多普勒效应:在铁路出现之前就存在了?

文章：Bill Schweber

标题有点诀窍问题：当然，铁路前的效果确实存在。然而，它尚未由当天的物理学定义，也没有在铁路之前注意到。毕竟，没有稳定的声音源在直线上移动以听到，因为它在越来越多的俯仰时被视为，因为它在离开时摔倒了。

这似乎是一个琐碎的讨论，但这不是。目前的物理问题上的一篇文章，“多普勒效应的下降和崛起”讨论了揭示了多普勒效应的确认的历史，以19th-Centry物理学家基督徒多普勒提出并制定了方程式。它具有来自高级血流评估的广泛测量的严重和重要意义，以超声成像，雷达，到银河系的复杂特征，图1.众所周知，即使许多非技术人员也至少意识到即使不是太清晰，术语也意味着什么。

图1:众所周知的多普勒效应适用于声学和电磁波的（具有一些差异），并且是许多系统跨越生物医学研究的跨越天文学的生物医学研究的基本原理。
(来源:Elsevier Science Direct)

《今日物理学》的文章很吸引人。它详细说明了多普勒在让他的概念被接受时遇到的困难，以及它是如何被当时的其他领先的科学家和物理学家摒弃甚至嘲笑的;他们中的一些人有点同意，但觉得它适用于声波，而不是电磁波。一项不确定的测试是将一支乐队放在一辆匀速行驶的火车上，但由于各种原因没有成功。我就不讲故事的其他细节了关于故事是如何被完全接受的，你们可以自己去读这个写得很好的故事。

多普勒的Travail是在证明它的困难中的另一个展示，并且在提供了它的任何证据之前，它相比提供了对已经看过的一些东西的解释，然后看到该提案是可信的。

想想除了爱因斯坦以外还有谁的例子。1921年，他被授予诺贝尔奖，不是因为他的广义或狭义相对论，而是因为他对光电效应的解释，图2。这种明显被观察到的现象与传统的、前量子物理学的解释相悖，有许多不令人满意的解释。

图2:在试图理解清楚观测到的光电效应时，矛盾和困惑导致爱因斯坦提出了对电磁波和粒子的全新理解。
(来源:物理超级教科书)

甚至当他提出他的激进理论时，许多领先的物理学家都持怀疑态度(他们应该是这样的)，直到罗伯特·米利肯用爱因斯坦的方法做了精确的实验，得到了已经由不相干的正交实验确定的普朗克常数(h)的相同值，这个理论才被完全接受。(具有讽刺意味的是，密立根并不支持爱因斯坦的理论，但他仍然小心翼翼地进行实验，并于1923年获得了诺贝尔奖。)

对于这些新的理论来说，即使他们似乎完整也很重要，因为它完全有可能展示一个似乎坚实但也是错误的。想到宇体典的宇宙，以准确地预测地球，月亮，日食，星星等，直到哥白尼的太阳能的视图超越它，以准确地预测。

类似地，爱因斯坦用相对论解释了水星近日点进动中极其微小但明显的像差，这已经被观测了几个世纪，图3(以及他们如何用“粗糙的”望远镜和时钟进行如此精确的测量?)先前试图理解这种差异的尝试，包括来自附近预兆或甚至是看不见的预兆的微小引力效应，都不能令人满意。然而，“有效”的解释不一定正确。

图3:在水星轨道的进动中，一个微小但无法解释的畸变最终被爱因斯坦的广义相对论应用所理解。
（来源：康奈尔大学）

事实上，对理论的最困难和严格的测试是它能够预测任何人之前甚至没有成像的东西。这就是为什么爱因斯坦预测重力会弯曲光线在引起怀疑论者方面如此戏剧。在1919年的日食期间，他的论文是在1919年的日食中被验证，当他们的光在阳光下靠近太阳的途径时，星星的明显位置。

在多普勒效应的例子中，很大程度上的问题在于，预测当时无法验证的事物的理论很难被接受。多普勒的理论不仅被该机构的其他成员拒绝——他们中的许多人做了我们今天仍然依赖的重要工作——而且他在该理论被完全接受之前就去世了。

你是否曾经对你的设计和调试中正在发生的事情和原因做出过假设，然后它被拒绝了——但后来能够证明你的解释是正确的?你是否对尚未见过的效果做出了预测，然后必须建立实验和测试来观察它们，以验证你的想法?