Ностальгическая относительность.

    На днях на ТВ была старая лента «Что такое теория относительности», где нынешние корифеи кинематографа предстали молодыми активистами. Приятно было и на них посмотреть и свою молодость вспомнить. Однако на сегодня не только мы с ними остепенились, но и взгляды на мироздание обрели становление, из-за чего озвученные в фильме физические представления нуждаются в уточнении.

    В частности, независимость скорости распространения света от скорости движения источника понимается вовсе не в рамках теории относительности.

    В фильме была показательная иллюстрация: кванты света изучаются с движущегося вагона и одновременно с неподвижного источника.       Причем видно, что кванты летят один в один. Тут надо понимать, что это не диво, а распространение электромагнитных волн, которые не «отталкиваются» от источника, а существуют по своим законам. И от движения источника они не получают ничего, кроме точки возникновения. К стати, со звуком такая же история – скорость распространения звуковой волны не зависит от скорости движения источника звука.

    А вот иллюстрация с квантами рисует поверхностную картину, потому выводы из неё кажутся парадоксальными. Да, кванты летят один в один, но это разные кванты. Источник света (излучатель) в каждый момент времени формирует точечное мгновенное значение электромагнитного поля, и эта точка «убегает» от него со скоростью распространения, оставляя место для следующей точки со своим значением. Так формируется ЭМ волна неподвижного излучателя.

    При движении излучатель смещается вслед за убегающей волной, формируя её более короткой, что соответствует повышению частоты, что называется эффектом Доплера. Именно такими будут кванты от подвижного источника. Конечно, это ничтожно для скоростей поезда, но при космических скоростях этот эффект проявляется более заметно, позволяя себя наблюдать и кое-что измерять.

    Со звуком показательнее – скорость поезда составляет заметную долю звуковой, и эффект Доплера наблюдается более явно. Только не надо думать, что мы слышим проявление этого эффекта, стоя на платформе, когда мимо пролетает гудящий поезд. Нарастание тона по мере приближения поезда и спадание его при удалении не есть следствие эффекта Доплера.

    Дело в том, что механический излучатель в общем случае воспроизводит звуки в некотором диапазоне частот. (Изготовителям музыкальных инструментов нужно очень постараться, чтобы добиться однотонного звучания.) Различные частоты имеют разные уровни затухания, что проявляется при изменении расстояния. Пока поезд вдали, слышны, в основном, низкочастотные составляющие, у которых затухание меньше. С приближением источника звука возрастает доля высокочастотных составляющих, и звук переходит в вой. Слышимая частота снова спадает по мере удаления источника. Это мы и наблюдаем, а эффект Доплера здесь совершенно не при чем – доплеровский сдвиг можно выявить лишь приборно.

    И никакой здесь теории относительности.