As ondas de luz de uma fonte em movimento experimentam o efeito Doppler para resultar em um desvio para o vermelho ou um desvio na frequência azul da luz. Isso é semelhante (embora não idêntico) a outros tipos de ondas, como as ondas sonoras. A principal diferença é que as ondas de luz não exigem um meio para viajar, então a aplicação clássica do efeito Doppler não se aplica exatamente a essa situação.
Efeito Doppler relativístico para luz
Considere dois objetos: a fonte de luz e o "ouvinte" (ou observador). Como as ondas de luz que viajam no espaço vazio não têm meio, analisamos o efeito Doppler para luz em termos do movimento da fonte em relação ao ouvinte.
Montamos nosso sistema de coordenadas para que a direção positiva seja do ouvinte em direção à fonte. Portanto, se a fonte está se afastando do ouvinte, sua velocidade v é positivo, mas se estiver se movendo em direção ao ouvinte, o v é negativo. O ouvinte, neste caso, é sempre considerado em repouso ( v é realmente o total velocidade relativa entre eles). A velocidade da luz c é sempre considerado positivo.
O ouvinte recebe uma frequência feu que seria diferente da frequência transmitida pela fonte fS. Isso é calculado com a mecânica relativística, aplicando a contração necessária do comprimento e obtendo o relacionamento:
feu = sqrt [( c - v)/( c + v)] * fS
Deslocamento Vermelho e Deslocamento Azul
Uma fonte de luz em movimento longe do ouvinte (v positivo) forneceria uma feu isso é menor que fS. No espectro de luz visível, isso causa uma mudança em direção ao extremo vermelho do espectro da luz, por isso é chamado de redshift. Quando a fonte de luz está se movendo em direção a o ouvinte (v é negativo), então feu é melhor que fS. No espectro de luz visível, isso causa uma mudança em direção à extremidade de alta frequência do espectro de luz. Por alguma razão, o violeta ficou com a ponta curta do manche e essa mudança de frequência é na verdade chamada de turno azul. Obviamente, na área do espectro eletromagnético fora do espectro de luz visível, essas mudanças podem não ser na verdade vermelhas e azuis. Se você está no infravermelho, por exemplo, está mudando ironicamente longe do vermelho quando você experimenta um "desvio para o vermelho".
Formulários
A polícia usa essa propriedade nas caixas de radar usadas para rastrear a velocidade. Ondas de rádio são transmitidos, colidem com um veículo e se recuperam. A velocidade do veículo (que atua como fonte da onda refletida) determina a mudança na frequência, que pode ser detectada com a caixa. (Aplicações semelhantes podem ser usadas para medir a velocidade do vento na atmosfera, que é o "Radar Doppler"dos quais os meteorologistas gostam tanto.)
Esse deslocamento Doppler também é usado para rastrear satélites. Observando como a frequência muda, você pode determinar a velocidade relativa à sua localização, o que permite que o rastreamento baseado no solo analise o movimento dos objetos no espaço.
Na astronomia, essas mudanças são úteis. Ao observar um sistema com duas estrelas, você pode dizer qual está se movendo em sua direção e qual é a distância, analisando como as frequências mudam.
Ainda mais significativamente, evidências da análise da luz de galáxias distantes mostram que a luz passa por um desvio para o vermelho. Essas galáxias estão se afastando da Terra. De fato, os resultados disso estão um pouco além do mero efeito Doppler. Isso é realmente resultado do espaço-tempo expandindo, como previsto por relatividade geral. Extrapolações dessa evidência, juntamente com outras descobertas, apóiam o "grande explosão"imagem da origem do universo.