Efek Doppler dalam Cahaya: Red & Blue Shift

Gelombang cahaya dari sumber yang bergerak mengalami efek Doppler untuk menghasilkan pergeseran merah atau biru dalam frekuensi cahaya. Ini dengan cara yang mirip (meskipun tidak identik) dengan jenis gelombang lainnya, seperti gelombang suara. Perbedaan utama adalah bahwa gelombang cahaya tidak memerlukan media untuk perjalanan, jadi aplikasi klasik dari efek Doppler tidak berlaku tepat untuk situasi ini.

Pertimbangkan dua objek: sumber cahaya dan "pendengar" (atau pengamat). Karena gelombang cahaya yang bepergian di ruang kosong tidak memiliki medium, kami menganalisis efek Doppler untuk cahaya dalam hal gerakan sumber relatif terhadap pendengar.

Kami mengatur sistem koordinat kami sehingga arah positif dari pendengar ke sumber. Jadi, jika sumber bergerak menjauh dari pendengar, kecepatannya v positif, tetapi jika bergerak ke arah pendengar, maka v negatif. Pendengar, dalam hal ini, adalah selalu dianggap diam (jadi v benar-benar total kecepatan relatif diantara mereka). Kecepatan cahaya c selalu dianggap positif.

Pendengar menerima frekuensi f_L. yang akan berbeda dari frekuensi yang ditransmisikan oleh sumber f_S. Ini dihitung dengan mekanika relativistik, dengan menerapkan kontraksi panjang yang diperlukan, dan memperoleh hubungan:

f_L. = sqrt [( c - v)/( c + v)] * f_S

Sumber cahaya bergerak jauh dari pendengar (v positif) akan memberikan f_L. itu kurang dari f_S. Dalam spektrum cahaya tampak, ini menyebabkan pergeseran ke arah ujung merah spektrum cahaya, sehingga disebut a pergeseran merah. Saat sumber cahaya bergerak terhadap pendengar (v negatif), maka f_L. lebih besar dari f_S. Dalam spektrum cahaya tampak, ini menyebabkan pergeseran ke arah ujung spektrum frekuensi tinggi. Untuk beberapa alasan, violet mendapat ujung pendek tongkat dan pergeseran frekuensi tersebut sebenarnya disebut a pergeseran biru. Jelas, di area spektrum elektromagnetik di luar spektrum cahaya tampak, pergeseran ini mungkin tidak benar-benar menuju merah dan biru. Jika Anda berada di inframerah, misalnya, Anda secara ironis bergeser jauh dari merah saat Anda mengalami "pergeseran merah."

Polisi menggunakan properti ini di kotak radar yang mereka gunakan untuk melacak kecepatan. Gelombang radio ditransmisikan keluar, bertabrakan dengan kendaraan, dan bangkit kembali. Kecepatan kendaraan (yang bertindak sebagai sumber gelombang yang dipantulkan) menentukan perubahan frekuensi, yang dapat dideteksi dengan kotak. (Aplikasi serupa dapat digunakan untuk mengukur kecepatan angin di atmosfer, yang merupakan "Radar Doppler"Yang sangat disukai ahli meteorologi.)

Pergeseran Doppler ini juga digunakan untuk melacak satelit. Dengan mengamati bagaimana frekuensi berubah, Anda dapat menentukan kecepatan relatif terhadap lokasi Anda, yang memungkinkan pelacakan berbasis darat untuk menganalisis pergerakan objek di ruang angkasa.

Dalam astronomi, perubahan ini terbukti bermanfaat. Saat mengamati sistem dengan dua bintang, Anda dapat mengetahui mana yang bergerak ke arah Anda dan yang jauh dengan menganalisis bagaimana frekuensi berubah.

Bahkan lebih signifikan, bukti dari analisis cahaya dari galaksi jauh menunjukkan bahwa cahaya mengalami pergeseran merah. Galaksi-galaksi ini bergerak menjauh dari Bumi. Bahkan, hasil ini sedikit di luar efek Doppler belaka. Ini sebenarnya hasil ruangwaktu sendiri berkembang, seperti yang diperkirakan oleh Relativitas umum. Ekstrapolasi bukti ini, bersama dengan temuan lain, mendukung "dentuman Besar"gambar asal usul alam semesta.