都卜勒效應這個名字也許唬住了很多讀者，其實這是一個在我們日常生活中經常會見到的現象。當一個聲源面向我們靠近的時候，我們聽到的聲音越來越高；反之，當聲源漸漸遠離我們，我們聽到的聲音就會越來越低。回想一下，一輛救護車或者警車不斷尖叫著向你駛來的場景，應該會很容易理解這個現象。但就是這麼一個簡單的事情，引起了物理學家都卜勒的興趣，他對此研究發展出了自己的一套理論。另外，體檢過的讀者一定都對彩超機器不陌生，實際上，彩超所應用的原理也是都卜勒效應。所以說，都卜勒效應與我們的生活息息相關。
我們的生活中充滿了這樣那樣的原理，雖然我們並不掌握這些原理，但並不影響我們的正常活動。舉個簡單的例子，每個人都有手機，手機上下載了各種各樣的APP，沒有幾個人真正了解APP應用的原理，但這並不妨礙我們使用手機。因此人們覺得對這些原理了解與否，並沒有什麼實質性的改變。其實不然，當你對一個原理了解越多的時候，你就會「活得明白」，而且還能增加一些小小的樂趣。
要了解都卜勒效應，首先需要知道都卜勒是誰？
都卜勒全名克裡斯琴·約翰·都卜勒，1803年出生於奧地利的薩爾茨堡。克裡斯琴·都卜勒家族並非科學世家，他們家族經營石匠生意，而按照家族的傳統都卜勒則理所當然成了生意的接班人。但是都卜勒從小體弱多病，這使得他免於承擔生意生的重任。試想一下，如果都卜勒當時繼承家族生意，那麼世界上就會多一個毫不顯眼的石匠商人，而少了一顆璀璨的科學明珠。
都卜勒肖像圖
都卜勒並非一開始就從事物理學研究，1829年他畢業於維也納大學，被任命為高等數學和力學教授的助理，在這段時間他發表了幾篇論文。但四年之後，他不知想起什麼又跑到一家工廠當會計，之後又來到布拉克一所技術中學擔任老師，同時還在布拉格理工學院任著兼職講師。1841年，教學出色的都卜勒得到扶正，成為了理工學院的數學教授。
科學家的靈感有時候比小說家的靈感來的更加寫意和傳奇，巧合到無以復加，比如砸中牛頓的蘋果，夢見咬住自己尾巴的蛇的門捷列夫。都卜勒研究都卜勒效應的靈感雖然沒有蘋果和蛇那麼聞名，但同樣有趣。
那天是休息日，都卜勒帶孩子出去玩。布拉格理工學院附近有一條鐵路，都卜勒就帶孩子去那裡散步。孩子們看著一列火車從遠處開來，再呼嘯而去，拍手叫好。都卜勒卻被這個現象給迷惑了，他在想為什麼火車在靠近時笛聲越來越刺耳，在火車通過他們之後，聲調驟然降低。隨著火車快速地遠去，笛聲響度則逐漸變弱，直到消失。換作常人，不會覺得這有什麼稀奇。自然是發聲的物體距離我們越近，聲音越響亮啊。這似乎沒有什麼值得關注和研究的。但就是這個再平常不過的現象吸引了都卜勒的注意，笛聲聲調變化的原理是什麼呢？他一直想著這個問題，都忘了自己是帶孩子出來玩，到天黑才回家。
後來，都卜勒一直潛心研究這種現象，他發現這是由于振源與觀察者之間存在著相對運動，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現象。這就是著名的頻移現象。聲源和觀測者存在著相對運動，當聲源離觀測者而去時，聲波的波長增加，音調降低，當聲源接近觀測者時，聲波的波長減小，音調升高。音調的變化同聲源與觀測者間的相對速度和聲速的比值有關。這一比值越大，改變就越明顯，這就是都卜勒效應的定義。
彩超應用就是都卜勒效應的原理
都卜勒經過更加細入的研究發現聲源完成一次全振動時會向外發出一個固定波長的波，頻率表示單位時間內完成的全振動的次數，因此波源的頻率等於單位時間內波源發出的完全波的個數。觀察者聽到的聲音音調，就是觀察者接收到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數。當波源和觀察者有相對運動時，完全波的個數也會相應的增多或者減少，因此聲音的大小就會發生改變。到這裡，都卜勒徹底研究清楚了聲源和觀測者之間的關係，並得出一個公式來進行計算。
但是都卜勒雖然得出了結論，卻沒有來及實際驗證。這個研究並非他的本職工作，不像今天的科研人員，在基金的資助下，只需要做實驗就可以了。因為都卜勒效應的發現，他後來被委任為維也納大學物理學院第一任院長。從此工作越來越繁忙，加上他的身體抱恙，使得他騰不出精力來完善自己的研究。這之後沒多久，都卜勒就在義大利的威尼斯去世。那一年，他剛剛49歲。
紅移和藍移
都卜勒效應的應用範圍之廣超乎人們的想像，文章開始提到一輛向我們駛來的救護車笛聲的改變只是都卜勒效應小小的展示。都卜勒效應不僅僅適用於聲波，它也適用於所有類型的波。美國天文學家哈勃發現遠離銀河系的天體發射的光線頻率變低，即移向光譜的紅端，他將這種現象稱為紅移，天體離開銀河系的速度越快紅移越大，這說明這些天體在遠離銀河系。這也是都卜勒效應的一種應用。通過都卜勒效應，哈勃得出了宇宙正在膨脹的結論。天文學家觀察到遙遠星體光譜的紅移現象，可以計算出星體與地球的相對速度。我們生活中經常可以見到移動信號基站，這些基站為手機發送信號，以完成人們通話和上網得需求。要知道移動信號基站的建設也考慮到了都卜勒效應。警方可用雷達偵測車速，也是都卜勒效應的應用之一。
所以說，看似跟我們似乎毫不相關的都卜勒效應實際上影響著我們每一天的生活，還有我們的宇宙。
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