Dopplerskiftning

Dopplerskiftning är ett fenomen där frekvensen eller våglängden hos en våg ändras när källan till vågen och observatören är i rörelse relativt varandra. Fenomenet uppträder för alla vågor och används inom många fält, från akustik till fysik och medicin. Vid ljudvågor i ett medium förändras upplevd frekvens beroende på rörelsen hos källa och/eller observatör. Om källan närmar sig ökar frekvensen och därför tonen upplevs högre; om källan avlägsnar sig minskar frekvensen. För en källa som rör sig med hastigheten vs mot en stillastående observatör och med ljudhastigheten i mediet v gäller f' = f v /(v − vs). Vid små hastigheter jämfört med v ges Δf/f ≈ vs/v. Om observatören rör sig medan källan förblir stilla ges f' ≈ f (1 + vo/v).

För elektromagnetiska vågor som ljus används relativistisk doppler. Om källan rör sig mot observatören fås blueshift och lägre våglängd, medan rörelse bort ger rödskift. Den officiella relationen är f' = f sqrt((1 + β)/(1 − β)), där β = v/c och v är hastigheten hos källan mot observatören. Vid v relativt små värden jämfört med ljushastigheten är skillnaden liten. Den transversella doppler-effekten uppstår även när rörelsen är vinkelrät mot synfältet, f' = f/γ, där γ är Lorentzfaktorn; detta är en konsekvens av tidsdilatation.

Användningar: astronomi och kosmologi mäter rörelse via rödförskjutning (redshift) eller blueshift; i exoplanetforskning via radial hastighet; radar- och sonaravläsningar för hastighet; medicinska Doppler-ultraljud används för att mäta blodflöden och blodtryck. Mätning av z = (λ_obs − λ_emit)/λ_emit ger mått på frekvens- eller våglängdeförändring.