รู้จักปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ : จากมวลของดาวคู่ไปจนถึงการไหลของเลือด
เมื่อรถฉุกเฉินที่วิ่งเข้าหาเรา เราจะได้ยินเสียงไซเรนแหลมขึ้น แต่เมื่อรถฉุกเฉินวิ่งห่างออกจากเรา เราจะได้ยินเสียงไซเรนทุ้มต่ำลง ความถี่เสียงที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นผลมาจากปราฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler effect) กล่าวคือ เราจะสังเกตเห็นความถี่ของคลื่นเปลี่ยนแปลงไป เมื่อแหล่งกำเนิดคลื่นกับเรามีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์กัน
- ถ้าแหล่งกำเนิดคลื่นกับเราเคลื่อนที่เข้าหากัน เราจะสังเกตเห็นความถี่จะสูงขึ้น (เสียงแหลมขึ้น)
- ถ้าแหล่งกำเนิดคลื่นกับเราเคลื่อนที่ออกจากกัน เราจะสังเกตเห็นความถี่จะต่ำลง(เสียงทุ้มลง)
แน่นอนว่า การเคลื่อนที่เข้าหากันหรือห่างออกจากกันนั้น จะแหล่งกำเนิดเคลื่อนที่หรือผู้สังเกตเคลื่อนที่ หรือ เคลื่อนที่ทั้งคู่ก็ได้
ปรากฏการณ์นี้มีจุดเริ่มต้นเกือบๆสองร้อยปีก่อน เมื่อนักฟิสิกส์ชื่อ คริสเตียน ดอปเปลอร์ (Christian Doppler) นำเสนอปรากฏการณ์นี้เชิงในปี ค.ศ. 1842 เชื่อไหมว่าปรากฏการณ์ที่ดูเรียบง่ายนี้ ปัจจุบันถูกประยุกต์ใช้มากมายตั้งแต่การหามวลของดาวฤกษ์ไปจนถึงการไหลของเลือด
คริสเตียน ดอปเปลอร์ (Christian Doppler)
คริสเตียน ดอปเปลอร์ มีชีวิตอยู่ในยุคที่นักฟิสิกส์ตระหนักได้แล้วว่าแสงเป็นคลื่น เขาจึงนำเสนอต่อยอดไปว่าถ้าแสงเป็นคลื่น ดังนั้น หากแหล่งกำเนิดแสงอย่างดาวฤกษ์เคลื่อนที่เข้าหาโลก (หรือห่างออกจากโลก) ผู้สังเกตโลกย่อมเห็นว่าแสงดาวเปลี่ยนสีไปเล็กน้อย ความคิดของดอปเปลอร์นั้น แม้จะถูกต้อง แต่ความเร็วของดาวฤกษ์ไม่ได้มากพอจะทำให้สีดาวฤกษ์เปลี่ยนแปลงจนสังเกตได้ง่ายๆ
ทำไมความถี่คลื่นเปลี่ยนแปลงไป?
เรื่องนี้เข้าใจได้ไม่ยาก สมมติว่าเราเอามือกระทุ่มน้ำให้กระจายออกเป็นวงคลื่นเป็นจังหวะสม่ำเสมอค่าหนึ่ง หากเราเคลื่อนมือที่กระทุ่มเข้าหาผู้สังเกตที่อยู่บนฝั่ง ขณะที่กำลังเคลื่อน มือที่กระทุ่มน้ำย่อมเข้าใกล้คลื่นด้านที่อยู่ติดกับฝั่งมากกว่าด้านตรงข้าม ส่งให้สันคลื่นอยู่ใกล้กันมากขึ้น ผู้สังเกตบนฝั่งจึงสังเกตเห็นคลื่นมีความถี่สูงขึ้น
แหล่งกำเนิดคลื่นอย่างรถฉุกเฉินเปล่งเสียงไซเรนออกมาก็เช่นเดียวกัน เมื่อรถวิ่งเข้าหาผู้สังเกต แหล่งกำเนิดเสียงย่อมเข้าใกล้คลื่นเสียงฝั่งที่ติดกับผู้สังเกตมากขึ้น ทำให้คลื่นเสียงที่ปล่อยออกมาอยู่ติดกันมากกว่าด้านตรงข้าม ทำให้ผู้สังเกตได้ยินเสียงไซเรนแหลมขึ้นนั่นเอง
ในอีกกรณีที่ให้ผลสอดคล้องกัน หากผู้สังเกตวิ่งเข้าหาแหล่งกำเนิดคลื่นที่ความถี่สม่ำเสมอค่าหนึ่ง ผู้สังเกตย่อมปะทะเข้ากับหน้าคลื่นเร็วกว่าตอนยืนอยู่นิ่งๆ ส่งผลให้ผู้สังเกตพบว่าคลื่นมีความถี่สูงขึ้นเช่นกัน
อย่างไรก็ตาม การทดสอบแนวคิดของดอปเปลอร์ในสมัยนั้นเป็นเรื่องท้าทายมาก หลังจากดอปเปลอร์ตีพิมพ์ผลงานได้ราวสามปี C. H. D. Buys Ballot นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์พยายามทำการทดลองด้วยเครื่องไม้เครื่องมือที่มีด้วยการนำนักดนตรีไปเป่าฮอร์นบนรถไฟด้วยโน้ตตัวเดียวตลอด แล้วให้กลุ่มผู้ฟังที่รับรู้โน้ตได้เป๊ะๆ (perfect pitch) มาฟังว่าโน้ตที่ได้ยินเป็นเสียงโน้ตอะไร ผลการทดลองนี้สนับสนุนสมมติฐานของดอปเปลอร์เป็นอย่างดี
การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์เชิงดาราศาสตร์แง้มขึ้น เมื่อสุดยอดนักฟิสิกส์ฝรั่งเศสอย่างฟิโซ (Hippolyte Fizeau) ตระหนักถึงผลงานของนักฟิสิกส์ยุคก่อนหน้าว่าแสงจากดาวฤกษ์นั้น ไม่ได้เปล่งออกมาทุกสีอย่างต่อเนื่องสมบูรณ์ แต่มีเส้นมืดๆแทรกตัวอยู่ในตำแหน่งที่ชัดเจน เขาจึงเสนอว่าหากวัดการเปลี่ยนตำแหน่งของเส้นมืดนี้ ย่อมทำให้สังเกตเห็นปรากฏการณ์ดอปเปลอร์และนำไปสู่การวัดความเร็วของดาวฤกษ์ได้ หลังจากนั้นราวยี่สิบปีจึงมีการทดลองวัดความเร็วของดาวฤกษ์ด้วยวิธีนี้ได้จริงๆ
นักดาราศาสตร์สามารถวัดความเร็วของดาวฤกษ์ในระบบดาวคู่ที่ดาวฤกษ์สองดวงโคจรรอบกันและกัน เมื่อนำมาประกอบกับข้อมูลอื่นๆจะสามารถนำมาวิเคราะห์เพื่อหามวลของระบบดาวคู่ได้ด้วย
นอกจากนี้ ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ยังใช้ในการตรวจสภาพการไหลของเลือดซึ่งบ่งชี้ถึงสภาพหลอดเลือดได้ด้วยวีธี Doppler ultrasonography ซึ่งเป็นวิธีที่แพทย์นิยมใช้เพราะไม่ต้องฉีดสารเข้าสู่ร่างกายผู้ป่วยและไม่ต้องต้องทำการผ่าร่างกายให้เจ็บตัว
หลักการคือเครื่องมือจะปล่อยเสียงความถี่สูงเข้าไปกระทบกับเลือดที่กำลังไหลในหลอดเลือด เมื่อคลื่นเสียงสะท้อนกลับมาที่เครื่องมือจะบ่งชี้ได้ว่าความเร็วในการไหลของเลือดเป็นอย่างไร ซึ่งแพทย์นำข้อมูงดังกล่าวไปวินิจฉัยโรคได้
นี่คือตัวอย่างการประโยชน์ของปรากฏการณ์เรียบง่ายที่หลายคนเรียนมาตั้งแต่ระดับมัธยมแล้ว แต่อาจไม่รู้ว่ามันนำไปใช้งานด้านใดบ้าง
ปล. การขยายตัวของเอกภพนั้น ทำให้กาแล็กซีที่อยู่ห่างกันมากๆเคลื่อนที่ห่างออกจากกัน จนแสงจากกาแล็กซีที่เปล่งออกมาเลื่อนไปทางสีแดงเรียกว่า red shift แต่ red shift จากการขยายตัวของเอกภพนั้นเป็นผลมาจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์เพียงส่วนน้อยมาก ส่วนสำคัญที่ทำให้แสงจากกาแล็กซีเกิด red shift คือ ที่ว่าง(space)ขยายตัวทำให้แสงจากกาแล็กซีถูกยืดออกตามการยืดของที่ว่าง เรียกว่า cosmological redshift
- 13
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
