11月29日—歪打正著的都卜勒效應

喔～咿～喔～咿～」當救護車朝我們駛來時，所發出的警笛聲變細變高，但與我們擦身而過，逐漸遠去時，音調又變得比平常還低沉。我們在課堂上學過這就是都卜勒效應：音源接近觀察者時，波長變短，相當於頻率變高，因此聽起來音調更高；而當音源遠離觀察者，波長變長，相當於頻率變低，音調就變低了。

不過要察覺到都卜勒效應，波源和觀察者之間必須有足夠的相對速度，兩個世紀前又還沒有汽車，都卜勒怎麼會想到要解釋這種現象？

都卜勒（Christian Doppler）1803年11月29日出生於奧地利，他自小體弱多病，難以承襲家族多年以來的石匠工作，父親才鼓勵他繼續念書。他自維也納大學畢業後，先後擔任助教與高中教師，1837年起在布拉格理工學院擔任數學教授。

1842年，都卜勒發表了一篇論文，試圖分析並預測互繞的雙星所呈現的顏色。他認為往地球方向運動的星體，所發出的光線頻率變高，顏色偏藍，而遠離地球的星體發出的光線頻率會變低，所以顏色偏紅。兩者會呈週期性變化。

如今我們知道都卜勒的理論依據其實並不成立。首先，光是橫波，但他卻把光波當成跟聲波一樣是縱波來計算。

再則恆星發出的光是包含多種頻率的連續光譜，而不是單一頻率的光，都卜勒效應會使整個光譜發生微小的平移，這種整體平移影響的是光譜中譜線的位置，並不會使恆星看起來變色。

此外，雙星的運行速度比起光速還是太慢了，都卜勒效應所造成的頻率改變太小，肉眼根本無法察覺顏色的變化。

不過都卜勒所犯的這些錯誤都遠超乎當時的知識，並未引來批評或討論。1845年，一位荷蘭氣象學家讓一隊喇叭手在行駛的火車上吹奏固定的音調，然後讓音感超準的人分別在月台上與火車上聆聽比較，才首度證實了都卜勒的主張。

至於他錯誤地用都卜勒效應解釋星體的顏色變化，也在1848年，由法國物理學家斐索（Armand Fizeau）證實遠離我們的恆星，其光譜的譜線會移向波長較長的紅光方向，也就是「紅移」（註）。而為了區分，這種現象就稱為光學都卜勒效應。

如今隨著科技的進展，都卜勒效應已有廣泛的應用，例如測速雷達、氣象雷達、心臟超音波檢查，以及各種測量流體速度的儀器，可用於地質學、海洋學等，就連衛星通訊也需要考量都卜勒效應。

體弱多病的都卜勒終究未能活過50歲，於1853年病逝。雖然他生前再也沒有做出重要的研究成果，但這篇瑕不掩瑜的論文卻影響深遠，讓他的名字因都卜勒效應而流芳萬世。

註：不過哈伯發現宇宙膨脹的證據──越遠的星系有越大的紅移，可不是星系本身的移動速度造成的，而是空間擴張的結果。