多普勒效應(yīng)新思考修稿

1、多普勒效應(yīng)新思考(修稿)內(nèi)容摘要：物體的振動(dòng)頻率決定音調(diào)基調(diào)，語音節(jié)奏和響度影響音調(diào)變化。物體的振動(dòng)頻率是由物體自身的特性所決定的，與外部環(huán)境條件沒有關(guān)系，不同的物體具體不同的固有頻率，因而具有不同的音調(diào)?？梢哉f，音調(diào)變化與頻率的關(guān)系是先天性的，是由不同的物體造成的，物體一旦確定，頻率也就確定了，不再發(fā)生改變，音調(diào)變化與頻率也就沒了關(guān)系。同一物體的音調(diào)變化是由語音節(jié)奏和響度的變化造成的，而語音節(jié)奏和響度的變化則是由聲源與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的，這種后天造成的音調(diào)變化就是所謂的多普勒效應(yīng)，也就是說多普勒效應(yīng)與頻率毫無關(guān)系，把多普勒效應(yīng)說成是波頻率變化是張冠李戴。此結(jié)論同樣適用于光波，光波的頻率并

2、沒有發(fā)生變化，造成光波紅移藍(lán)移的原因不是多普勒效應(yīng)，而是另有其它原因。宇宙并沒有膨脹，哈勃定律是錯(cuò)的，宇宙大爆炸理論是偽科學(xué)?？茖W(xué)發(fā)展史上也有一些荒謬的事情，一些理論是想當(dāng)然而來的，表面看上去很合理，而實(shí)際上是錯(cuò)誤的，陰差陽錯(cuò)地被以訛傳訛，當(dāng)作了科學(xué)理論。例如地球中心論，重物比輕物下落速度快等。多普勒效應(yīng)解釋也是這種是似是而非，貌似正確的錯(cuò)誤理論。多普勒效應(yīng)的解釋看起來很有道理，粗淺明白得沒有人懷疑它的正確性。其實(shí)不然，仔細(xì)分析一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，多普勒效應(yīng)的解釋完全是想當(dāng)然，犯了張冠李戴的錯(cuò)誤。多普勒效應(yīng)的確是有的，但不是相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起傳播波頻率的變化，而是相對(duì)運(yùn)動(dòng)中距離的變化在接受體引起的兩事件間

3、波數(shù)及時(shí)間同波源的不同的變化。我們先來剖析聲音的多普勒效應(yīng)。假如聲音的傳播速度為340m/s,一觀測(cè)者站在鐵路旁，一列磁懸浮列車以170m/s的速度沿筆直的鐵路向此觀測(cè)者駛來，列車上架著高音喇叭喊著口號(hào)：“為人民服務(wù)”，每個(gè)字音持續(xù)時(shí)間為1秒，字音之間間隔時(shí)間忽略不計(jì)，假設(shè)口號(hào)在空氣中的彳播頻率為170Hz,波長為340/170=2m,空氣不流動(dòng)，列車在離觀測(cè)者1700m處開始喊此口號(hào)，試求此觀測(cè)者接受到的聲音頻率和每個(gè)字音持續(xù)的時(shí)間。按現(xiàn)在的多普勒效應(yīng)理論公式計(jì)算，此題很簡(jiǎn)單，聲源向觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)，波被壓縮，波長變短，頻率升高。觀測(cè)者接受到的聲音頻率為：fo170vs1 -1170340= 34

4、0(Hz)頻率從波源的1000Hz(170Hz)增加到了觀測(cè)者的1416.7Hz(340Hz),增加了1倍。按現(xiàn)在的多普勒效應(yīng)理論，就是這么計(jì)算的，沒有人認(rèn)為有什么不對(duì)，可是筆者認(rèn)為這是錯(cuò)的。為什么不對(duì)呢？我們來分析一下。當(dāng)列車靜止時(shí)，喇叭喊“為人民服務(wù)”這句口號(hào)用時(shí)5秒，觀測(cè)者聽到這句口號(hào)用時(shí)也是5秒，每個(gè)字音持續(xù)的時(shí)間為1秒，頻率為1Hz,聲源發(fā)出的語音節(jié)奏與觀測(cè)者接收到的語音節(jié)奏完全相同，這里說的是語音節(jié)奏的快慢方面的情況，而從聲波頻率方面的情況來看，這句口號(hào)從喇叭發(fā)出至觀測(cè)者聽到，在聲音傳播過程中，聲波的頻率沒有發(fā)生變化，自始至終頻率為170Hz。現(xiàn)在再來看列車以170m/s的速度駛向

5、觀測(cè)者的情況，并分語音節(jié)奏與聲波頻率兩種情況進(jìn)行討論。喇叭開始發(fā)出“為”字音時(shí)，其所在位置離觀測(cè)者1700m,當(dāng)“為”字音傳到觀測(cè)者聽到需歷時(shí)5秒。當(dāng)1秒后列車前進(jìn)了170m,喇叭開始發(fā)“人”字音時(shí)離觀測(cè)者的距離為：1700-170X1=1530m,“人”字音要經(jīng)4.5秒才能被觀測(cè)者聽到。喇叭發(fā)出“為”字音到發(fā)“人”字音的時(shí)間間隔為1秒，語音節(jié)奏為1字1秒，頻率為1Hz,而觀測(cè)者接受到這兩個(gè)字音的時(shí)間間隔卻是0.5秒，語音節(jié)奏為1字0.5秒，頻率為2Hzo可見，觀測(cè)者接受到的語音頻率與喇叭發(fā)出的語音頻率是不同的，語音頻率升高了，節(jié)奏加快了。根據(jù)波的知識(shí)，波源的振動(dòng)頻率與初始條件無關(guān)，而與系統(tǒng)的

6、固有特性有關(guān)，波源的運(yùn)動(dòng)速度大小是初始條件，不是固有特性，所以列車的運(yùn)動(dòng)對(duì)產(chǎn)生的波的頻率沒有影響。也就是說，喇叭的運(yùn)動(dòng)速度與其振動(dòng)頻率沒有關(guān)系，列車靜止時(shí)喇叭的振動(dòng)頻率170Hz,列車以170m/s運(yùn)動(dòng)時(shí)喇叭的振動(dòng)頻率仍然是170Hz。波源將其振動(dòng)頻率絲毫不差地傳遞給介質(zhì)，這也就是說，此例中聲波在空氣中的傳播頻率與喇叭的振動(dòng)頻率完全一致，都是170Hz。聲波在空氣中的傳播過程中頻率會(huì)不會(huì)改變呢？不會(huì)，可以想象，當(dāng)聲源把振動(dòng)傳遞給介質(zhì)后，聲波將自個(gè)兒在空氣中傳播，喇叭發(fā)出“為”、“人”字音已經(jīng)和列車脫離了關(guān)系，怎么有可能再影響到已經(jīng)脫離了關(guān)系的波的頻率和波長呢？那在觀測(cè)者接受的環(huán)節(jié)，聲波頻率有沒

7、有發(fā)生改變呢？我們不妨首先計(jì)算一下，再來回答這個(gè)問題。既然聲波在傳播過程中頻率不發(fā)生改變，而觀測(cè)者又處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么觀測(cè)者接收到“為”字音波陣面與“人”字音波陣面間的波數(shù)應(yīng)為它們?cè)诼曉窗l(fā)出該二字音波陣面間的波數(shù)?，F(xiàn)在來計(jì)算“為”字音波陣面與“人”字音波陣面之間的波數(shù)：當(dāng)喇叭發(fā)出“人”字音時(shí)，“為”字音已經(jīng)發(fā)出1秒鐘了，前進(jìn)了340m,由于列車的運(yùn)動(dòng)，喇叭（聲源）也同時(shí)前進(jìn)了170m,這樣，“為”字音波陣面離發(fā)出“人”字音時(shí)喇叭的位置的距離為：340-170=170（m）,等于85個(gè)完整波。這也是說，觀測(cè)者接收到“為”字音波陣面與“人”字音波陣面間的波數(shù)為85個(gè)完整波。又從前面的計(jì)算中可知，觀

8、測(cè)者接收到這兩個(gè)字音的時(shí)間間隔為0.5秒，因而觀85-測(cè)者接收到的聲波頻率為：=170（Hz）。這與聲源發(fā)出的聲波頻率完全一致，并且與0.5聲源在靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)出的聲波頻率完全一致。音調(diào)可能是一個(gè)綜合性指標(biāo)，聲波頻率大小、語音節(jié)奏快慢及響度變化都影響音調(diào)高低變化。但三者的作用不完全相同，聲波頻率大小決定音調(diào)基調(diào)高低，如女人比男人的音調(diào)高，源于女人的發(fā)音的振動(dòng)頻率比男人的發(fā)音振動(dòng)頻率高?；{(diào)確定后，音調(diào)仍可發(fā)生變化，如上面所說的聲源與觀測(cè)者作相對(duì)運(yùn)動(dòng)所發(fā)生的音調(diào)變化的例子。計(jì)算表明，聲源的運(yùn)動(dòng)不改變聲波的頻率，聲波的頻率在其產(chǎn)生、傳播和接受過程中始終保持不變，既然如此，那么這種建立在基調(diào)基礎(chǔ)上的音

9、調(diào)變化就不可能是由聲波的頻率變化所引起，而應(yīng)該由其它的影響因素所引起，即由語音節(jié)奏快慢變化及響度變化所引起。聲波頻率變化影響音調(diào)變化是在聲源發(fā)出振動(dòng)之前，由不同物體發(fā)出，語音節(jié)奏快慢變化及響度變化影響音調(diào)變化是在聲源發(fā)出振動(dòng)之后，由同一物體發(fā)出，一個(gè)是先天的，一個(gè)是后天的，多普勒效應(yīng)就是指的后天發(fā)生的音調(diào)變化，所以，把多普勒效應(yīng)說成聲波頻率變化等于是把引起音調(diào)變化的后天原因混淆為先天原因，犯了張冠李戴移花接木的錯(cuò)誤。若進(jìn)一步考察語音節(jié)奏快慢變化及響度變化這兩因子對(duì)音調(diào)變化的作用大小，語音節(jié)奏快慢變化可能作用大些，起主要作用，響度變化作用小些，起次要作用。波頻率變化計(jì)算公式也從另一個(gè)側(cè)面說明了把

10、多普勒效應(yīng)說成波頻率變化是錯(cuò)誤的。計(jì)算公式中，當(dāng)波源朝向觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)，vs（波源速度）又恰等于u（波速）時(shí)，公式就會(huì)出現(xiàn)分母為0的情況，這是違反數(shù)學(xué)原理的，分母絕對(duì)是不能為0的。vs=u并不違“法”，出現(xiàn)分母為0,只能說明公式不正確，進(jìn)而追溯到理論的不正確。如果把多普勒效應(yīng)解釋成語音節(jié)奏變化，則公母為0的問題就不存在了。現(xiàn)在再來考察聲源離開觀測(cè)者下的多普勒效應(yīng)，假如其他條件都相同，唯列車的運(yùn)動(dòng)方向與上面的相反，列車以170m/s的速度離開觀測(cè)者。在這種情況下形下，觀測(cè)者接受到的音調(diào)變低了，字音之間的時(shí)間間隔拉長了，從靜止時(shí)的1秒拉長到了1.5秒,，相鄰兩個(gè)字節(jié)間的波數(shù)由靜止時(shí)的170個(gè)增加到25

11、5個(gè)，觀測(cè)者完整聽完“為人民服務(wù)”這句口號(hào)的時(shí)間歷時(shí)7.5秒，比列車靜止時(shí)的時(shí)間增加了2.5秒。同理，此種情形下多普勒效應(yīng)也是聲源與觀測(cè)者的實(shí)際距離變化引起的，與聲音傳播中的頻率波長沒有關(guān)系，聲波的頻率波長仍同靜止時(shí)的一樣，頻率170Hz,波長2m。利用水波紋來演示多普勒效應(yīng)的圖像給我們留下了深刻的印象，波源運(yùn)動(dòng)，在其前方波紋變密，在其后方波紋變疏，這個(gè)演示似乎充分表現(xiàn)了波頻率和波長的可變性。其實(shí)不然，波的頻率由波源的性質(zhì)決定，波速與波長由介質(zhì)的性質(zhì)決定。從個(gè)體上看，每個(gè)波具有獨(dú)立性，當(dāng)有關(guān)條件確定后，波的頻率和波長也就確定了，與其它波沒有關(guān)系。波以波源為中心，以固定的速度、頻率和波長向外擴(kuò)展

12、，形成獨(dú)立向外擴(kuò)展的同心圓。水波紋圖像演示是波紋的疏密、波紋間的距離和時(shí)間間隔的長短，波紋的疏密并不表示頻率的高低和波長的長短，物理學(xué)把這兩個(gè)不同的概念和現(xiàn)象給搞混淆了，所以用水波紋來演示波頻率和波長的變化是不恰當(dāng)?shù)?。通過具體的計(jì)算更容易看清這個(gè)問題，頻率是由波數(shù)和時(shí)間兩個(gè)因素決定的。波紋變密，表示兩個(gè)相鄰的波陣面間的距離縮短，之間的波數(shù)減少，就像前面所說的“為”字音波陣面與“人”字音波陣面間的波數(shù)從靜止?fàn)顟B(tài)下的170個(gè)減為相向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的85個(gè)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間從原來的1秒減為0.5秒，頻率仍然是170Hz。波紋變疏，表示兩個(gè)相鄰的波陣面間的距離增長，之間的波數(shù)增加，“為”字音波陣面與“人”字音波

13、陣面間的波數(shù)從靜止?fàn)顟B(tài)下的170個(gè)增為相離運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的255個(gè)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間從原來的1秒增加到1.5秒，頻率也仍然是170Hz。可見，波紋的疏密并不表示波頻率的增減變化。另外，水波不是傳統(tǒng)意義上的波，既不是橫波，也不是縱波，與孤獨(dú)波倒是十分相似，用它演示多普勒效應(yīng)尚無不可，但把水波紋的疏密變化說成是波的頻率變化則完全是亂點(diǎn)鴛鴦譜拉郎配了。以上說的是觀測(cè)者靜止，聲源運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)，下面再簡(jiǎn)單考察一下聲源靜止，觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)下的多普勒效應(yīng)。假若喇叭安裝在鐵路邊的電桿上，觀測(cè)者坐在磁懸浮列車上，列車朝向或背離喇叭處運(yùn)動(dòng)，在此情況下，多普勒效應(yīng)又是個(gè)什么樣的情況呢？同理，多普勒效應(yīng)也會(huì)發(fā)生，音調(diào)也會(huì)發(fā)生改

14、變，產(chǎn)生的原因也是因?yàn)槁曉磁c觀測(cè)者的實(shí)際距離變化引起，與聲波傳播頻率沒有關(guān)系。這比上面聲源運(yùn)動(dòng)觀測(cè)者不動(dòng)的情形尚且更好理解，在聲波被觀測(cè)者接受之前，等于二者尚未建立關(guān)系，觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)怎么可能影響到聲波的頻率與波長呢？聲源與觀測(cè)者作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，音調(diào)確實(shí)要發(fā)生變化，趨近則升高，遠(yuǎn)離則降低，這是不可否認(rèn)的事實(shí)，筆者不是要否認(rèn)多普勒效應(yīng)現(xiàn)象，而是認(rèn)為科學(xué)界對(duì)造成這個(gè)現(xiàn)象的原因理解錯(cuò)了，解釋錯(cuò)了。音調(diào)的變化是由于音節(jié)之間的時(shí)間間隔長短發(fā)生變化，音節(jié)的頻率變化，再加上距離的改變導(dǎo)致音量變化而帶來的結(jié)果，而不是聲波的頻率變化導(dǎo)致的結(jié)果，聲波的頻率自始至終都不會(huì)發(fā)生變化，聲波的頻率與聲源的運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。怎樣用

15、實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證音調(diào)的變化不是聲波的頻率變化引起的，而是由語音節(jié)奏快慢變化及響度變化引起的呢？筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)甄別實(shí)驗(yàn)，把錄音帶放得快點(diǎn)或慢點(diǎn)，最好配合對(duì)聲響進(jìn)行同步調(diào)節(jié)。如果音調(diào)發(fā)生升高或降低變化，說明多普勒效應(yīng)是語音節(jié)奏快慢變化引起的，因?yàn)殇浺魩Х劈c(diǎn)快慢只可能影響到語音節(jié)奏快慢，而不可能影響到聲波的頻率變化。如果實(shí)驗(yàn)中音調(diào)沒有發(fā)生變化，則音調(diào)變化有可能是聲波的頻率變化引起的，物理學(xué)對(duì)多普勒效應(yīng)的解釋則有可能是對(duì)的。弄清了聲波的多普勒效應(yīng)問題，對(duì)光波的多普勒效應(yīng)問題就容易理解了。光是電磁波，具有波動(dòng)性，人們自然而然地認(rèn)為光應(yīng)該具有波的一切特性，應(yīng)該具有多普勒效應(yīng)現(xiàn)象。這種思想原本沒有錯(cuò)，但什么現(xiàn)象是

16、光的多普勒效應(yīng)呢？人們找來找去，最后認(rèn)為光波的紅移或藍(lán)移現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)。從多普勒效應(yīng)的本義上看，光波的頻率與波長是不發(fā)生變化的，有沒有多普勒效應(yīng)與光波本身的頻率與波長變不變化沒有關(guān)系，完全是兩回事，所以把光波的紅移或藍(lán)移說成是多普勒效應(yīng)現(xiàn)象是錯(cuò)誤的。光在宇宙空間的傳播中確有紅移或藍(lán)移現(xiàn)象，但這些現(xiàn)象都不是多普勒效應(yīng)。筆者對(duì)紅移或藍(lán)移現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究，也找到了致使其發(fā)生的原因，主要是光速變化引起的。因非本篇內(nèi)容范圍，故在這里不作詳述。有沒有原本意義上的光波多普勒效應(yīng)的例子呢？有，羅默利用木星衛(wèi)星的掩蝕進(jìn)行的光速測(cè)量就是一個(gè)這樣的例子。觀察表明，木星衛(wèi)星繞木星公轉(zhuǎn)一周需42.5小時(shí)，同時(shí)又觀察到地球相對(duì)木星退行時(shí)，下一次木星的衛(wèi)星被掩蝕的時(shí)間要向后推遲約10秒，地球相對(duì)木星前行時(shí)，下一次木星的衛(wèi)星被掩蝕的時(shí)間又要提前約10秒，這與上例中字節(jié)間的時(shí)間間隔的壓縮和延伸是同一類型的問題。必須清楚，音節(jié)節(jié)奏的快慢變化及木星