Роберт Вуд — знаменитый американский физик, который прославился не только открытиями в оптике, но и непревзойдённым чувством юмора. С ним связано множество историй, где наука становилась поводом для розыгрыша.
Одна из самых известных легенд звучит так:
Однажды Вуд ехал на автомобиле и проехал на красный свет. Когда его остановил полицейский, физик невозмутимо заявил:
— Извините, офицер, но из-за эффекта Доплера красный свет показался мне зелёным.
Полицейский, тоже оказавшийся не лишённым чувства юмора, усмехнулся и ответил:
— Хорошо, мистер Вуд, я принимаю вашу версию. Но в таком случае я вынужден оштрафовать вас за превышение скорости.
И тут начинается самое интересное. Давайте разберёмся: с какой же скоростью должен был ехать автомобиль, чтобы красный свет светофора (длина волны 690 нм) превратился для водителя в зелёный (530 нм)?
Эффект Доплера: не только для сирен
Все мы знаем, как меняется звук приближающейся или удаляющейся сирены скорой помощи: выше — ниже. Это и есть эффект Доплера.
Но он работает не только со звуком, но и со светом! Только формулы немного другие. Если источник света приближается к наблюдателю, длина волны уменьшается — свет смещается в «синюю» сторону (это называется синим смещением). Если удаляется — в красную (красное смещение).
В нашем случае автомобиль едет навстречу светофору. Значит, длина волны должна уменьшаться. Красный свет (690 нм) становится зелёным (530 нм). Всё логично. Осталось только найти скорость.
Классика vs релятивизм
Сразу возникает вопрос: а по какой формуле считать? Для звука используется простая линейная формула, но для света — всё сложнее. Свет всегда движется с одной и той же скоростью (в вакууме), и здесь вступают в игру теория относительности Эйнштейна.
Классическая (нерелятивистская) формула даёт такую скорость:
Это примерно 250 миллионов км/ч. Очевидно, что никакой автомобиль так не ездит, да и полицейский бы просто не успел его остановить 😄
Релятивистская формула (правильная для света) выглядит сложнее:
Скорость получилась даже больше классической — примерно 86 % от скорости света. Это уже не просто превышение скорости, а заявка на космический полёт.
Почему релятивистская скорость больше?
Если сравнить обе формулы, окажется, что для одного и того же смещения цвета релятивистская формула требует большей скорости, чем классическая. Это не случайность, а следствие того, что в теории относительности время замедляется, а длины сокращаются — эффект Доплера становится более «резким».
В числах для нашего случая:
То есть релятивистская скорость выше на 11 %.
При чём здесь штраф?
Шутка Вуда блестяща именно тем, что она обыгрывает физическую реальность. Формально он прав: при огромной скорости цвет светофора действительно изменился бы. Но полицейский (тоже физик в душе) парирует: если ты едешь с такой скоростью, то штраф не за проезд на красный, а за дикое превышение!
Конечно, в реальности ни один автомобиль не разгонится до таких значений. Но история остаётся одним из самых изящных примеров того, как научная теория может стать основой для остроумной шутки.
Что в сухом остатке?
· Эффект Доплера работает не только для звука, но и для света.
· При движении навстречу источнику света длина волны уменьшается (синее смещение).
· Для света нужно использовать релятивистскую формулу — она даёт более высокие скорости, чем классическая.
· Чтобы красный свет стал зелёным, автомобиль должен был бы двигаться со скоростью около 280 миллионов км/ч — это почти 80 % скорости света.
А вам попадались такие физические анекдоты? Делитесь в комментариях!
#Физика
#Эффект_Доплера
#Анекдот