CH3都卜勒效應
夜晚的星空為什麼是黑的? 這可不是無腦問題，而是曾經困擾科學家上百年弔詭悖論。 從波的基本觀念開始，到認識都卜勒效應，再解開奧伯斯悖論。一個生活中的現象，竟然可應用到解開宇宙起源之謎....國中G8-1-C4光-補充教材
一、波的基本觀念
波在相同的介質中傳播，不管波的頻率如何改變，波速不變。因此根據波速(V)=頻率(f)×波長(λ)的關係來看，發出波的頻率越大，波長越小；發出波的頻率越小，波長則越大。波若通過不同介質時，波速改變，但頻率不變。因此，波通過的介質使得波速變快時，波長會變大；通過的介質使其波速變慢時，波長則變小。
二、都卜勒效應
若有相對運動時，觀察者接收到波的頻率與波源發出的頻
率並不相同。如果波源朝向觀測者運動，頻率變大，波長
變小；如果波源背離觀測者運動，頻率變小，波長變大。
總結以上的現象，稱為都卜勒效應(Doppler effect)。例如：
從遠方急駛過來救護車，人們可聽見警笛聲變得尖細，也
就是聲音頻率變高，此時聲波波長變短。當救護車從身旁
呼嘯而過時，警笛瞬間變得低沉，此時頻率變低，同時波
長變長了。
三、夜空為什麼是黑的
1826年德國科學家奧伯斯提出一個問題：「為什麼晚上的天空是黑的？」。假設宇宙空間無限，星星有限，在引力的作用之下，星星應該會逐漸聚集，宇宙走向塌縮才是，但此假設卻與現況不符。因此，改變假設為宇宙空間無限，星星也是無限。但依此觀點太空中應該布滿星光，夜空應該是光亮而不是黑暗才對。顯然這兩種假設相互矛盾，無一定論，我們就將此稱為「奧伯斯悖論」。
1927年比利時天文學家勒梅特提出一個大膽的假設，宇宙是可能是由宇宙蛋經由爆炸而形成的。所有星星如果經由爆炸，而彼此由一點向外擴張，那麼宇宙間就會處在膨脹的狀態，且星星卻是有限的，就可合理的解釋奧伯斯悖論。但畢竟是假設，仍需以科學證據說服眾人。幾年後科學家哈伯用望遠鏡觀測太空，發現諸多恆星的光波中都有紅移現象，這成為支持勒梅特觀點的重要證據，同時也奠定了宇宙起源於大爆炸（大霹靂）一說。
四、素養培訓練習
1、賽車場上急駛的賽車，會聽到轟隆的引擎聲，在靠自己越近時，音頻變 高
（高；低）；當離自己越遠時，音頻變 低 （高；低）。此現象在科學中，稱之為 都卜勒
效應。
2、生活中聽到遠方急駛靠近的救護車鳴笛聲，其聲波的波速(V)、頻率(f)和波長(λ)三者的變化情形為何？
答：當救護車靠近時，波速不變(因為同介質之下)，頻率變高(大)，波長變短(小)。
3、科學家運用科學方法，合理推測宇宙起源於大爆炸(Big Bang)，並且持續不斷的膨脹當中。其中有力的證據要歸功於哈伯在觀測諸多星體之後，得到所有星光都有紅移現象。請解釋什麼是紅移現象？
答：
4、在牛頓發現色光之後，Herschel 以溫度計測得紅光以外的光卻有著更高的溫度因而發現紅外線。Ritter 從沖洗相片中發現，紫光以外的光依舊能讓相片顯影因而發現紫外線。最後，由馬克斯威(Maxwell)的研究，統整了包含可見光與不可見光(如紅外線、紫外線、X光、電磁波)，成為我們所說的光譜和電磁波(Electromagnetic Spectrum)。
光譜中，紅光波長約700nm(7000 Å)，紫光波長約400nm(4000 Å)。紅光溫度較高，頻率低，因此穿透力弱，可用來保溫或加熱；相反的，紫光溫度較低，頻率高，因此穿透力強，可用來消毒殺菌。試回答以下問題：
(1)紅光波長700 nm(奈米)=7000 Å(埃)，由此可知，Å(埃)和nm(奈米)都是 長度 單位，且1nm(奈米)= 10 Å(埃)，1 Å(埃) = 10-10 米(m)。
(2)根據波速(V)=頻率(f)×波長(λ)的關係式，若一紫光波長400nm，速率每秒30萬公里，試計算出紫光的頻率為何？
答：3×108=f×4×10-7 f=7.5×1014 (Hz)
(3)從上圖中可知，X光或輻射線的波長比紫外線更 短 ，因此可知在光速不變之下，頻率更 大 ，穿透力更強。如果人體在沒有防護之下接觸多了，可能會引起細胞的病變而生病，甚至罹癌。
參考資料：
1.http://zh.wikipedia.org/wiki/
2.CASE講座，18-1:太陽系的前世今生/張中白教授主講
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