一筆罰金的故事

物理學(xué)家烏德有一次把自己的汽車開得太快了，在紅燈信號(hào)面前來不及停下來，于是警察準(zhǔn)備對(duì)他罰款。烏德告訴這位維持交通秩序的人，在車輛疾馳的時(shí)候，紅色信號(hào)的光是會(huì)被看成綠色的。假如這位警察是通曉物理學(xué)的，他一定能夠算出，汽車必須具有極大的速度，大到13500萬公里／時(shí)，才能用科學(xué)家的話來為這辯護(hù)。

這其中奧妙究竟是什么呢?

多普勒在1842年第一次想到，觀察者跟聲源或光源互相接近或遠(yuǎn)離的時(shí)候．觀察者的感官同時(shí)應(yīng)該覺察到聲波或光波的波長的變動(dòng)。就在這時(shí)候，他又提出了一種大膽的見解，認(rèn)為恒星所以有各種不同的顏色，也是由于這個(gè)原因。他想，所有恒星本身的顏色都是白的；至于有許多恒星看上去有顏色，那是因?yàn)樗鼈儗?duì)我們說來運(yùn)動(dòng)得很快。很快走近我們的白星會(huì)向地面上的觀察者發(fā)出縮短了的、使我們產(chǎn)生綠色或藍(lán)色或紫色感覺的光波。相反地，很快地離開我們的白星，看上去就會(huì)是黃色或者是紅色的。

這的確是個(gè)獨(dú)特的、可是無疑是錯(cuò)誤的想法。為了使我們的眼睛能夠覺察到恒星因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的顏色的變化，首先需要恒星有幾萬公里／秒的速度?？墒沁@樣還嫌不夠：因?yàn)樵陲w來的白星所發(fā)的藍(lán)色光線變成了紫色的時(shí)候，它的綠線也會(huì)變成藍(lán)線、紫線變成紫外線、紅外線變成紅線了；總之，白光里的各種成分都還存在，因?yàn)楣庾V上所有顏色的位置雖然都有了移動(dòng)，可是這些顏色的總和在我們的眼睛里應(yīng)該沒有什么改變。至于跟觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的恒星的光譜里暗線位置的移動(dòng)，則是另一回事了。

回到前面的問題，如果用L代表光源發(fā)出的光的波長(這里的光源是信號(hào)燈)，L’代表觀察者覺察到的光的波長(這里的觀察者是汽車?yán)锏目茖W(xué)家)，v代表汽車的速度，c代表光速，那么，根據(jù)理論，這些數(shù)值之間的關(guān)系是這樣：1／l’=l+(v/c)

我們知道，紅色光線里最短的波長是0．0063毫米，綠色光線里最長的波長足0．0056毫米，又知道光速是300000千米／秒。把這些數(shù)字代到上面式子里，得到汽車的速度是：37500千米／秒或13500萬千米／時(shí)。

烏德如果有了這種速度，那他在3小時(shí)多一些的時(shí)間里，就能從警察身旁一直駛到比太陽還遠(yuǎn)的地方去。據(jù)說，他終究還是因“超過規(guī)定速度”被罰了款。

編輯／劉 鵬