2017年03月03日今晚报《日知录》从火车鸣笛到宇宙膨胀

从火车鸣笛到宇宙膨胀

鲁 曼

刘宗贤刻

　　1842年的一天，多普勒正带着孩子在铁路旁散步，一辆火车恰好从他们身边驶过。一个平常的现象引起了多普勒的兴趣，他发现：当火车向自己开近时，鸣笛声会越来越响，也越来越尖锐；而当火车从自己身边疾驰远去时，鸣笛声会渐渐变弱，音调也越来越低沉。

　　很多人都有过类似的体验，但只有细心的多普勒对它的原理产生了浓厚的研究兴趣，最终使得著名的“多普勒效应”理论诞生。“多普勒效应”可通俗地解释为：当一个波源向你靠近时，波被压缩，波长变短，频率变高；当一个波源离你远去时，波被拉伸，波长变长，频率变低。由于音调越高声音越尖细，音调越低声音越低沉，“多普勒效应”与我们的直观感受是完全一致的。

　　除声波以外，“多普勒效应”也适用于电磁波等其他类型的波。美国天文学家艾德文·哈勃正是基于这个理论得出了宇宙正在膨胀的结论。

　　从1920年开始，哈勃利用威尔逊山天文台2.5米口径的望远镜，全力从事星系的实测和研究工作。在观察银河系外的天体时，哈勃发现它们的光谱在向红色一端移动，即“红移”。我们知道，波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同，所以人们会看到“赤橙黄绿青蓝紫”等不同颜色的光。而红光在可见光范围内波长最长，由此可见，哈勃观察到“红移”现象，说明被观察天体的波长在变长。由“多普勒效应”推测，天体正在离银河系远去。哈勃经过多年的观测之后，于1929年将他的研究总结为一条定律：

　　v（退行速度）=H（哈勃常数）×d（与观察者距离）

　　只要测出观测谱线的“红移”，再换算出退行速度，便可由哈勃定律算出天体与观测者的距离。哈勃定律向我们证明了宇宙正在不断膨胀，越远的星系间彼此散开的速度越大。这一论证也成为“宇宙大爆炸”假说的有力证据之一。

　　从火车鸣笛到宇宙膨胀，科学的车轮转动了八十多年。今天，“多普勒效应”已经有了极其广泛的应用。在医学领域，它被用于彩超检查；在航海领域，它被用于声呐测量；甚至公路上车速监控仪的研发，也借助了“多普勒效应”理论。

　　可以说，“多普勒效应”将身边的科学与“天边”的科学做了完美的对接。

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