酋知魚

光速不變原理、光的多普勒效應這兩者不存在矛盾關係，恰恰相反正是有了光速不變原理，才有了狹義相對論，之後才有了光的多普勒效應的解釋。

多普勒效應這個詞我們並不陌生，中學時期的物理課程上就已經聽過學過，比如常見的機械波（如聲波）的多普勒效應，原因起自波源與觀測者之間存在相對運動，而題目中提到的光的多普勒效應，原則上來講也是因為波源與觀測者存在相對運動而引起的，但需要考慮相對論的修正。

用一個簡單的例子，以一個簡單的說法來解釋一下光的多普勒效應

假設地面上有一發射單色光（即波長恆定）的波源，由波長可以確定光波的週期為定值T1，而小明身上帶有一個靈敏度非常高的接收儀器，可以測出光波的變化。

首先小明以一定的速度遠離波源，那麼波源發出的光想要被小明接收，勢必要經過一段路程的追及才行，而這個過程則需要一定時間才能完成，顯而易見波源自身測得的週期T1肯定與小明測得的週期T2不一致。

那麼兩個週期之間存在的關係是否可以表示出來呢？答案是可以，數學推導不難，有興趣的讀者朋友可以試一試。但如果僅僅依靠上段所講的方面進行推導，你會發現推導出來的結果和教材上的公式完全對不上，這是什麼原因呢？

很簡單，因為你沒有考慮狹義相對論中的運動鐘慢效應。如果一些讀者朋友正好還熟悉狹義相對論，那麼你將這個鐘慢效應加進去就你得到正確的光多普勒效應的公式了。

由此可見，光速不變原理（代表狹義相對論）與光的多普勒效應之間非但不存在矛盾，而前者恰恰是後者的原理解釋。

光的多普勒效應具體表現就是當波源與觀測者相互遠離時，觀測者測得的波長要比波源處測得的長，表現為紅移，反之就是藍移。

補充一點知識：此外還有一種紅移——“引力紅移”被經常提到，以地球為例，一束單色光向上發出，位於地面上方不同高度處的波長是不一樣的，與上文提到了運動鐘慢效應類似，這個是因為引力鐘慢效應引起的。

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賽先生科普

觀點：他倆並不矛盾。但是光要需要考慮時間膨脹。

多普勒分為：人動，源不動；人不動，波源動。

人動，源不動

搞清楚一點就行，波不變。因為波源沒動，波靠空氣這種介質傳播，空氣也沒換，人的運動並不會影響波的一切，包括介質、波速、頻率。不管有沒有你，這個波都照樣傳。多普勒效應中人向聲源移動頻率變高，這裡的頻率指的是人的接收頻率，非波的頻率。那為什麼人向波源移動接收頻率高？

可以理解為相遇（追擊）問題。

什麼是頻率，就是一個人腿短，但是兩腿換得快。

另一個人腿長，但是換腿換得慢，兩人賽跑，雖然速度一樣，同時到達終點，腿短的頻率高。

當人向著波源移動時，相對速度是波速和人運動速度之和，速度快了，波長沒變，頻率就升高了。

如果我們把波源比做一個車站，波就像一列很長的的小火車，從車站勻速駛出。

情況一：觀察者不動，波源不動，當你在車站外的軌道邊時，1秒鐘有5個車廂從你身邊飛過。

情況二：波源不動，觀察者動了，當你坐在另一輛準備進站的火車上，正好與剛才那輛車出站的火車迎面而過，1秒鐘從你身邊飛馳而過的車廂肯定大於5個。相同時間車廂過去的多了，所以頻率就高了。

反之：當你遠離波源運動，頻率就小了。

人不動，波源動。

波源動了，所以波變了。人沒動，人只管等著聽，人接收到的頻率是波給的，而波的頻率，取決於波源的運動速度，所以我們要研究的是波的運動導致波的頻率的變化。

最容易出錯的地方：波速取決於介質，如果介質沒有變（或者不依靠介質），波速是不變的。

電磁波真空中的傳播速度約為30*10^8m/s，在空氣中相差無幾，也按這個記就行。

聲波在1個標準大氣壓和15°C的條件下約為340m/s，溫度越高，傳播速度越大。

變得是頻率與波長，就像上面說的腿短和腿長的人同時到達終點，腿短一步的距離小（波長短)，但是跨步的速度快（頻率快）。腿長，一步的距離大（波長長），但是跨步的速度慢（頻率快），兩人賽跑，同時到達終點，速度一樣（波速一樣）。

波源向接收者移動時，我們還用跑步來做比喻。我們以前體育課跑1km比賽時，老師一般不讓學生同時從起點儀器跑，都是間隔一個一個跑，然後用秒錶分別計時。我們假設每個同學跑得一樣快2m/s（波速相同），第一個同學跑出去5秒後,相當於跑出去10米(波長)後第二個同學開始跑。

但是有一天情況變了，體育老師開著車拉著同學們，第一個同學下車立刻相同速度2m/s，跑了相同間隔時間5s後第二個同學下車跑。不同的是車也有速度1m/s，當第一個同學跑出去10米，車同時行駛了5米，也就是第二個同學跟第一個同學相距5米，間隔變小了（波長變小了）。

當同一起點時（波源不動），波長是10米，終點位置每隔5秒能接收到一個人。

當波源變成汽車移動時，波長由10米變成了5米。終點每隔2.5秒就能接到一個人，接到人的頻率變高了。

反之車往相反的方向開，間隔變成了兩個人的變成15米，終點每隔7.5秒才能接到一個人，頻率變低了。

光是什麼情況？

光是一種電磁波，能看見的光叫做可見光。電磁波是廣義的光，分為可見光，不可見光，不可見光就是各種射線，紅外線，紫外線等等。紅光波長長，頻率低，藍光波長短，頻率高。

光還有個特性，當一束出現，無論是開著高速飛船或者靜止的人，他們觀察到的光速都是一樣的。

所以光不是簡單的波速不變，而是波的相對速度也不變，只有波長和頻率會改變。

聽不明白了？例子說明：

當一艘飛船接近光速飛行，他打開前燈一瞬間，地球上的你觀察到的燈光速是C，飛船速度接近光速C，兩個都跑得都很快，所以光和飛船的差距是在慢慢拉大的，這是你看到的。

但是船上的駕駛員，是懵圈的。因為即使飛船速度接近光速了，燈打開一瞬間，燈光早就以相對於飛船的速度C，跑得遠遠的，也就是說無論是地球上的你看到的光速，還是飛行中的飛船看到的光速相對自己都是C。

說明什麼？地球上的觀察者看到的是飛船的慢速播放呀！飛船上的時間流速和地球上的時間流速不是同步的。

這就是愛因斯坦《狹義相對論》的時間膨脹效應。

上面說到的頻率，飛船上的人看到它給出去的光的頻率是這樣的：

而地球上的你觀察到的頻率是：

所以光的多普勒效應需要加入狹義相對論的變換。

科學美少男

光速不變原理與多普勒效應完全屬於兩個概念，光速並不受多普勒效應影響。題主會有這樣的問題，說明你可能把“波的速度”與“波長的變化”的關係搞錯了，這裡面可能有些概念混淆。

簡單來理解下，光速不變與多普勒效應的基本概念。

光速不變

“光速不變”現在基本上已經成為了科學界對世界的一個基礎認知，至於為什麼光速不變？還沒有人能給出一個清晰、準確、並得到公認的答案。不過，能佐證光速不變的理論和實驗，都已得到了科學界的承認。

理論方面，麥克斯韋最早在他的電磁學理論中，提出電磁波的傳播速度只與真空介電常數ε0和真空磁導率μ0相關，後來證明了光就是電磁波，說明光的速度只能是一個常數，表達式為C=1/ε0μ0。

實驗方面，本來想證明“以太”存在的邁克爾遜-莫雷實驗，反而終結了“以太說”，成為了證明光速不變的經典實驗。

邁克爾遜-莫雷實驗原理簡述：小球表示光的運動軌跡，若以太存在，則紅色光球和藍色光球經透射與反射到達干涉儀時，會出現時間差（動圖右）並出現明確的干涉條紋。但實際情況 確實（動圖左），所以以太不存在，且光速不變。

雖然後來也有一些理論學說，發現了邁克爾遜-莫雷實驗的不完備，繼續支持光速可變。比如1908年瑞士物理學家裡茲發表的“發射假說”，即光速會跟隨光源運動速度的改變而改變。不過這種說法，後來很快就被各種實驗所否定了。比如，雙星觀測、以及運動版的邁克爾遜-莫雷實驗。

從此，我們知道光就像一個逍遙浪子。從不停歇，從不回頭。不會因為別人怎麼樣而動搖自身的步調，每秒30萬公里是光對世界永遠的承諾。光速不變，已成為了當今物理學界一條牢不可破的“公理”。

什麼又是多普勒效應呢？

多普勒效應，簡單來說就是當一個信號源向你靠近時，你接收信號的波長會變短，而當一個信號源遠離你時，你接受的信號波長會變長。

比如，你以一個固定的音調吹笛子，不同遠處的人聽到的笛聲大小或許不一樣，但都會聽到同一個音調。

以“哆唻咪發唆啦西”音調變化來說，但當你吹著笛子靠近聽笛聲的人時，原本你一直吹地是“咪”這個音，但在他們的耳中，他們會聽成“發”這個音，也就是音調變高了。而相反，如果你吹著笛子，遠離他們，他們聽見的音調可能就變成了“唻”。

明明只發出同樣一個音，為什麼隨著吹奏者的運動，給聽者的感受完全不一樣？

其本質就是因為聲音是一種波，我們稱為聲波。而是波就會有波長，對於聲波來說波長越長，音調就越低，波長越短，音調也就越高。

聲波是通過空氣的震盪傳到我們的耳中的。吹奏者作為一個聲源，相當於就在空氣中製造一個波，而要製造一個完整的波，先要製造一個波頭，再製造一個波尾。

如果，吹奏者向聆聽者靠近，波頭製造出來時在一個位置，而波尾製造出來時相當於波頭出來時的位置前進了一小段，而這段距離是要被算在新制造的波的波長裡的。所以實際波長減小了，頻率就增加了，體現出來的音調就變高了，反之亦然。

因此我們能得出一個結論，多普勒效應與一個信號源的移動速度相關，而在相對論裡對於光速的描述也有一種重要結論，就是光速與光源運動無關。所以，光的多普勒效應並不會造成光速改變。那光的多普勒效應改變的是什麼呢？

光的多普勒效應

光作為一種波，在恆定的速度下，遵循多普勒效應，頻率與波長可以發生此消彼長的變化。

就像一個高個子和一個矮個子，兩個人500米長跑比賽都同時到達終點，也就是說他們兩個速度是一樣的，但是由於高個子腿長步子大，他的換腿頻率是低，而矮個子的腿短步子小，他的換腳頻率就高。

步子和換腿頻率，就相當於波長與振動頻率。在同樣的速度下，多普勒效應會導致光在不同波長及不同頻率之間變化，在我們視覺上，表現出顏色的變化，這又被稱為“多普勒-斐索效應”。這由法國物理學家斐索於1848年獨立提出，它解釋了來自恆星的波長偏移現象。利用這種效應也就成了測量恆星之間相對速度的一個有效辦法。

“多普勒-斐索效應”也是造成我們最熟悉的“光譜紅移”與“光譜藍移”的原因之一，恆星遠離即紅移，恆星靠近即藍移。總的來說，聲音與光的多普勒效應，一個帶來音調變化，一個帶來了顏色變化。

值得注意的是，光譜紅移除了“多普勒-斐索效應”，還有“宇宙膨脹”也可以造成同樣的結果，然而它們的成因是完全不同的。“多普勒-斐索效應”是在光源移動發射出光的瞬間就完成的，而“宇宙膨脹”導致的紅移，是在光傳播過程中慢慢形成的。

所以，當年哈勃觀察到星系退行，並認定是多普勒效應造成了星光紅移的說法是錯誤的，不過它的結論卻是正確的。

總結

簡單來看，波速只和介質相關，光在真空中不需要介質，那它的速度就和任何東西無關。

光和時空，可能是宇宙中最神秘的東西。而探尋它們的關係，是物理學永遠要探討的課題。就像同樣的元素，不同的空間結構組合方式，卻能產生不一樣的物質，這不得不讓人稱奇。

而光速不變背後最隱秘的成因，是值得後世科學家們一直探尋的終極話題。

想法捕手

光速不變原理，我使用手電筒🔦工具證明光速不變原理不能成立。在晚上兩個人同時站在某房屋🏠前，一個人拿著手電筒照在門牌號碼上，在手電筒光柱的照明下，兩個人同時看清門牌號碼，隨後拿手電筒的人保持照著門牌，一直退去，另一個保持原地不動，當拿手電筒的人退到一定程度距離，站在原地的人就看不見門牌號碼了，說明在光源保持不變的情況下，門牌號碼距離光源越遠，光線越弱，這種越變越弱的趨勢總會趨向零0⃣️，當達到零時，就像行使的火車停在站上，速度為零。證明了光源在不變的情況下，隨著距離的伸長，光速越變越小，直到為零0⃣️。

以一列每小時100公里勻速直線行駛的火車為例，火車開始停在車站，初速度為零，開始加速運動，由零上升到每小時100公里的速度，當火車到站開始由每小時100公里速度減速到零。光速就是與火車到站這一段吻合。

以路燈為例，在一條直線公路上，如果光速不變以1秒30萬公里運動，那麼只要在公路開始有一盞燈光源，光就會無限的沿著直線運動，就是說這盞燈光可以照亮無限遠的直線公路，但事實上一盞燈光只能照亮很短的一段距離，一條直線公路需要設很多的路燈照明，證明了路燈光源穩定的情況下，像火車進站減速到零的過程。光速是在光源穩定的條件下，隨著距離的伸長逐漸減速的過程。

KongZWang

至於題主的一些問題，我下面做詳細回答。

什麼是光的多普勒效應

奧秘365

我的觀點

上善若水吳大河

多普勒效應是對應觀察者，難道你看到多普勒效應的火車它的速度在變？

歐美新電影

商榷

綠水青山48936175

多普勒效應

我們上學時就知道了多普勒效應是1942年由奧地利的物理學家、數學家約翰.多普勒提出的一個波源運動現象：物體輻射的波長因光源及觀察者的相對運動而變化。如果在波源前方，波會被壓縮，波長變短，頻率變高，觀察者會看到紅色，稱為“紅移”；如果在波源後方則相反，頻率變低，速度變快，效應增加，就出現“藍移現象”。科學家可以根據光波的紅/藍移不同程度計算出波源的運動速度。

多普勒效應在 天文學、醫學、車輛速度等各領域都有廣泛應用。1929年哈勃就是觀察到星系紅移現象，為宇宙膨脹學說提供了有力證明。

很多人將多普勒效應理解為基於牛頓的力學體系的速度疊加。

光速不變原理

光速不變原理是愛因斯坦在1905年提出的狹義相對論中的第二個基本原理（第一個是相對性原理），它適用於一切慣性參考系，速度都是以c（3×10⁸米/秒）運動。

也就是說，無論觀察者在光源任何位置，光的速度都是不變的。這就顛覆了牛頓的絕對時空體系，也與多普勒效應切然不同了。

科學家根據這一原理研製出了GPS導航，但它仍然會受到多普勒效應影響，在修正了一些數據後才使地理位置測量得精確。

這是由於光在運動中會產生尺縮效應，而使時間產生鐘慢效應。該原理是基於伽利略相對性及麥克斯韋方程組而來，它在相對靜止的參考系中測得。

關鍵字: 原理 多普勒 光速