Tip:
Highlight text to annotate it
X
Laten we twee scenario's doen.
Ik ben hier een waarnemer. Dit ben ik.
Misschien is het beter als ik alleen mijn oog teken.
Want we gaan licht waarnemen.
Dus ik teken alleen mijn oog. Dit ben ik in
het eerste scenario, en dit is één van mijn ogen.
En dit is één van mijn ogen in het tweede scenario.
In het eerste scenario... Ik teken het even... Dus in beide scenario's hebben we een voorwerp.
We krijgen één of andere lichtbron.
Maar in het eerste scenario, zal de lichtbron ten opzichte van mij
niet bewegen. Terwijl in het tweede scenario
de lichtbron, terwille van de discussie,
gewoon voor de lol, zich met de helft van de lichtsnelheid verplaatst.
Onvoorstelbaar snel, maar we nemen gewoon aan dat het zo is.
Het heeft dus een snelheid van de helft van de lichtsnelheid.
De helft van de snelheid van het licht, weg van mij.
Weg van mij, de waarnemer.
Laten we nu bedenken wat er zou gebeuren. Ze stralen beide
licht uit. En ze beginnen beide licht uit te stralen
op precies hetzelfde ogenblik. En als ze
licht beginnen uit te stralen zijn ze beide op precies dezelfde
afstand van mijn oog. Het enige verschil is dat
deze stilstaat ten opzichte van mij,
terwijl dit van mij weg beweegt aan
de helft van de snelheid van het licht.
Dus na verloop van tijd bereikt die lichtgolf
van deze lichtbron mijn oog,
en dat ziet er ongeveer zo uit. Ik doe mijn best
om het te tekenen. Ik ga hier een paar golflengtes tekenen.
Hier is een halve golflengte. Dat is een volle golflengte.
Nog een halve. Een volle golflengte. Nog een halve.
Een volle golflengte, en een halve, en een volle
golflengte. Eens kijken of ik dat getekend krijg.
Dus het zou er zo uitzien: volle golflengte, volle golflengte
volle golflengte, (dit is niet makkelijk te tekenen), en dan
krijg je zoiets, als de eigenlijke golfvorm.
De voorkant van de golfvorm bereikt net mijn oog,
terwijl de golfvormen mijn oog blijven voorbijkomen
zal mijn oog een soort golflengte of frequentie
ervaren, en dit als een soort kleur ervaren
in de veronderstelling dat we ons in het zichtbare deel
van het electromagnetisch spectrum bevinden.
Laat ons eens denken wat er zal gebeuren met deze
bron. Punt één is dat de voorkant van de
golfvorm me zal bereiken op precies
hetzelfde moment. Eén van de verbazingwekkende dingen
bij voortbewegend licht, in het algemeen of vooral in het luchtledige,
is dat het niet uitmaakt dat dit van me weg beweegt
aan de helft van de lichtsnelheid. Het licht komt nog steeds
naar me toe aan lichtsnelheid.
Dat ligt vast, zelfs al zou het van me weg bewegen
aan 0,9 keer de lichtsnelheid. Het licht komt nog steeds
naar me toe met de snelheid van het licht.
Het voelt tegennatuurlijk omdat bij onze normale ondervinding
als ik van je weg beweeg aan de helft van de snelheid van
een kogel, en ik vuur een kogel af, zal de kogel naar je toe
komen (de helft van de snelheid wordt afgetrokken) aan de helft
van zijn normale snelheid ten opzichte van toen ik stilstond. Bij licht is dat niet zo.
Hoe zou de golfvorm er uitzien?
Dus op het moment dat het licht hier aankomt... Dat ga ik
hier opnieuw tekenen... Deze oogbol opnieuw tekenen...
Dit ben ik weer. Op het moment dat het licht
mijn oog bereikt, heeft deze snuiter de helft van deze afstand afgelegd.
Als licht een bepaalde tijdspanne nodig heeft om tot hier te raken,
zal deze snuiter half zo ver raken in dezelfde
tijdspanne. Dus als het licht mijn oog bereikt,
zal deze snuiter de helft van deze afstand afgelegd hebben.
Hij zou ongeveer... deze afstand afgelegd hebben.
Maar ze begonnen op hetzelfde tijdstip licht uit te stralen.
Dus die allereerste foton (als je licht als een deeltje beschouwt)
zal mijn oog bereiken op precies hetzelfde moment als de allereerste
foton van deze snuiter.
De golfvorm wordt dus eigenlijk uitgerokken.
We krijgen dus één, twee, drie, vier
volle golflengtes, maar nu zijn ze uitgerokken.
Ik ga proberen vier golflengtes te tekenen.
Hier een helft, die ga ik allemaal doormidden doen,
dus dit worden allemaal volledige golflengtes
en dan krijgen ze een halve golflengte er tussenin.
De golfvorm zal er dus zo uitzien.
Ik doe mijn best om het te tekenen... Dit is het moeilijkste
aan het tekenen van de uitgerokken golfvorm.
En ziezo, zo zal het er uitzien.
En als het mijn oog bereikt, zal mijn oog het ervaren
alsof het een langere golflengte heeft. Alhoewel vanuit het
standpunt van elk van deze voorwerpen, als je je bij elk ervan zou bevinden,
de frequentie en de golflengte van het licht dat ze uitstralen
hetzelfde is. Het enige verschil is, deze snuiter
beweegt van me weg, of ik beweeg er van weg,
afhankelijk van hoe je het bekijkt, terwijl ik stilsta,
of het staat stil, waar in het eerste geval, de waarnemer
en het voorwerp beide stilstaan. In deze situatie nu,
wat zal mijn oog zeggen? Wel, mijn oog krijgt
elk van deze opeenvolgende impulsen, of elk van deze opeenvolgende
reeks golven, en zal zeggen, "Hé, we ervaren hier een langere
golflengte, en ervaren ook een lagere frequentie."
Dus wat doet dat met de waarneming van het licht?
Laat ons zeggen dat dit groen licht is. Als we stilstaan
met de waarnemer zou het licht groen zijn.
Laten we het electormagnetisch spectrum eens bekijken. (Dit heb ik van Wikipedia)
Dus als ik stilstond ten opzichte van de waarnemer, zouden we
in het groene deel van het spectrum zitten. Dus een
golflengte van 500 nm. Maar als opeens, want het voorwerp
beweegt weg van mij tegen hoge snelheid,
wordt de ervaren golflengte wijder. Dus vanuit mijn standpunt
zal het een bredere golflengte hebben. En je ziet al
wat er gebeurt, het zal er roder uitzien. Het zal zich verplaatsen
naar het rode deel van het spectrum. En dit
fenomeen wordt roodverschuiving genoemd.
Dit is roodverschuiving.
En in de afspeellijst over natuurkunde heb ik ***'s filmpjes gemaakt
over het Dopplereffect, en daar heb ik het over geluidsgolven,
en de ervaren frequentie van geluid als iets
naar je toe of van je weg beweegt.
Dit is precies hetzelfde principe. Dit is het Dopplereffect toegepast op
licht. En de reden waarom het Dopplereffect werkt voor licht
dat door de ruimte beweegt, EN voor geluid dat door lucht
beweegt, is dat omdat een geluidsgolf in lucht, ongeacht of
de bron van je weg of naar je toe beweegt,
de geluidsgolf zal zich verplaatsen met de snelheid van
het geluid in lucht bij een bepaalde druk en dat soort dingen.
En licht is hetzelfde! Maar in het luchtledige, wat de
bron ook doet, de eigenlijke lichtgolf
zal zich altijd met dezelfde snelheid verplaatsen. Het enige
verschil is dat de ervaren frequentie en golflengte
zullen veranderen. En de enige reden
waarom ik het hierover heb, is dat je deze eigenschap van licht
(dat het roodverschuift) kan gebruiken om te weten of
iets van je weg of naar je toe beweegt!
En mensen spreken over roodverschuiving omdat in feite...
omdat de meeste dingen van ons weg bewegen, en dat
is één van de redenen waarom we geloven in de oerknal.
Het omgekeerde, als iets naar mij toe beweegt
aan superhoge snelheden, dan krijgen we iets dat
violetverschuiving genoemd wordt. De frequentie zou stijgen, en het zou er
blauwer of paarser uitzien. Een ander punt dat ik wil benadrukken
is dat dit verschijnsel van roodverschuiving, dit idee, niet alleen opgaat
voor zichtbaar licht. Het zou dus ook van toepassing kunnen zijn op dingen
die we niet eens kunnen zien. Het zou dus roder worden,
(niet dat je er iets van zou zien), het kan zelfs
toegepast worden op dingen die roder zijn dan rood!
Het zou dus kunnen dat er een microgolf uitgestraald wordt, maar omdat
de bron zo snel van ons weg beweegt, kan die eigenlijk
ervaren worden als een radiogolf.
En in feite (ik had dit moeten vermelden in het filmpje
over microgolf-achtergrondstraling) is dat we het
ervaren als microgolven, maar de bronnen bewogen
zich weg van ons. Ze werden roodverschoven. Dus straalden ze
niet echt microgolfstraling uit. Alleen wat WIJ
waarnemen (dit zou voorspeld worden door de oerknal) is echte
microgolfstraling. Hoe dan ook, hopelijk heb je nu een
idee van wat roodverschuiving is, en nu kunnen we dit hulpmiddel gebruiken
om te verklaren waarom we denken dat er vele vele dingen van ons weg
bewegen. En ik wil zeker zijn dat je het idee snapt.
Als ik twee voorwerpen heb, laat ons zeggen dat dit twee zonnen zijn,
(of twee melkwegstelsels, maakt niet uit) en omwille van andere
eigenschappen (waar ik het hier niet over ga hebben) zijn ze
waarschijnlijk licht van dezelfde kleur aan het uitstralen. Omdat we andere
eigenschappen van die ster, of melkwegstelsel, kennen.
Wat we eigenlijk ervaren is dat deze er voor ons
roder uitziet dan deze. We weten dan dat die van ons weg
beweegt. En hoe roder ze er uitziet, hoe meer haar golflengte
uitgerokken is ten opzichte van deze andere ster, hoe sneller
ze van ons weg beweegt.