Tip:
Highlight text to annotate it
X
Diguem que sóc aquí, faré dos escenaris.
Sóc un obervador aquí, aquest sóc jo.
I ara, encara millor, potser hauria de dibuixar el meu ull.
Perquè estarem obervant llum.
Així que dibuixaré el meu ull. Aquest sóc jo en
el primer escenari, i aquest és un dels meus ulls.
I aquest és un dels meus ulls en el segon escenari.
Ara, en el primer escenari (deixeu que el dibuixi), en tots dos escenaris tindrem un objecte.
Tindrem algun tipus de font de llum.
Però en el primer escenari (amb relació a mi), la font de llum
no es mourà. Mentre que en el segon escenari
la font de llum, simplement per la discussió,
sols de broma, es mourà a la meitat de la velocitat de la llum.
Inimaginablement veloç, però suposem que ho fa.
Així que té una velocitat que és la meitat de la de la llum.
La meitat de la velocitat de la llum, allunyant-se de mi.
Allunyant-se de mi, que sóc l'observador.
Ara imaginem el que passaria. Tots dos emeten
llum. I tots dos començaran a emetre
llum en el mateix moment exactament. I quan
comencin a emetre llum, tots dos són exactament a la mateixa
distància del meu ull. L'única diferència és que
aquest està estacionari respecte a mi,
mentre que aquest es mou allunyant-se de mi a la
meitat de la velocitat de la llum.
Així que diguem que, després d'un període, aquesta ona de llum
d'aquesta font m'arriba a l'ull,
i té aquest aspecte, ho faré tan bé com pugui
per dibuixar-ho. Dibuixaré un parell de longituds d'ona,
aquí hi ha mitja longitud d'ona, aquesta és una longitud d'ona completa,
aquesta és una altra meitat, una de completa, una altra meitat,
completa, i ara la meitat, i ara una de completa.
Deixeu-me veure si sé dibuixar això.
Així que tendria aquest aspecte: longitud d'ona completa, longitud d'ona completa,
longitud d'ona completa (això no és fàcil de fer), i ara
teniu una cosa com això, en la forma d'ona real.
El front de la formació d'ona m'està entrant a l'ull,
llavors, a mesura que la formació d'ones continua entrant-me a l'ull
el meu ull percebrà algun tipus de longitud d'ona
o freqüència, i el percebrà com algun color,
suposant que ens trobem en alguna part visible
de l'espectre lluminós.
Ara pensem en el que passarà amb aquesta
font. Primer, que el front de la
formació d'ones m'arribarà exactament alhora.
Una de les coses més sorprenents
del desplaçament de la llum, en general o especialment en el buit,
és que tant se val que això es mogui allunyant-se
de mi a la meitat de la velocitat de la llum. La llum encara
es mou cap a mi a la velocitat de la llum.
És absoluta, tant se val que això se'n vagi a 0,9
de la velocitat de la llum. La llum seguirà viatjant
cap a mi a la velocitat de la llum.
És molt contraintuïtiu perquè, en la nostra experiència diària,
si jo me'n vaig de vora teu a la meitat de la velocitat
d'una bala, i disparo una bala, la bala es mourà
cap a tu (es restarà la meitat de la velocitat) a la meitat
de la seva velocitat normal en relació a si estigués aturat. Això no és el que passa amb la llum.
Pensem quin aspecte tindria la formació d'ones.
Per tant, en el moment que la llum arribaria aquí, deixeu-me
tornar a dibuixar això aquí... tornar a dibuixar aquest ull...
Aquest torno a ser jo. Per tant, en el moment que la llum
m'arriba a l'ull, això ha viatjat la meitat d'aquesta distància.
Si la llum ha tardat un cert temps a arribar fins aquí,
aquesta arribarà a mitjan camí en la mateixa quantitat
de temps. Així que en el moment que la llum m'arribarà a l'ull,
aquesta haurà viatjat la meitat de la distància.
Així que haurà viatjat fins... aquí.
Però han començat a emetre llum alhora.
Així que aquest primer fotó (si veieu la llum com una partícula)
m'arribarà a l'ull en el mateix moment que el primer
fotó d'aquí.
Així que la formació d'ones esencialment s'haurà estirat.
I per tant encara tindre una, dues, tres, quatre
longituds d'ona completes, però ara estaran estirades.
Vejam si sé dibuixar quatre longituds d'ona completes.
La meitat aquí, deixeu-me tallar cada una per la meitat,
i així cada una aquestes serà una longitud d'ona completa
i ara tindran mitja longitud d'ona entre elles.
I la formació d'ones tindrà aquest aspecte...
Ho *** el millor que sé... Aquesta és la part més difícil
de dibuixar la formació d'ones estirada.
I aquí ho teniu, tindrà aquest aspecte.
I quan m'entri a l'ull, el meu ull percebrà
que té una longitud d'ona més llarga. Fins i tot quan des de la
perspectiva de cadascun d'aquests objectes, si viatgeu amb cadascun d'ells,
la freqüència i la longitud d'ona emeses
és la mateixa. L'única diferència és que això
s'allunya de mi, or jo m'allunyo d'ell,
depenent de com ho veieu, mentre que jo estic estacionari,
o l'objecte està estacionari, on en el primer cas l'observador
i l'objecte estan tots dos estacionaris. En aquesta situació,
què dirà el meu ull? Bé, el meu ull rebrà
cada un d'aquestes successives pulsacions, o cada un d'aquests successius
trens d'ones, i dirà, "Ei, aquí hi ha una longitud d'ona
que he percebut més llarga, i també he percebut una freqüència més baixa."
Per tant, què passaria amb la percepció de la llum?
Diguem que aquesta llum és verda. Si estem estacionaris
amb l'observador serà llum verda.
Mirem l'especre electromagnètic (l'he agafat de la Wikipedia).
Si jo estigués estacionari respecte de l'observador, seríem
a la part de llum verda de l'espectre. Per tant,
una longitud d'ona de 500 nm. Però si de sobte, perquè l'objecte
s'allunya de mi a una velocitat enorme, la
longitud d'ona percebuda es fa més ampla. Així que en la meva percepció
tindrà una longitud d'ona més ampla. I podeu veure
el que passa, semblarà més vermella. Es mourà
cap a la part vermella de l'espectre. I aquest
fenomen s'anomena desplaçament cap al roig.
Això és el desplaçament cap al roig.
I he fet uns quants vídeos a la llista de Física
en els quals l'efecte Doppler, i allí parlo d'ones de so,
i la freqüència percebuda del so a mesura que una cosa
viatja cap a tu en contraposició amb una cosa que s'allunya de tu.
Aquesta és exactament la mateixa idea. És l'efecte Doppler aplicat
a la llum. I la raó per la qual l'efecte Doppler funciona amb la llum
quan viatja per l'espai, i el so quan viatja
per l'aire, és que una ona sonora a l'aire, independentment de
si la font s'allunya de tu o es mou cap a tu,
l'ona de so es mourà a la velocitat
del so en l'aire a una certa pressió i tot això.
I la llum és el mateix! Però en el buit, independentment
del que faci la font, la mateix ona real de llum
sempre viatjarà a la mateix velocitat. L'única
diferència és que la seva freqüència i longitud d'ona percebudes
canviaran. I ara l'únic motiu
pel qual us parlo d'això és que podeu usar aquesta propietat
(el desplaçament cap al roig) per veure si
les coses s'allunyen de vosaltres o si vénen cap a vosaltres!
I la gent parla del desplaçament cap al roig perquè francament
la majoria de les coses s'allunyen de nosaltres, i aquest
és un dels motius pels quals tendim a creure en el Big ***.
El contrari, si cosa es mou cap a mi a
velocitats altíssimes, llavors tindríem una cosa anomenada
desplaçament cap al blau. Així que la freqüència s'incrementaria, i semblaria
més blau o porpre. Bé, l'altra cosa que vull destacar
és que el fenomen del desplaçament cap al roig, aquesta idea, no s'aplica sols
a la llum visible. També s'aplicaria a coses
que no podem ni tan sols veure. I així es faria més roig
(però no vull dir que ho poguéssiu veure), fins i tot es podria
aplicar a coses que serien més vermelles que el vermell!
Així potser és una microona que és emesa però pel fet que
la font s'allunya tan ràpidament de nosaltres, es pot
percebre com realment una font d'ones de ràdio.
I realment (n'hauria d'haver parlat en el vídeo del fons de radiació de microones) és que
el percebem
com microones, però les fonts s'allunyaven
de nosaltres. Hi havia un desplaçament cap al roig. I per tant
realment no emetien radiació de microones. Simplement el que NOSALTRES
observem (això seria predit pel Big ***) és realment
radiació de microones. Bé, espero que això us doni
una idea del que és el desplaçament cap al vermell, i ara podem usar aquesta eina
per explicar per què pensem que moltes moltes coses s'allunyen
de nosaltres. I ara simplement vull deixar clar que enteneu aquesta idea.
Si tinc dos objectes, diguem que són dos sols
(o dues galàxies, tant se val) i per altres propietats
(i no en parlaré en aquest moment)
probablement emeten llum del mateix color. Perquè coneixem
altres propietats de l'estel, o de la galàxia.
Si el que ara percebem realment és que aquest ens sembla
més vermell que aquest, sabem que s'allunya
de nosaltres. I com més vermell sembla, com més s'estén
la seva longitud d'ona, en relació amb aquest altre estel, més ràpidament
sabem que s'allunya de nosaltres.