प्रकाश के लिए डॉपलर शिफ्ट को समझना: एक गहन जानकारी

डॉपलर शिफ्ट, जिसे डॉपलर प्रभाव के रूप में भी जाना जाता है, एक दिलचस्प घटना है जो ध्वनि, प्रकाश और यहां तक ​​कि रेडियो तरंगों सहित तरंगों को प्रभावित करती है। जबकि ध्वनि तरंगों पर लागू होने पर यह अवधारणा सीधी है - एक गुजरती एम्बुलेंस सायरन की बदलती पिच के बारे में सोचें - प्रकाश तरंगों पर इसका अनुप्रयोग थोड़ा अधिक सूक्ष्म है लेकिन उतना ही आकर्षक है।

सूत्र की व्याख्या: प्रकाश के लिए डॉपलर शिफ्ट

जब हम प्रकाश के लिए डॉपलर शिफ्ट के बारे में बात करते हैं, तो हम एक स्रोत से प्रकाश की आवृत्ति (या तरंग दैर्ध्य) में परिवर्तन का उल्लेख कर रहे हैं जो एक पर्यवेक्षक के सापेक्ष गतिमान है। जब स्रोत पर्यवेक्षक से दूर जा रहा हो, तो देखी गई तरंग दैर्ध्य (λ_obs) की गणना करने का सूत्र है:

यहां पदों का विभाजन दिया गया है:

• λ_obs: देखी गई तरंग दैर्ध्य (मीटर में मापी गई)
• λ₀: उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य (मीटर में मापी गई)
• v: पर्यवेक्षक के सापेक्ष स्रोत का वेग (प्रति सेकंड)
• c: निर्वात में प्रकाश की गति (लगभग 3 x 10⁸ मीटर प्रति सेकंड)

विवरण में गहराई से जाना

इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए, आइए प्रत्येक घटक को देखें:

1. उत्सर्जित तरंगदैर्ध्य (λ₀)

उत्सर्जित तरंगदैर्ध्य प्रकाश की तरंगदैर्ध्य है, जब यह स्रोत से निकलती है। उदाहरण के लिए, यदि हम किसी तारे को देख रहे हैं, तो λ₀ उस तारे द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य होगी।

2. स्रोत का वेग (v)

वेग घटक महत्वपूर्ण है। यदि स्रोत पर्यवेक्षक की ओर बढ़ रहा है, तो देखी गई तरंगदैर्ध्य कम हो जाएगी (नीला बदलाव)। यदि दूर जा रहे हैं, तो देखी गई तरंगदैर्घ्य बढ़ेगी (लाल शिफ्ट)।

3. प्रकाश की गति (सी)

यह एक स्थिर मान है, 3 x 10⁸ मीटर प्रति सेकंड। प्रकाश की गति भौतिकी में एक महत्वपूर्ण स्थिरांक है और हमारे समीकरण में आनुपातिकता सुनिश्चित करती है।

सूत्र लागू करना

आइए इसे ठोस बनाने के लिए एक वास्तविक जीवन का उदाहरण लें। कल्पना करें कि एक दूर की आकाशगंगा 50,000 किलोमीटर प्रति सेकंड (v = 50,000,000 मीटर प्रति सेकंड) की गति से हमसे दूर जा रही है। मान लीजिए कि आकाशगंगा 500 नैनोमीटर (एनएम) या 500 x 10-9 मीटर की तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश उत्सर्जित करती है।

इन मानों को हमारे सूत्र में डालें:

इसे चरण दर चरण परिकलित करें:

1. अनुपात परिकलित करें: 50,000,000 / 300,000,000 = 0.1667

2. अनुपात में 1 जोड़ें: 1 + 0.1667 = 1.1667

3. उत्सर्जित तरंगदैर्घ्य से गुणा करें: 500 x 10^-9 * 1.1667 ≈ 583 x 10^-9 मीटर

तो, देखी गई तरंगदैर्घ्य (λ_obs) लगभग 583 नैनोमीटर होगी, जो लाल शिफ्ट को दर्शाती है।

यह क्यों मायने रखता है: बड़ी तस्वीर

प्रकाश के लिए डॉपलर शिफ्ट ब्रह्मांड को समझने के लिए मौलिक है। खगोलविद सितारों, आकाशगंगाओं और यहां तक ​​कि ब्रह्मांड के विस्तार की दर की गति और वेग को निर्धारित करने के लिए लाल शिफ्ट और नीले शिफ्ट पर भरोसा करते हैं। यह एक विस्तारित ब्रह्मांड के सिद्धांत की पुष्टि करने में महत्वपूर्ण रहा है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (एफएक्यू)

प्रश्न 1: लाल शिफ्ट क्या है?

लाल शिफ्ट तब होती है जब प्रकाश की तरंगदैर्ध्य बढ़ जाती है क्योंकि स्रोत पर्यवेक्षक से दूर चला जाता है। यह ब्रह्मांड में दूर जा रही वस्तुओं का एक प्रमुख संकेतक है।

प्रश्न 2: नीला शिफ्ट क्या है?

नीला शिफ्ट इसके विपरीत है; यह तब होता है जब स्रोत पर्यवेक्षक की ओर बढ़ने पर तरंगदैर्ध्य कम हो जाता है, जिससे प्रकाश नीला दिखाई देता है।

प्रश्न 3: प्रकाश के लिए डॉपलर शिफ्ट ध्वनि से कैसे भिन्न है?

प्रकाश के लिए, डॉपलर शिफ्ट पिच (आवृत्ति) के बजाय रंग (तरंगदैर्ध्य) में परिवर्तन में परिवर्तित होता है। हालाँकि, सिद्धांत समान हैं।

उदाहरण गणना

आइए स्पष्टता के लिए एक और उदाहरण देखें:

उदाहरण 1:

दिया गया:

• λ₀ = 400 nm (4 x 10 -7 मीटर)
• v = 30,000 km/s (30,000,000 m/s)
• c = 300,000 km/s (3 x 10 8 मीटर/सेकंड)

गणना:

• अनुपात: 30,000,000 / 300,000,000 = 0.1
• 1 जोड़ना: 1 + 0.1 = 1.1
• देखी गई तरंगदैर्घ्य: 4 x 10-7 मीटर * 1.1 = 4.4 x 10-7 मीटर या 440 एनएम

परिणाम: एक महत्वपूर्ण लाल शिफ्ट, यह दर्शाता है कि स्रोत दूर जा रहा है।