第十章聲·波 10.13一筆罰金的故事

　　多普勒在1842年第一次想到，觀察人跟聲源或光源互相接近或遠離的時候，觀察人的感官同時應該覺察到聲波或光波的波長的變動。就在這時候，他又提出了一種大膽的見解，認為恒星所以有各種不同的顏色，也是由于這個原因。他想，所有恒星本身的顏色都是白的；至于有許多恒星看上去有顏色，那是因為它們對我們說來運動得很快。很快走近我們的白星會向地面上的觀察者發出縮短了的，使我們產生綠色、藍色或者紫色感覺的光波。相反地，很快地離開我們的白星，看上去就會是黃色的或者是紅色的。

　　這的確是個獨特的、可是無疑是錯誤的想法。為了使我們的眼睛能夠覺察到恒星因運動而產生的顏色的變化，首先需要恒星有巨大的速度每秒鐘幾萬公里的速度。可是這樣還嫌不夠：因為在飛來的白星所發的藍色光線變成了紫色的時候，它的綠線也會變成籃線，紫線變成紫外線，紅外線變成紅線；總之，白光里的各種成分都還存在，因為光譜上所有顏色的位置雖然都有了移動，可是這些顏色的總和在我們的眼睛里應該沒有什么改變。

　　至于跟觀察者有相對運動的恒星的光譜里暗線位置的移動，卻是另一回事了：暗線位置的移動可以用精確的儀器準確地測出來，使我們能夠從我們看見的光線來決定恒星運動的速度（好的分光鏡連每秒一公里的恒星速度都能確定出來）。

　　多普勒的錯誤使我們想到現代物理學家烏德的軼事。烏德有一次把自己的汽車開得太快了，在紅燈信號面前來不及停下來，于是警察準備對他罰款。烏德告訴這位維持交通秩序的人說，在車輛疾馳的時候，紅色信號的光是會被看成綠色的。假如這位警察是通曉物理學的，他一定能夠算出，汽車必須有極大的速度，大到每小時13,500萬公里，才能用科學家的話來為這辯護。

　　算法是：如果用ι代表光源發出的光的波長（這里的光源是信號燈），ι′代表觀察者覺察到的光的波長（這里的觀察者是汽車里的科學家），v代表汽車的速度，c代表光速，那末，根據理論，這些數值之間的關系是這樣：

　　我們知道，紅色光線里最短的波長等于0.0063毫米，綠色光線里最長的波長等于0.0056毫米，又知道光速等于每秒300,000公里。把這些數字代到上面式子里，得到：

　　或每小時13,500萬公里。烏德如果有了這種速度，那他在一小時多一些的時間里，就能從警察身旁一直駛到比太陽還遠的地方去。據說，他終究還是因“超過規定速度”被罰了款。

　　 歡迎使用手機、平板等移動設備訪問中考網，2025中考一路陪伴同行！>>點擊查看