多普勒效應：你交通違章了嗎？

多普勒(Doppler Christian Andreas，1803—1853，奧地利物理學家) 於1842 年首先想到這樣一個問題：觀察者接近或遠離聲源或光源時，他的感官能覺察聲波或光波波長的變化嗎？

於是，他大膽地提出：正因為如此，星球看起來才有各種顏色。他認為，一切星球本都是白色的；而許多星球看上去帶上了顏色，那是因為它們正在迅速地接近或遠離我們。

本來是白色的星球接近我們時，就會向地球上的觀察者發出能使它產生綠、藍或紫色感覺的光波；而這些白色星球遠離我們時則發出黃、紅色感覺的光波。

這個見解很新穎獨特，但無疑是錯誤的。我們的眼睛如能覺察到因運動而引起的顏色的變化，首要條件是它必須具有極大的速度。

即使有了這一點也不行，因為白色星球發出的藍色光線變成紫色的同時，它的綠色光線會變成藍色的，紫色的光線會擠占紫外線的位置，而紅外線也會擠占紅色光線的位置。

總之，白光中的各種成分依然不定期存在，儘管所有顏色的光譜上的位置變動了，但這些顏色合成起來不會引起我們視覺的變化。

這裡，筆者想起了一本科普著作所講的一位物理學家(W)「交通違章」的軼事。一次，由於W 的車速過快，來不及剎車闖了紅燈，警察(J) 要對他處予罰款。

這時，W 就給J講起了道理：坐在疾馳的車裡，紅色信號燈被看成綠色的。假如這位J精通普通物理學，他就能算出，汽車的速度只有達到13500萬千米/小時，W 的託詞才能成立。

聲波的多普勒效應現已用於醫學的診斷，即「彩超」。其工作原理是，當聲源與接受體(即探頭和發射體) 之間有相對運動時，回聲的頻率有所改變，然後經過信號處理，實時地疊加在二維彩色圖像上。

讓數據說話，是我國目前物理教育中比較欠缺的環節。在2016 年9 月，筆者應中國科學院高能物理研究所教育處的邀請，給該所碩士研究生和新入職的年輕職工作「批判性思維在科學研究中的作用」的報告。

也談到這個笑話，但筆者的問題是：什麼是一個好的論文標題？那麼，把「你交通違規了嗎？」這個標題換成「當運動物體速度多大時會發生『紅綠波移』現象？」在學術上會更好一些。

文章標題起得越吸引人、越新穎、越明確，就越能打動評審人和讀者。

文：包景東

版權歸原作者所有

圖源：網路

編輯：張雪珠

作者：包景東

清華大學出版社出版

內容簡介

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