多普勒效应新思考

科学发展史上也有一些荒谬的事情，一些理论是想当然而来的，表面看上去很合理，而实际上是错误的，阴差阳错地被以讹传讹，当作了科学理论。例如地球中心论，重物比轻物下落速度快，热水比冷水结冰快等等。现代多普勒效应解释也许也是貌似正确的错误理论。

多普勒效应的解释看起来很有道理，粗浅明白得没有人怀疑它的正确性，其实不然，仔细分析一下就会发现，多普勒效应的解释完全是想当然，犯了张冠李戴的错误。多普勒效应的确是有的，但不是相对运动引起传播波频率的变化，而是相对运动中距离的变化在接受体引起的两事件间波数及时间的变化。

我们先以声音的多普勒效应来剖析这个问题。假如声音的传播速度为340m/s,一观测者站在铁路旁,一列磁悬浮列车以170m/s的速度沿笔直的铁路向此观测者驶来,列车上架着高音喇叭,喊着口号:“中-华-人-民-共-和-国-万-岁”，每个字音之间的时间间隔是1秒，每个字音自身的持续时间忽略不计，假设口号在空气中的传播频率为170Hz，波长为340/170=2m，列车在离观测者3400m处开始喊此口号，试求此观测者接受到的声音频率和每个字音之间的时间间隔。

按现在的多普勒效应理论公式计算，此题很简单，声源向观测者运动，波被压缩，波长变短，频率升高。观测者接受到的声音频率为：f=170÷（1-170÷340）=340Hz。可见，频率从170Hz增加到了340Hz，增加了一倍。按现在的多普勒效应理论，就是这么计算的，没有人认为有什么不对，可是笔者认为这是错的。

为什么不对呢？我们来分析一下。当列车静止时，喇叭喊“中-华-人-民-共-和-国-万-岁”这句口号用时8秒，观测者听到这句口号用时也是8秒。这句口号从喇叭发出至观测者听到，在声音传播过程中，频率波长都没有发生变化，自始至终频率为170Hz，波长为2m，每个字音的时间间隔为1秒，170Hz。现在再来看列车驶向观测者的情况，列车喇叭发出第一个字音“中”字音时，列车离观测者3400m，当“中”字音传到观测者听到需历时10秒。“中”字音发出后列车继续前进，1秒后喇叭发出第一个字音“华”，此时列车喇叭离观测者的距离有：3400-170×1=3230m，“华”字音要经9.5秒才能被观测者听到。观测者从听到“中”到听到“华”时间相差：10-9.5=0.5秒，而喇叭发出这两个字音相差的时间却是1秒，可见，当声源向观测者运动时，字音的时间间隔缩短了,相邻两个字节间的波数由静止时的170个降为85个。“中-华-人-民-共-和-国-万-岁”发出历时8秒，而观测者听到历时只有4秒，节省了4秒。这节省的4秒时间来自于列车前进的距离，使声音传播的距离减小了，从而节省下来的时间。由于音节之间的时间间隔缩短，再加上因距离减小导致音量增大，致使音调增高，这种现象就是所谓的多普勒效应。

多普勒效应现象的确是存在的，只是现在的理论对造成这个现象的原因理解错了，解释错了。喇叭发出“中”、“华”……字音后，这些字音以波的振动形式在空气中自个儿传播,已经和列车脱离了关系,列车的运动怎么可能影响到已经脱离了关系的波的振动频率和波长呢?波在传播中将以固有的频率振动,波长也不会发生变化,因为波长与介质有关,而介质(空气)没有发生变化.有人可能会说,声源运动速度对波的影响不是在波产生之后,而是在波产生之时.这同样没有道理,波的知识告诉我们,振动的频率与初始条件无关,而与系统的固有特性有关.波源的运动速度大小只是初始条件,不是固有特性,所以列车的运动对产生的波的频率没有影响.虽然多普勒效应现象的确存在,观测者接受到的音调也确实升高了,声音的节奏也加快了,但这些都与声波没有关系,它们风马牛不相及.总而言之,声波的频率与声源的运动没有关系,多普勒效应不是声波的频率变化引起的.

现在再来考察声源离开观测者下的多普勒效应,假如其他条件都相同,唯列车的运动方向与上面的相反,列车以170m/s的速度离开观测者,在这种情况下形下,观测者接受到的音调变低了,字音之间的时间间隔拉长了,从静止时的1秒拉长到了1.5秒, 相邻两个字节间的波数由静止时的170个增加到255个,观测者完整听完“中-华-人-民-共-和-国-万-岁”这句口号的时间历时12秒,比列车静止时的时间增加了4秒.这也是多普勒效应。同理，此种情形下多普勒效应也是声源与观测者的实际距离变化引起的,与声音传播中的频率波长没有关系,声波的频率波长仍同静止时的一样,频率170Hz,波长2m。

假若喇叭安装在铁路边的电杆上,观测者坐在磁悬浮列车上,列车朝向或背离喇叭处运动,在此情况下,多普勒效应又是个什么样的情况呢?道理是一样的,多普勒效应也会发生,产生的原因也是因为声源与观测者的实际距离变化引起,与声波传播频率没有关系.这比上面声源运动观测者不动的情形更好理解些,在声波被观测者接受之前,等于二者尚未建立关系,观测者的运动怎么可能影响到声波的频率与波长呢?

光是电磁波,具有波动性,人们自然而然地认为光应该具有波的一切特性,应该具有多普勒效应现象,这种思想原本没有错,但什么现象是光的多普勒效应呢?人们找来找去,最后认为光波的红移或蓝移现象就是多普勒效应.从上面对声波发生和传播的解析中我们看到,声波本身的速度、频率与波长都没有变化,多普勒效应现象不是声波本身频率与波长变化.光波同样如此,从多普勒效应的本义上看,光波的频率与波长是不发生变化的.有没有多普勒效应与光波本身的频率与波长变不变化没有关系,完全是两回事.光在宇宙空间的传播中确有红移或蓝移现象,但这些现象都不是多普勒效应.笔者对红移或蓝移现象进行了深入的研究,也找到了致使其发生的原因,主要是光速变化引起的。因非本篇内容范围,故在这里不作详述.总而言之,把光波的红移蓝移说成多普勒效应犯了张冠李戴的错误.有没有原本意义上的光波多普勒效应的例子呢?有,罗默利用木星卫星的掩蚀进行的光速测量就是一个这样的例子.地球相对木星退行时,下一次木星的卫星被掩蚀的时间要向后推迟约10秒,地球相对木星前行时, 下一次木星的卫星被掩蚀的时间又要提前约10秒,这与上例中字节间的时间间隔的压缩和延伸是同一类型的问题.从多普勒效应的本义上看,光波的频率与波长都没有发生变化.

有必要解释一下，光波与声波有所不同，声波是纯粹的波，没有粒子性，而光却具有波粒二象性。声速与声源运动速度没有关系，而光源发射的光速（Cv）与光源运动速度（V）有关系，关系式为：Cv^2=Cj^2+V^2.(Cj:光源静态下的光速).从公式中可以看出,光速是各向同性的.

以上分析表明,现代物理学对光波的红移或蓝移的多普勒效应的解释是错误的.也就是说宇宙膨胀理论、大爆炸理论及与此相关的许多理论都是错误的，物理学、天文学等需要进行全面彻底的改造。