我們的生活中充滿了這樣那樣的原理，雖然我們并不掌握這些原理，但并不影響我們的正?；顒?dòng)。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，每個(gè)人都有手機(jī)，手機(jī)上下載了各種各樣的APP，沒有幾個(gè)人真正了解APP應(yīng)用的原理，但這并不妨礙我們使用手機(jī)。因此人們覺得對(duì)這些原理了解與否，并沒有什么實(shí)質(zhì)性的改變。其實(shí)不然，當(dāng)你對(duì)一個(gè)原理了解越多的時(shí)候，你就會(huì)“活得明白”，而且還能增加一些小小的樂趣。

要了解多普勒效應(yīng)，首先需要知道多普勒是誰(shuí)？

多普勒全名克里斯琴·約翰·多普勒，1803年出生于奧地利的薩爾茨堡。克里斯琴·多普勒家族并非科學(xué)世家，他們家族經(jīng)營(yíng)石匠生意，而按照家族的傳統(tǒng)多普勒則理所當(dāng)然成了生意的接班人。但是多普勒從小體弱多病，這使得他免于承擔(dān)生意生的重任。試想一下，如果多普勒當(dāng)時(shí)繼承家族生意，那么世界上就會(huì)多一個(gè)毫不顯眼的石匠商人，而少了一顆璀璨的科學(xué)明珠。

    多普勒肖像圖

多普勒并非一開始就從事物理學(xué)研究，1829年他畢業(yè)于維也納大學(xué)，被任命為高等數(shù)學(xué)和力學(xué)教授的助理，在這段時(shí)間他發(fā)表了幾篇論文。但四年之后，他不知想起什么又跑到一家工廠當(dāng)會(huì)計(jì)，之后又來(lái)到布拉克一所技術(shù)中學(xué)擔(dān)任老師，同時(shí)還在布拉格理工學(xué)院任著兼職講師。1841年，教學(xué)出色的多普勒得到扶正，成為了理工學(xué)院的數(shù)學(xué)教授。

科學(xué)家的靈感有時(shí)候比小說(shuō)家的靈感來(lái)的更加寫意和傳奇，巧合到無(wú)以復(fù)加，比如砸中牛頓的蘋果，夢(mèng)見咬住自己尾巴的蛇的門捷列夫。多普勒研究多普勒效應(yīng)的靈感雖然沒有蘋果和蛇那么聞名，但同樣有趣。

那天是休息日，多普勒帶孩子出去玩。布拉格理工學(xué)院附近有一條鐵路，多普勒就帶孩子去那里散步。孩子們看著一列火車從遠(yuǎn)處開來(lái)，再呼嘯而去，拍手叫好。多普勒卻被這個(gè)現(xiàn)象給迷惑了，他在想為什么火車在靠近時(shí)笛聲越來(lái)越刺耳，在火車通過(guò)他們之后，聲調(diào)驟然降低。隨著火車快速地遠(yuǎn)去，笛聲響度則逐漸變?nèi)?，直到消失。換作常人，不會(huì)覺得這有什么稀奇。自然是發(fā)聲的物體距離我們?cè)浇?，聲音越響亮啊。這似乎沒有什么值得關(guān)注和研究的。但就是這個(gè)再平常不過(guò)的現(xiàn)象吸引了多普勒的注意，笛聲聲調(diào)變化的原理是什么呢？他一直想著這個(gè)問題，都忘了自己是帶孩子出來(lái)玩，到天黑才回家。

后來(lái)，多普勒一直潛心研究這種現(xiàn)象，他發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象。這就是著名的頻移現(xiàn)象。聲源和觀測(cè)者存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)聲源離觀測(cè)者而去時(shí)，聲波的波長(zhǎng)增加，音調(diào)降低，當(dāng)聲源接近觀測(cè)者時(shí)，聲波的波長(zhǎng)減小，音調(diào)升高。音調(diào)的變化同聲源與觀測(cè)者間的相對(duì)速度和聲速的比值有關(guān)。這一比值越大，改變就越明顯，這就是多普勒效應(yīng)的定義。

    彩超應(yīng)用就是多普勒效應(yīng)的原理

多普勒經(jīng)過(guò)更加細(xì)入的研究發(fā)現(xiàn)聲源完成一次全振動(dòng)時(shí)會(huì)向外發(fā)出一個(gè)固定波長(zhǎng)的波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)。觀察者聽到的聲音音調(diào)，就是觀察者接收到的頻率，即單位時(shí)間接收到的完全波的個(gè)數(shù)。當(dāng)波源和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，完全波的個(gè)數(shù)也會(huì)相應(yīng)的增多或者減少，因此聲音的大小就會(huì)發(fā)生改變。到這里，多普勒徹底研究清楚了聲源和觀測(cè)者之間的關(guān)系，并得出一個(gè)公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

但是多普勒雖然得出了結(jié)論，卻沒有來(lái)及實(shí)際驗(yàn)證。這個(gè)研究并非他的本職工作，不像今天的科研人員，在基金的資助下，只需要做實(shí)驗(yàn)就可以了。因?yàn)槎嗥绽招?yīng)的發(fā)現(xiàn)，他后來(lái)被委任為維也納大學(xué)物理學(xué)院第一任院長(zhǎng)。從此工作越來(lái)越繁忙，加上他的身體抱恙，使得他騰不出精力來(lái)完善自己的研究。這之后沒多久，多普勒就在意大利的威尼斯去世。那一年，他剛剛49歲。

    紅移和藍(lán)移

多普勒效應(yīng)的應(yīng)用范圍之廣超乎人們的想象，文章開始提到一輛向我們駛來(lái)的救護(hù)車笛聲的改變只是多普勒效應(yīng)小小的展示。多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波。美國(guó)天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離銀河系的天體發(fā)射的光線頻率變低，即移向光譜的紅端，他將這種現(xiàn)象稱為紅移，天體離開銀河系的速度越快紅移越大，這說(shuō)明這些天體在遠(yuǎn)離銀河系。這也是多普勒效應(yīng)的一種應(yīng)用。通過(guò)多普勒效應(yīng)，哈勃得出了宇宙正在膨脹的結(jié)論。天文學(xué)家觀察到遙遠(yuǎn)星體光譜的紅移現(xiàn)象，可以計(jì)算出星體與地球的相對(duì)速度。我們生活中經(jīng)?？梢砸姷揭苿?dòng)信號(hào)基站，這些基站為手機(jī)發(fā)送信號(hào)，以完成人們通話和上網(wǎng)得需求。要知道移動(dòng)信號(hào)基站的建設(shè)也考慮到了多普勒效應(yīng)。警方可用雷達(dá)偵測(cè)車速，也是多普勒效應(yīng)的應(yīng)用之一。

所以說(shuō)，看似跟我們似乎毫不相關(guān)的多普勒效應(yīng)實(shí)際上影響著我們每一天的生活，還有我們的宇宙。