Spezielle Relativitätstheorie

Effekte

Dopplereffekt

Bei Wellen, die sich in einem Trägermedium fortpflanzen, wie den Schallwellen, kommt es bei einer Bewegung der Quelle oder des Empfängers gegenüber dem Trägermedium zu einer Veränderung der gemessenen Frequenz. Dabei ist der Effekt verschieden, je nachdem, ob die Quelle oder der Empfänger gegenüber dem Trägermedium bewegt ist. Generell wird die Frequenz größer, wenn sich Quelle und Empfänger aufeinander zubewegen, weil dann vom Empfänger in derselben Zeit mehr Wellenberge wahrgenommen werden. Entsprechend wird die Frequenz kleiner, wenn sich Quelle und Empfänger auseinander bewegen. Diese Frequenzverschiebung heißt Dopplereffekt. Bei Schallwellen kann der Empfänger schneller sein als die Wellen und diesen ganz entkommen, und die Quelle kann entsprechend ihr eigenes Signal überholen, was zum Überschallknall führt.

Bei Lichtwellen im Vakuum ist keine Relativbewegung zum Trägermedium messbar, da die Vakuumlichtgeschwindigkeit in allen Inertialsystemen gleich ist. Der Dopplereffekt des Lichts kann also nur von der Relativgeschwindigkeit von Quelle und Empfänger abhängen, das heißt es gibt keinen Unterschied zwischen Bewegung der Quelle und des Empfängers. Da eine Relativbewegung schneller als mit Vakuumlichtgeschwindigkeit nicht möglich ist, gibt es für Licht im Vakuum kein analoges Phänomen zum Überschallknall. In Medien wie Wasser, in denen die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts geringer ist als im Vakuum, gibt es mit dem Tscherenkow-Effekt ein analoges Phänomen zum Überschallknall.

Es ist klar, dass die Zeitdilatation einen Einfluss auf die Frequenzen hat, die zwei relativ zueinander bewegte Beobachter messen. Daher tritt beim Licht auch ein Dopplereffekt auf, wenn sich der Beobachter senkrecht zur Richtung bewegt, in der die Quelle liegt. Dieser Effekt heißt transversaler Dopplereffekt. Dabei muss beachtet werden, dass Definition des Einfallwinkels aufgrund der Aberration abhängig vom Beobachter ist. Daher tritt je nachdem, in welchem Bezugsystem das Licht senkrecht einfällt, eine Erhöhung der Frequenz (Blauverschiebung) oder eine Verringerung der Frequenz (Rotverschiebung) auf.

Aus Sicht des Ruhesystems des Empfängers vergeht aufgrund der Zeitdilatation die Zeit im System der Quelle langsamer. Das bedeutet, dass er eine niedrigere Frequenz in seinem System misst als ein Beobachter, der zur Quelle ruht, er misst also eine Rotverschiebung. Dieser Effekt wird als transversaler Dopplereffekt bezeichnet. Der zur Quelle ruhende Beobachter erklärt den Effekt dadurch, dass sich der Empfänger zum Zeitpunkt des Empfangens nicht senkrecht zur Richtung der Quelle, sondern von der Quelle weg bewegt. Der Lichtstrahl trifft den Empfänger aus seiner Sicht von hinten, womit er die Rotverschiebung erklärt.

Aus Sicht des Ruhesystems der Quelle vergeht entsprechend die Zeit im Ruhesystem des Empfängers langsamer. Daher misst der Empfänger eine höhere Frequenz, also eine Blauverschiebung, wenn das Licht im Ruhesystem der Quelle senkrecht zur Bewegungsrichtung den Empfänger trifft. Der Empfänger erklärt diese Blauverschiebung wieder anders, denn aus seiner Sicht trifft ihn der Lichtstrahl nicht im rechten Winkel, sondern schräg von vorn. Er wird also die Blauverschiebung durch die Annäherung an die Quelle erklären.

Copyright- und Lizenzinformationen: Diese Seite basiert auf dem Artikel Spezielle Relativitätstheorie aus der freien Enzyklοpädιe Wιkιpedιa und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Liste der Autoren

Anbieterkennzeichnung