A Natureza de Luz: O Effeito de Doppler


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Deslocamento de Cor

A cor da luz é descrita como mais quente para a extremidade mais azul do espectro e mais frio para a extremidade mais vermelha do espectro. A maioria dos objetos reflete luz que é de uma "cor mais fria" do que a luz incidente a partir da qual é gerada. A luz refletida de um refletor eficiente retorna luz que está mais próxima da "temperatura de cor" da luz incidente. Um espelho de prata reflete uma cor que é extremamente próxima da luz incidente. Suponhamos, por uma questão de clareza no seguinte discurso, que nosso espelho é 100% eficiente neste sentido. A luz que o nosso espelho reflete (ou re-emite) é exatamente a mesma cor que a luz que recebe.

Apesar da suposição acima, se o espelho estiver recuando da fonte da luz incidente, a luz refletida é de "cor mais fria" do que a luz que o espelho recebe. O montante pelo qual a luz refletida é "mais fria" do que a luz incidente, depende da velocidade relativa, com a qual a fonte e o espelho estão recuando um do outro. Este deslocamento da luz refletida em direção à extremidade mais vermelha do espectro de luz é, geralmente, conhecida como o Efeito Döppler.

O Caso das Ondas de Som

O Efeito Döppler é facilmente observável para ondas sonoras. Um exemplo é a buzina do carro. A buzina tem uma freqüência natural ou "normal". É assim que parece quando o carro está estacionário. No entanto, se o carro aproxima-se de você e depois passa a alta velocidade, o som muda. O freqüência da buzina está maior do que o normal enquanto o carro está aproximando-se. No instante em que o carro passa você, a freqüência do som está normal. À medida que o carro recua, a freqüência da sua buzina torna-se mais baixo do que o normal.

O mesmo ocorre com a fonte de som estacionária e o ouvinte em movimento.

O mecanismo deste fenômeno é fácil de explicar para as ondas sonoras. Isso ocorre porque o som viaja através dum médio chamado ar. Sua velocidade é, portanto, determinada pelo quadro de referência do ar estacionário. A velocidade da fonte de som também é medida em relação ao quadro de referência do ar em que o som viaja.

O applet acima, em seu modo padrão de "Rel. Clássica", ilustra o Efeito Döppler para ondas sonoras. Tanto o observador como o meio de transmissão (ar) estão estacionários em relação à janela do applet.

As cristas das ondas sonoras emitidas na frente da fonte são mostradas em azul. Elas chegam ao observador à direita da janela do applet em sucessão mais rápida, do que estão emitidos pela fonte. Isso tem o efeito de dar ao som uma freqüência (ou tom) aparentemente mais alta.

As cristas das ondas sonoras emitidas atrás da fonte são mostradas em vermelho. Estas impactam as orelhas de um observador à esquerda da tela com menos rapidez, do que são emitidas pela fonte. Isto tem o efeito de diminuir a freqüência (ou tom) aparente do som.

As ondas emitidas em ambos os lados da fonte são exibidas em verde. Suas cristas atingem a parte superior e inferior da janela do applet com a mesma rapidez, que são emitidas pela fonte. Isto significa, que um observador na parte superior ou inferior da janela do applet escutará a fonte de som em sua freqüência (ou tom) normal.

Imagine um observador em que o botão seletor "Rel. Clássica" esteja no topo da janela do applet. À medida que a fonte passa, o observador pode ver que ele é primeiramente impactado por ondas azuis que se transformam gradualmente em verde e depois em vermelho. Este observador, portanto, ouvirá um alto tom gradual­mente reduzindo para o normal e, em seguida, diminuindo ainda mais à medida que a fonte recua.

O Caso de Ondas de Luz

O Efeito Döppler também é observável para ondas eletromagnéticas. De fato, alguns sistemas de navegação usam o efeito Doppler em ondas de rádio como forma de determinar a distância percorrida por uma aeronave. Então, o efeito é definitivamente real. No entanto, o efeito Doppler não é fácil para explicar no caso de ondas eletromagnéticas. A teoria estabelecida pressupõe que uma onda eletromagnética deixa sua fonte com uma velocidade de lançamento c - a velocidade universalmente constante da luz. Também pressupõe que uma onda eletromagnética se aproxima e "impacta" seu destino (observador) na mesma velocidade universalmente constante c.

A explicação estabelecida é que o Efeito Döppler para a luz é essencialmente o mesmo que para o som. As ondas emitidas na direção do movimento da fonte são compactadas e as que são emitidas na direção oposta são rarefeitas, como mostra o applet acima no modo "Rel. Clássica". A fonte está realmente a emitir apenas luz verde.

A razão dada, no entanto, é que dentro do quadro de referência de um observador recuando, o espaço contrai-se e o tempo dilata-se na direção do movimento da fonte. Inversamente, dentro do quadro de referência de um observador que se aproxima, o espaço torna-se alongado e o tempo torna-se comprimido na direção do movimento da fonte. O efeito criado é essencialmente o mesmo que se cada observador tivesse o seu próprio éter luminífero privado totalmente permeável que estava parado em relação a ele.

Uma conseqüência interessante desta explicação é que, dentro do espaço de um observador aproximando, as ondas eletromagnéticas em trânsito realmente vibram em uma freqüência maior (deslocada em direção de azul). Por outro lado, dentro do espaço de um observador recuando, as ondas eletromagnéticas em trânsito realmente vibram em uma freqüência mais baixa (deslocada em direção de vermelho). A pergunta é: um observador passivo pode realmente mudar a freqüência de ondas eletromagnéticas as quais estão ainda atravesando o espaço intervindo, ou seja, as quais ainda não alcançaram o observador?

Sem postular uma contração de espaço e dilatação do tempo entre os quadros de referência da fonte e do destino da luz, é praticamente impossível propor qualquer explicação do Efeito Döppler para a luz se sua velocidade for considerada uma constante c em todos os quadros de referência.

Uma Explicação Alternativa

Proponho que a velocidade da luz seja sempre a constante universal c relativa apenas ao quadro de referência de sua fonte. Isto torna o mecanismo do Efeito Döppler fácil de explicar.

Selecione o modo "Rel. Alternativa" por clicar no botão apropriado na parte superior do applet acima. Você pode ter que clicar duas vezes, dependendo do navegador que você estiver usando. O applet agora mostra a mesma fonte verde que emite ondas de luz. Agora, no entanto, as ondas movem-se para fora da fonte com a velocidade universal constante c, independentemente de qualquer quadro de referência do observador.

As ondas de luz oscilam a uma certa freqüência. Esta freqüência é determinada pela fonte de luz. A freqüência corresponde à cor da luz. É a taxa em que a amplitude do campo de força elétrica da onda de luz muda de zero para o máximo positivo, de volta para zero e para o máximo negativo e voltar para zero novamente. Como antes, um observador, que é "estacionário" em relação à fonte, experimenta a luz como tendo a freqüência com que a fonte a emitiu.

Agora, veja como as ondas emitidas pela fonte móvel chegam no lado esquerdo da janela do applet. Podemos considerar o lado esquerdo da janela do applet como um observador recuando. As ondas estão chegando no lado esquerdo da janela do applet menos freqüentemente do que estão sendo emitidas pela fonte. Para um observador aqui, a luz, portanto, parece ser de menor freqüência. Aparecerá mais vermelho, mesmo que de fato tenha viajado todo o caminho da fonte para o observador como luz verde. A luz parece ser deslocada de acordo com o Efeito Döppler.

Agora, veja como as ondas emitidas pela fonte móvel chegam no lado direito da janela do applet. Podemos considerar o lado direito da janela do applet como um observador aproximando. As ondas estão chegando ao lado direito da janela do applet com mais freqüência do que estão sendo emitidas pela fonte. Para um observador aqui, a luz, portanto, parece ser duma freqüência mais alta. Isto parecerá mais azul, mesmo que, de fato, tenha viajado todo o caminho da fonte para o observador como luz verde. A luz parece ser azul-deslocada de acordo com o Efeito Döppler.

Esta visão alternativa não exige espaço separadamente contraído e tempo separad­amente dilatado para cada um de todos os possíveis observadores que existam ou possam existir. Ela simplesmente exige que ondas eletromagnéticas viajem na velocidade universal c em relação à fonte que as criou. Exige simplesmente que um estresse eletromagnético, aplicado em um ponto particular no espaço, seja adotado pelo espaço em torno desse ponto com uma relutância que causa este estresse propague-se efetivamente para fora com velocidade c. E que este processo é indep­endente da velocidade da fonte em relação a qualquer outra coisa.

Claro, se, tendo emitido luz, a fonte então acelera, isso é uma história diferente. A propagação para fora seria então como se fosse do ponto no espaço que continuasse no movimento uniforme que a fonte tinha no instante em que a luz foi emitida.

A Visão Etérea

Nas minhas sete dissertações sobre o Universo [ver painel lateral], gradualmente construí uma visão centrada no observador com base na noção de que o universo é feito de um fluido de velocidade totalmente permeável, que eu chamo de éter. Eu chamo isto um fluido de velocidade porque só pode existir enquanto está fluindo à velocidade da luz. Além disso, ele só manifesta-se para objetos que estão se acelerando. Não interage de forma alguma com objetos que viajam a velocidade relativa constante. Ele flui de forma convergente, à velocidade da luz, para dentro de sumidouros nanoscópicos nos centros de todos os constituintes fundamentais da matéria, incluindo todos os observadores.

Nesta visão, que é exposta completamente na minha dissertação intitulado Eventos e Ondas, uma fonte de luz simplesmente grava em relevo tensões eletromagnéticas no influxo etéreo de passagem do observador. O éter de passagem flui radialmente para dentro em direção ao observador à velocidade da luz, carregando as gravuras eletromagnéticas com ele e, por esse meio, dando-nos a percepção do tempo.

Por favor selecione o modo "Rel. Clássica" original, no qual o applet começou, por clicar no botão apropriado na parte superior do applet acima. Isto também ilustra como a luz irá viajar se a fonte simplesmente gravá-la sobre o fluxo etéreo que passa, que está caindo radialmente, na velocidade da luz, em direção e para dentro do observador - onde quer que ele esteja localizado. Conseqüentemente, a visão etérea é inteiramente consistente com o Efeito Döppler para propagação eletromagnética.


© 17 outubro 2006, 02 maio, 2012 Robert John Morton | ANTE | PROX
source code: applet, display, wave.