多普勒效应是奥地利物理学家克里斯琴·约翰·多普勒(Christian Johann Doppler)、于1842年提出来的一种解释波源运动影响声频改变的理论。在该理论中:如果用u表示波在静止介质中的传播速度,取简单情形,假定观察者相对于介质静止,用vs表示波源相对于介质的速度,便有如下两种情形。 1、波源以速度vs相对于观察者运动。如图所示,当波源从S1发出的某振动状态、经过一个周期T的时间传到位置A时,波源已运动到了S2(Δs=vsT),S2与A之间的距离即为此情形下介质中的波长λb。从图可知,此时介质中声波的波长被压缩了,实际A处波的波长λb= λ- vsT,观察者在A处接受到的声波频率f b = fu /(u - vs);fb> f,频率变高。
2、波源以速度vs离开观察者运动。同样容易分析,由于波长要被拉伸,观察者在A处实际接受到的声波频率f b = fu /(u + vs);fb< f,频率变低。
多普勒效应与观测结果是一致的。这一事实也表明:多普勒关于波源运动要影响我们接受到的声波频率的理论是正确的。
由于多普勒理论的成功,于是人们就自然有这样的类推:光也是波,因此我们接受到的光波波长也会因为光源运动发生变化。也取简单情形,当我们相对于光传播的空间静止时:光源向着我们运动时,观测到的光波波长被压缩,频率变高(兰移);光源离开我们运动时,观测到的光波波长被拉伸,频率变低(红移)。如此根据光波红(蓝)移的程度,就还可以计算出光源相对于我们运动的速度大小。