзным источником по этой теме,
имеются существенные логические ошибки и неточности. По моему мнению, этот важный эксперимент следует
повторить.
Всю информацию, связанную с Законом Alice, можно найти на моей главной странице.
Закон Alice — фундамент физики.
АНОНС
Alice Law Version 7 опубликована (7 мая 2012 г.)
Страница
загрузки