多普勒效应今日之发展

多普勒效应今日之发展多普勒效应的发现1842年的一天,奥地利数学家、物理学家多普勒和自己心爱的女儿正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从远处开来。多普勒注意到：火车在靠近他们时笛声越来越刺耳，然而就在火车通过他们身旁的一刹那，笛声声调突然变低了。随着火车的远去，笛声响度逐渐变弱，直到消失。这个平常的现象吸引了多普勒的注意，他思考：为什么笛声声调会变化呢？他抓住问题，潜心研究多年。后来他总结出：观察者与声源的相对运动决定了观察者所收到的声源频率。多普勒的这一个重大发现，被人们称为“多普勒效应”，当时是将“多普勒效应”光学与声学联系起来的。在《论双星的色光》中，他从理论上论证了“多普勒效应”。多普勒还用此理论研究了光行差（光行差指在同一瞬间，运动中的观测者所观测到的天体视方向与静止的观测者所观测到天体的真方向之差）。今天的“多普勒效应”多普勒之后，人们发现他这一理论不仅在声学和光学适用，在电磁波等研究领域也有广泛的用途。比如说，美国天文学家哈勃所发现的天体红移现象就是在“多普勒效应”的基础上诞生的。20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v=Hr,H为哈勃常数.根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变小。由此推知，宇宙结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物。因而1948年伽莫夫（G.Gamow）和他的同事们提出大爆炸宇宙模型。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被广泛接受，以致被天文学家称为宇宙的标准模型。声波的多普勒效应可以用于医学的诊断，也就是我们平常说的彩超。频率在2000Hz以上的声波即为超声波。超声波在传播过程中要发生反射，折射以及多普勒效应等。超声波在介质中传播时，发生声能衰减。因此超声通过一些实质性器官，会发生形态及强度各异的反射。声束通过肿瘤组织，声能的吸收和衰减现象也比较明显。由于人体组织器官的生理，病理，解剖情况的不同，对超声波的反射，折射和吸收衰减各不相同。超声诊断就是根据这些反射信号的多少、强弱、分布规律来判断各种疾病。国际海事卫星组织运用多普勒效应理论分析了马航MH370航班向卫星发出的信号，“猜”出飞机落入南印度洋。马航MH370航班上不受人为操纵的InmarsatClassicAero系统仍然能向卫星发送信号，这种声脉冲信号每小时发送一次，虽然不包含飞机的具体位置信息，但能表明飞机与卫星间的相对位置和距离。间歇收到的信号信息，可以用来判断飞机的大致方位和运行轨迹。国际海事卫星组织在根据信号判断飞机可能前行的两条飞行路径，这两条可能的路径一条是向哈萨克斯坦方向的北方路径，另一条是印度洋南部海域的南方路径。随后，经过国际海事卫星组织内部工程师的建议，该公司开始用多普勒效应理论进行分析，并与两条航线上的其他飞机发出的信号进行比对。他们最终判定，卫星接收到的MH370信号频率先提高再降低，由此确定了MH370相对卫星的飞行方向，是先靠近卫星而后远离卫星，所以是从北往南飞穿越赤道，先接近，再远离位于赤道上空的定点卫星。所以基本锁定了“南部走廊”。国际海事卫星组织通信部门主管乔纳森·辛纳特说，他们采集在这同一路线上飞行的其他一些波音777型飞机数据，并与假定路线做对比，准确匹配。多普勒效应的再思考多普勒效应理论提出160余年，已经成为物理学界的主流认识，基本上没有系统的质疑的声音。但是不容忽视的是，多普勒效应理论迄今并未经过严格的实验验证。电磁波的多普勒频移关系是后来根据爱因斯坦狭义相对论的时空与速度变换导出的。自此，电磁波与弹性波的多普勒效应分道扬镳，也就形成了多普勒效应的二元理论。多普勒频移的双重等效只是从多普勒频移校正技术研究中产生的一些理论思考。理论形成过程中，既继承了前人的研究成果，也对一些数学分析方法、公式表达和相关理论进行了移植和整合，带有很大的探索性，完全有可能出现局部甚至立论错误。”崔蕴华表示，“科学工作者的追求无非是弄清物理世界的本来面目，希望能够通过学术讨论、学术争鸣逐步接近物理真实。