光のドプラー効果について

質問

光のドプラー効果について

私は新幹線の線路の近くに立っております。今、新幹線が汽笛（？）を鳴らしながら近づいてきました。汽笛は先頭車両に取り付けられているようです。

近づいて来るときの汽笛の音よりも遠ざかるときの汽笛の音の方が低い音です。音にはドプラー効果があります。この事実は、機器を使うまでもなく、私の耳で観測可能です。

ところで、光にもドプラー効果があるということですが、光にドプラー効果があるという事実は機器で観測することができるのでしょうか。

回答No.9

htms42 · ベストアンサー

>遠方の銀河のスペクトルが赤方へ偏位しているという話は知っていますが、だか
ら「宇宙は膨張している」のだという仮説は「光にドップラー効果がある」こと
を前提として成り立つのであって、この前提が崩れれば「宇宙は膨張している」
とは言えないことになります。

宇宙の膨張の話をしているのではありません。
この説の根拠となった「赤方偏移」について言っているのです。
振動数が低い方にずれているという観測事実がドップラー効果だと言っているのです。

＞光にドプラー効果があるという事実は機器で観測することができるのでしょうか。

赤方偏移は観測例の一つだと言っているのです。

あなたはこの振動数変化の理由は何だと考えておられますか。

スペクトルのドップラー幅も観測事実です。
ドップラー効果によるものではないとしたら何が理由でしょうか。

光は波です。
ドップラー効果は波の示す性質の一つです。
回折や干渉と同じような性質の一つです。
波長や振動数という量が意味を持っていること自体、波であるということです。
そういう光が波としての性質を示さないと考える方が不思議だと思うのですが。
光がドップラー効果を示さないと考える理由は何ですか。

光の回折にしても観察が簡単なわけではありません。
「光では回折が起こらない」と考えられていた時代があります。
光の速さの測定も簡単ではありません。
水の中での光の速さが空気中での速さよりも遅いということが測定されて初めて、ホイヘンスの「光は波である」という説に軍配が上がりました。

その波動説を否定するのですからかなりの理論的な根拠をお持ちのはずです。

まず赤方偏移とスペクトル幅の生じる理由を示して下さい。

お礼

ありがとうございました。

回答No.8

htms42

宇宙が膨張しているという説の出発点になった赤方偏移が有名な例でしょう。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B5%A4%E6%96%B9%E5%81%8F%E7%A7%BB

スペクトルのドップラー幅も例になるでしょう。
高温の星のスペクトルの方が幅が大きいでしょうね。

お礼

ありがとうございました。

補足

遠方の銀河のスペクトルが赤方へ偏位しているという話は知っていますが、だから「宇宙は膨張している」のだという仮説は「光にドップラー効果がある」ことを前提として成り立つのであって、この前提が崩れれば「宇宙は膨張している」とは言えないことになります。

私は、その前提「光にドップラー効果がある」に疑問を持っているのです。

回答No.7

sak_sak

野球で球速を測定するのに使ったりするスピードガンはドップラー効果を利用しています。
元の振動数との差(いわゆる“うなり”)であれば測定可能かと思います。

お礼

ありがとうございました。

回答No.6

debukuro

光にはドップラー効果はありません
代わりにフィゾー効果があります：フィゾーが発見したから
低高度の人工衛星から電波の周波数が変位します
電波も光も電磁波なので同じ効果を受けます

お礼

ありがとうございました。

回答No.5

hitokotonusi

気体レーザーの出力はエネルギー準位間の遷移のみならほぼ巾0のスペクトルが得られるはずですが、実際のレーザーの出力はもっと広がった波形になります。この原因が気体分子が移動する事によるドップラー効果だといわれていまして、ドップラー巾と呼ばれています。

http://www.anfoworld.com/lasers.html#ArgonLaser

これはある意味の観測になると思いますが。

お礼

ありがとうございました。

回答No.4

Tacosan

たぶん「最先端」ではないですが (何しろ 15年前の話だし), こんな記事があったりします＞#3.

参考URL：

http://www.accumu.jp/back_numbers/vol7-8/%E6%96%B0%E6%83%91%E6%98%9F%E7%B3%BB%E3%81%AE%E7%99%BA%E8%A6%8B.html

お礼

ありがとうございました。

回答No.3

sanori

Ｎｏ．１の回答者です。
後出しじゃんけんをやられた、という感想です（笑）

そこまでご存知であれば、ご自分で測定機器の波長分解能を調べられてはいかがでしょうか。
たとえば、最先端の天体観測機器であれば、波長分解能は極めて良いと想像します。

また、私は「乗り物」とは書きましたけれども、そのスピードについては触れていません。
ご質問文を拝見し、その雰囲気から、定量的ではなく定性的な説明のほうがよいと判断して書いたまでです。

以上です。

お礼

ありがとうございました。

回答No.2

黒田（@kuro-cyan）

No1さんが説明されているのが良く分かりますね。
しかし、どれだけ変わるものか、想像できないので、
色々説明したWEBが有りましたので、参考にして下さい。
http://keisan.casio.jp/has10/SpecExec.cgi?path=05000000.%95%A8%97%9D%8C%F6%8E%AE%8FW%2F03000100.%89%B9%81E%8C%F5%2F10000100.%83h%83b%83v%83%89%81%5B%8C%F8%89%CA%81i%8C%F5%81j%2Fdefault.xml

http://homepage1.nifty.com/tac-lab/doppler.html

http://homepage2.nifty.com/einstein/contents/relativity/contents/relativity215647.html

http://www.gem.hi-ho.ne.jp/katsu-san/audio/doppler.html

「観測者が光源から遠ざかる時には、振動数は小さくなり、近づく時には、振動数は大きくなる」
との事ですが、私にはちんぷんかんぷんです。

お礼

ありがとうございます。しかし、

私は「光にはドプラー効果」があるという学説（？）に疑問を持っているから頭書の質問をしました。（機器を使っても構わないが）人間の自で確かめることができるのだろうかと、質問したのです。

アインシュタインの特殊相対性理論も、（機器を使っても構わないが）人間が確かめるまでは単なる仮説に過ぎないのです。

ご紹介いただいたサイトは総て、「光にはドプラー効果」があることを前提として、光のドプラー効果を数式を使って説明したものであって、私の疑問に答えるものではありません。

回答No.1

sanori

こんにちは。

はい。できます。

汽笛の代わりに光を出させればよいのです。
汽笛の音は360°方向に満遍なく発せられますが、光も同様に、360°方向に満遍なく出せば良いです。
すると、乗り物が近づいてきたときと遠ざかっていくときとで、観測者に向かってくる光の波長が変わります。
光源から出る光の波長は白色などではなく、単一波長（たとえば、５５０ｎｍ＝緑）であることが望ましいです。
近づいてきたときは緑から青の側に、遠ざかるときは緑から赤の側に、少しだけ波長がずれます（＝色が変わります）。

お礼

ありがとうございました。

補足

＞少しだけ波長がずれます（＝色が変わります）。

ここが問題なのです。

音の速度は空気中で340メートル／秒ですが、
光の速度は空気中で秒速３０万Ｋｍ、つまり300,000,000メートル／秒です。
一方、新幹線の速度は時速２００Ｋｍとして、55メートル／秒です。

すると音波の場合は、音源の移動による波長の変化率は、0.16／秒です。
変化率が大きいので機器を使わなくても人体（聴力）で観測可能です。
（55÷340＝0.16）

しかし光波の場合は、光源の移動による波長の変化率は、0.000000018／秒です。
こんなに小さな変化率は、人体（視力）では観測不可能なのは言うまでもありませんが、
機器を使えば観測できるのでしょうか。信じれないのですが。
（55÷300,000,000＝0.000000018）