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光のドップラー効果は何故起こるのか

 こちらのブログで、光速が普遍なら、ドップラー効果自体も起こらないとするのが、当然だと思うのですがとのご指摘があり、ハタと考え込みました。
 頭の中では「そんなハズは」と思うんです。
 でも、どうもシンプルに説明できない。
「時計がゆっくりになるから」? いやまてそれじゃ青方偏移が説明できないぞ。
 えーっと、だからー...さんざん頭を悩まして、考えた説明がコレです。

1)光は「波」
2)光の色は「1秒当たりの振動数」
  振動数大=青 振動数小=赤
3)地球から遠ざかるロケットから1秒だけ光を送る。
4)地球から「光って見える」時間は1秒より長い。
  ロケットが動いた分、出し終わりの信号が届くのによけい時間がかかるから。
5)振動する回数は同じなので、「1秒当たりの振動数」は小さくなる。
  よって赤く見える(赤方偏移)

 同じ原理で、近づいたときは「光って見える」時間は1秒より短くなり、青方偏移がおこります。
 実際には「特殊相対性理論による時計の遅れ」も勘定に入れなきゃいけませんが。ドップラー効果のミソは「伝搬速度が変わること」ではなく、「伝搬速度が有限」だから起こるのだ、そんなところでしょうか。
 ローレンツ変換に「相対速度」「出し始めの時間」「出し終わりの時間」を入れれば、もっと精密な「光のローレンツ収縮」が計算できます。

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Comments

トラックバックありがとうございます。
相対性理論は、本当に面白いですね

Posted by: やまぐあち | 2008.07.06 at 01:50 PM

トラックバックありがとうございました。

相対性理論はおもしろいです。

Posted by: やまぐあち | 2008.07.06 at 01:51 PM

んー

音のドップラー効果も
音速が変わってるわけじゃない

で説明終わって良い?

Posted by: kalu | 2008.07.07 at 07:29 PM

>kalu様
音速の場合は実際変わります。空気との相対速度で。(風下の方が風上より速く音が伝わる)
音のドップラー効果を音速の変化で説明するケースも多々あるようで(実際説明できます)、今回のような?がおきちゃうのかなと。

>やまぐちあき様
お題に使わせていただきました。ありがとうございます。

Posted by: 御宗銀砂 | 2008.07.09 at 10:06 PM

記憶にあった式の展開方法とかで
アナロジーは同じかなと思ってたんですけど
調べなおしてみると
式そのものが特殊性理論を使ってるので
そうとう考えが甘かったみたいです

ちょっと文献見直してきます


ただ音速での風の考慮は「媒体の変化」なんで
音速そのものの変化では無いと思います
光速と違って媒体の移動と発信源/観測者の移動を
式内で等価で入れ替えられるだけじゃないかと思うんだけど
どうなのかな?

Posted by: kalu | 2008.07.10 at 01:23 PM

>ただ音速での風の考慮は「媒体の変化」なんで音速そのものの変化では無いと思います
 なるほど、そうですね。表現がマズかったです。

 音速の場合、光速のように「誰から見ても速度一定」というのがない、と書くべきですね。

Posted by: 御宗銀砂 | 2008.07.12 at 08:19 AM

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