光のドップラー効果

質問

光のドップラー効果が起こる理由を判りやすく説明して頂けないでしょうか。
相対論では光の速度が一定と言うことになっているので、自分の速度と光の速度と
の差がない筈なのにどうしてドップラー効果が起きるのでしょう。

回答No.3

pei-pei

音のドップラー効果との対比で理解したいのであれば次のように考えるのが良いと思います。

　まず音のドップラー効果を、音源が動く場合と観測者が動く場合に分けて考えてみます。
　音源が動いている場合は、もちろん音速は変化しません。遠ざかる場合は波長が長くなり近づく場合は波長が短くなります。そのため観測者に聞こえる音の振動数が変化するわけです。
　観測者が動く場合は、観測者にとって見かけ上の音速が変化します。近づく場合は早くなり遠ざかる場合は遅くなります。もちろん音速自体は一定ですが、観測者に対する音の相対速度が変化するため、聞こえる振動数が変化するわけです。

　さて光の場合、光源が動く場合は、音源が動く場合と同様に理解できます。
　観測者が動く場合、見かけ上の光速は変化しません。これが相対論で言う光速度一定ですあり、実はどちらが動いているのか特定できないのです。したがって、この場合は、光源が動いている場合と同様の考え方で、波長の変化により振動数が変
化すると考えれば良いことになります。

　失礼ながら、物理学について深い知識をお持ちではない方という前提で、数式などは用いずに説明させて頂きました。

補足

ありがとうございます。

数式を使わないなどの配慮をして頂きありがとうございます。
もし私の質問に継続して答えて頂けるのなら、少しぐらいの数式の
理解は試みます。

keronyanさんの所でも書きましたが、光源がない場合、
光と観測者しかいない場合、観測者ドップラー効果を体験できるのでしょうか。

星の場合ならば、今見えてる星の光は何千年前にその星から出たものもあるわけです。
でも既に現時点ではその星は爆発してなくなっているかも知れません。

地球から飛んでいるロケットかスペースシャトルでその星の光を見ればドップラー効果は
起こりますよね。星がなくても。でもロケットに乗りながら光速を測定すると
地上で測った光速の値とぴったり一致するのですよね。

No.4で
「自分の速度によって、見かけ上の光の速度が変化することはない」
ということは「実際は変化する」と考えていいのでしょうか。
なんかすごく気になります。

回答No.2

keronyan

光の速度が一定な事と、赤方変異、青方変異が起こることは矛盾しません。
光の色は振動数（速度一定なので波長と同値）による物で速度には依存しません

運動する物体から発した光の振動数が、他の運動している物体が受け取る時の振動数が、発した時の振動数とは違うというのがドップラー効果です。
ここに光の速度は関係しません。
もちろん音のドップラー効果も音の高さ（振動数）が変化するのであって、音速が変化しているわけではありません。

参考URL：

http://homepage1.nifty.com/tac-lab/doppler.html

補足

ありがとうございます。

参考URLの記事を読ませて頂きました。
どうも腑に落ちません。
速度vで動く観測者は何に対しての速度vなのでしょう。
記事では光源に対してとありますが、光が観測者に
到達した時には既に光源がなくなっている場合はどうなるのでしょう。

この場合はドップラー効果が起こるのでしょうか、
起こらないのでしょうか。

それに光の
振動数が変わる理由がよく判りません。

回答No.1

sesame

光のドップラー効果（偏移）を、音のそれと同じようなものに捉えるのは危険です。
はるか彼方の銀河（団）は、空間の「中を」我々から遠ざかっているのではなく、遠くの銀河と我々の銀河の間に横たわる空間「そのものが」広がっている、と解釈する必要があります。
空間が広がり続けているので、その上に乗っている光の波長も（伸びるゴム板に描かれた線が間延びしていくように）長くなっていく。
これが赤方偏移の実体です。
けっして、静止した空間の中を高速で逃げていく銀河から届く光の振動数が相対速度によって下がる、というようなものではないのです。

補足

早速の回答、ありがとうございます。

空間そのものが広がっていることをその空間にいる我々がどうやって
感じるのかがよく判りません。光の波長を観測する機器もゴム板と同じように
伸びていくので結局は分からないような気がします。

それに光（もしくは電磁波）のドップラー効果はドップラーレーダーのように
身近なところで起きており実用化もされています。原理は音のドップラー効果
からの類推で説明がしてあるのですが、この説明は質問のように「光（電磁波）の
速度は誰が観測しても一定」とどうしても矛盾するような気がしてならないのです。

私の決定的な勘違いはどこにあるのでしょう。