Парадоксы релятивистского эффекта Доплера

Александр Сердечный

Парадоксы релятивистского эффекта Доплера

NB. При цитировании ссылка на автора и статью обязательна. Связаться с автором можно по почте: [e-mail]

Прежде всего отмечу, что у эффекта Доплера для звуковых волн никаких парадоксов нет. Они свойственны только свету, распространяющемуся по общемировому пространству.

Многие граждане, не чуждые физике, уверены, что красное доплеровское смещение, т.е. увеличение длины волны света от источника (красное смещение), указывает на его удаление, а уменьшение длины (синее или фиолетовое смещение) – на приближение. Известен также так называемый "поперечный эффект Доплера" – когда источник света, движущийся перпендикулярно лучу зрения на него, имеет красное смещение.

Но, полагаю, почти никто не задумывался, что свет от приближающегося источника – если только он не движется точно в сторону наблюдателя, по мере увеличения его скорости синеет лишь до некоторого уровня, а потом начинает краснеть. Так что при очень больших скоростях источника, смещение будет красным почти при любом направлении движения.

Действительно, пусть имеем два источника света: быстрый и относительно медленный. Когда они оба движутся в сторону наблюдателя, то смещение к "синему" от первого будет больше, чем от второго. Когда эти же источники будут двигаться от наблюдателя, то наоборот − смещение к "красному" от первого будет больше.

Значит, есть такое направление движения источников, когда отношения длин волн от первого и второго одинаковы.

Но при классическом эффекте Доплера (например, для звука) все кривые пересекаются в одной точке (при x=0 и y=1 на схеме ниже), так что никаких "парадоксов" не возникает.

При релятивистском эффекте смещения длин волн для источников, движущихся с разными скоростями, в зависимости от азимута направлений их движения, показаны на схеме на обложке и приведены на графиках ниже. Точки пересечения кривых сгруппировались около азимута 45°. То есть, если поперечная к линии наблюдения скорость источника примерно равна его скорости приближения, то его скорость, вычисляемая по доплеровскому сдвигу, может очень сильно разниться.