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과학

상대론적 도플러 효과

상대론적 도플러 효과과학
영어
Relativistic Doppler effect
후퇴 운동의 진동수비
√((1−β)/(1+β))
후퇴 운동의 파장비
√((1+β)/(1−β))
기본 전제
진공과 관성계의 상대 운동
상대론적 도플러 효과는 광원과 관측자의 상대 운동 때문에 측정되는 빛의 진동수가 달라지는 현상이다. 서로 멀어지는 시선 방향 운동에서는 f_obs=f_src√((1−β)/(1+β))이며 β=v/c다.

소리의 식과 구별

소리는 매질 속을 전파하므로 광원과 관측자가 매질에 대해 어떻게 움직이는지 구분한다. 진공의 빛에는 같은 방식의 매질 기준을 두지 않는다. 빛의 도플러 이동에는 상대 운동뿐 아니라 상대론적 시간 관계도 포함된다.

파장과 진동수의 반대 변화

광원이 시선 방향으로 멀어지면 관측 파장은 길어지고 진동수는 낮아진다. 서로 다가오면 반대다. 위 식에서 v는 후퇴할 때 양수로 정했다. 파장 식과 진동수 식의 비를 똑같이 쓰면 한쪽 변화 방향을 거꾸로 계산하게 된다.

직접 계산한 예

후퇴 속력이 0.6c이면 진동수비는 √(0.4/1.6)=0.5다. 광원 고유계에서 400 THz인 빛은 이 시선 방향 조건에서 200 THz로 관측된다. 파장은 반대로 2배가 되며, 광원 자체가 방출하는 고유 진동수가 바뀌었다는 뜻은 아니다.

적색편이 해석의 범위

파장이 길어지는 적색편이가 모두 단순한 관성계 후퇴 운동만을 뜻하지는 않는다. 중력과 우주 팽창에 의한 이동은 별도의 맥락이 있다. 또한 운동이 시선 방향과 일치하지 않으면 관측 각도가 들어가는 일반식을 사용해야 한다.

관련 문서

도플러 효과 / 특수 상대성 이론 / 빛 / 전자기파 / 진동수 / 파장 / 시간 지연 / 광자