Las ondas de luz de una fuente en movimiento experimentan el efecto Doppler para dar lugar a un desplazamiento rojo o azul en la frecuencia de la luz.Esto es similar (aunque no idéntico) a otros tipos de ondas, como las sonoras. La principal diferencia es que las ondas de luz no necesitan un medio para desplazarse, por lo que la aplicación clásica del efecto Doppler no se aplica precisamente a esta situación.
Efecto Doppler relativista para la luz
Consideremos dos objetos: la fuente de luz y el "oyente" (u observador). Como las ondas de luz que viajan en el espacio vacío no tienen medio, analizamos el efecto Doppler para la luz en términos del movimiento de la fuente con respecto al oyente.
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Establecemos nuestro sistema de coordenadas de forma que la dirección positiva sea desde el oyente hacia la fuente. Así, si la fuente se aleja del oyente, su velocidad v es positiva, pero si se mueve hacia el oyente, entonces la v es negativa. El oyente, en este caso, es siempre considerado en reposo (por lo que v es realmente la velocidad relativa total entre ellos). La velocidad de la luz c se considera siempre positiva.
El oyente recibe una frecuencia fL que sería diferente de la frecuencia transmitida por la fuente fS . Esto se calcula con la mecánica relativista, aplicando la necesaria contracción de longitud, y se obtiene la relación
fL = sqrt [( c – v )/( c + v )] * fS
Desplazamiento rojo & Desplazamiento azul
Una fuente de luz que se aleja del oyente ( v es positivo) proporcionaría una fL que es menor que fS . En el espectro de la luz visible, esto provoca un desplazamiento hacia el extremo rojo del espectro luminoso, por lo que se denomina un corrimiento al rojo . Cuando la fuente de luz se mueve hacia el oyente ( v es negativo), entonces fL es mayor que fS . En el espectro de luz visible, esto provoca un desplazamiento hacia el extremo de alta frecuencia del espectro de luz. Por alguna razón, el violeta se llevó la peor parte y ese desplazamiento de frecuencia se llama en realidad desplazamiento azul . Obviamente, en la zona del espectro electromagnético fuera del espectro de luz visible, estos desplazamientos podrían no ser realmente hacia el rojo y el azul. Si usted’ está en el infrarrojo, por ejemplo, usted’ está desplazando irónicamente hacia el rojo cuando experimenta un "desplazamiento hacia el rojo."
Aplicaciones
La policía utiliza esta propiedad en las cajas de radar que usan para rastrear la velocidad. Las ondas de radio se emiten, chocan con un vehículo y rebotan. La velocidad del vehículo (que actúa como fuente de la onda reflejada) determina el cambio de frecuencia, que puede detectarse con la caja. (Se pueden utilizar aplicaciones similares para medir la velocidad del viento en la atmósfera, que es el "radar Doppler" al que son tan aficionados los meteorólogos).
Este desplazamiento Doppler también se utiliza para rastrear satélites. Al observar cómo cambia la frecuencia, se puede determinar la velocidad en relación con su ubicación, lo que permite el seguimiento desde tierra para analizar el movimiento de los objetos en el espacio.
En astronomía, estos desplazamientos resultan útiles. Cuando se observa un sistema con dos estrellas, se puede saber cuál se mueve hacia uno y cuál se aleja analizando cómo cambian las frecuencias.
Y lo que es más significativo, las pruebas del análisis de la luz de las galaxias lejanas muestran que la luz experimenta un corrimiento al rojo. Estas galaxias se alejan de la Tierra. De hecho, los resultados de esto van un poco más allá del mero efecto Doppler. En realidad, se trata de un resultado de la expansión del propio espacio-tiempo, como predice la relatividad general. Las extrapolaciones de esta evidencia, junto con otros hallazgos, apoyan la imagen del "big bang" del origen del universo.
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