當(dāng)你站在公路旁，留意一輛快速行駛汽車的引擎聲音，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在它向你行駛時(shí)聲音的音調(diào)會(huì)變高（即頻率變高），在它離你而去時(shí)音調(diào)會(huì)變得低些（即頻率變低）。這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。在光現(xiàn)象里同樣存在多普勒效應(yīng)，當(dāng)光源向你快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，光的頻率也會(huì)增加，表現(xiàn)為光的顏色向藍(lán)光方向偏移（因?yàn)樵诳梢姽饫铮{(lán)光的頻率高），即光譜出現(xiàn)藍(lán)移；而當(dāng)光源快速離你而去時(shí)，光的頻率會(huì)減小，表現(xiàn)為光的顏色會(huì)向紅光方向偏移（因?yàn)樵诳梢姽饫�，紅光的頻率低），即光譜出現(xiàn)紅移。

    在進(jìn)一步研究多譜勒效應(yīng)之前，先讓我們了解一下有關(guān)波的基本知識(shí)：

    如果我們將一個(gè)小石塊投入平靜的水面，水面上會(huì)產(chǎn)生陣陣漣漪，并不斷地向前傳播。這時(shí)波源處的水面每振動(dòng)一次，水面上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的波列。
設(shè)波源的振動(dòng)周期為T，即波源每隔時(shí)間T振動(dòng)一次，則水面上兩個(gè)相鄰波列之間的距離就為VT，其中V是波在水中的傳播速度。在物理學(xué)中我們把這一相鄰波列之間的距離稱為波長，用符號(hào)λ表示。這樣，波的波長、波速及振動(dòng)周期三者的關(guān)系就可表示為：λ=VT  （1）

    由于波源振動(dòng)一次所需的時(shí)間為T，則波源在單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)就為1/T。物理學(xué)上，把波源在單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)稱為波的頻率，用f表示。這樣，它和周期的關(guān)系就可表示為f=1/T, 或T=1/f  （2）

綜合（1）式和（2）式可得：λ=VT=V/f  （3）

    此式是我們討論與波有關(guān)問題的基本公式，雖然是對(duì)水波的傳播總結(jié)出來的，但它對(duì)一切波都適用。

    實(shí)驗(yàn)研究表明：對(duì)于確定的介質(zhì)，波的傳播速度V是一個(gè)定值。所以，當(dāng)波在某一確定的介質(zhì)中傳播時(shí)，它的波長λ與它的周期成正比（與頻率成反比）。即波的頻率越高，周期越小，其波長越短；反之，波的頻率越低，周期越大，其波長越長。

    對(duì)聲波而言，聲音的頻率決定著聲音的音調(diào)。即聲波的頻率越高，聲波的音調(diào)也越高，聲音也越尖、越細(xì)，甚至越刺耳。根據(jù)上述的結(jié)論，產(chǎn)生高音的聲源振動(dòng)較慢，振動(dòng)周期長，對(duì)應(yīng)聲波的波長也較長。例如：10000Hz的聲波的波長是100Hz聲波波長的1/100。

    而在可見光中，光波的頻率決定著色光的顏色。頻率由低到高依次對(duì)應(yīng)紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。其中紅光頻率最低，波長最長；紫光的頻率最高，但波長最短。

    下面我們就結(jié)合以上的背景知識(shí)一起來探究一下有關(guān)光的多譜勒效應(yīng)：

    假設(shè)有個(gè)光源每隔時(shí)間T發(fā)出一個(gè)波列，即光源的周期為T。如圖，當(dāng)它靜止時(shí)相鄰兩個(gè)波列時(shí)間間隔為 T，距離間隔為   λ=cT    

式中c表示光速。

    當(dāng)光源以速度V離開觀察者時(shí)，在每兩個(gè)相鄰的波列之間的時(shí)間里光源移動(dòng)的距離為VT，于是下一個(gè)波峰到達(dá)觀察者所需的時(shí)間便增加了VT/c，所以，相鄰的兩個(gè)波峰到達(dá)觀察者那里所需的時(shí)間就為：

T’=T+VT/c>T

    即這時(shí)相對(duì)于觀察者而言，光波的周期變長了，頻率變低了。根據(jù)上面關(guān)于頻率于光色之間的關(guān)系可知，次光的顏色會(huì)向紅光偏移。物理學(xué)上，把這一現(xiàn)象稱為紅移。

        這時(shí)到達(dá)觀察者那里的兩個(gè)相鄰的波列的距離，即波長就變?yōu)?nbsp; λ’=cT+VT  

        即波長變長了。這兩個(gè)波長的比值為   λ’/λ= T’/T=1+V/c  

        即波長增加了V/c，我們把這個(gè)相對(duì)增加量就成為紅移量，它取決于光源的遠(yuǎn)離速度。由于一般情況下V<< c，所以看不到光譜的紅移現(xiàn)象；僅當(dāng)V與c可以比較時(shí)，才有可能出現(xiàn)較為明顯的紅移現(xiàn)象。

        例如室女座星系團(tuán)正以約1000公里/秒的速度離開我們的銀河系，于是它的頻譜上任何譜線的波長都要比正常值大一個(gè)比率 λ’/λ=1+V/c =1+10000/300000=1.0033

        若光源是向著觀察者運(yùn)動(dòng)的，這時(shí)只需將以上公式中V改為-V就可以了。所不同的是，這時(shí)將出現(xiàn)光的藍(lán)移現(xiàn)象。

        根據(jù)光源的移動(dòng)速度，我們可以計(jì)算出光在頻譜中的偏移量；反之，根據(jù)光在頻譜中的偏移量，我們也可以計(jì)算出光源相對(duì)我們的移動(dòng)速度。理解這一點(diǎn)，我們就不難理解哈勃定律的發(fā)現(xiàn)過程了。