Published in: الفيزياء

انزياح دوبلر – كيف تنتشر الموجة في الأوساط المادية؟ تأثيره الفيزيائي

Author د. جاسم الفواز

Published on: 21 سبتمبر، 2023

د. جاسم الفواز

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

كيف تنتشر الموجة في الأوساط المادية؟

عندما تحطُّ حشرةٌ على سطح بركة ماءٍ ساكنة، فإننا نلاحظ نشوء موجاتٍ دائريةٍ متحدَّة المركز تبدأ من نقطة هبوط الحشرة على سطح الماء، وتنتشر على شكل دوائر متحدَّة المركز لتتوسَّع شيئاً فشيئاً حتى تصل إلى حافة البركة، وهذا مثالٌ بسيطٌ على فكرة انتشار الموجة في الأوساط المادية.

لكن لنفرض أن الحشرة تحركت على سطح الماء، سنلاحظ اختلاف شكل الموجات بحيث تكون متراصّةً باتجاه الحركة، وكلما ابتعدت عن المنبع زاد البعد بين هذه الأمواج، وهذا هو الفهم البسيط لانزياح الأمواج، وتُدعى هذه الظاهرة انزياح دوبلر. ^[1]

أحد الأمثلة الأكثر شيوعاً صوت صفارة سيارة إسعاف أو سيارة الإطفاء، فربما تلاحظ أنه مع مرور صفارات الإنذار السريعة من جانبك ثم ابتعادها اختلاف نوع الصوت، فمع اقتراب السيارة تشعر وكأن الصوت يزيد حدّةً، ومع ابتعادها تلاحظ أنه يتمدّد مع أن الصفارة هي ذاتها، وذلك بسبب تحرُّك منبع الموجة الصوتية (السيارة)، وهذا مظهرٌ من مظاهر تأثير دوبلر. ^[2]

ما هو تأثير دوبلر فيزيائياً؟

عندما لا يتحرك مصدر الموجة، فإن الأمواج تتحرك إلى الخارج في نمطٍ دائريٍّ منتظم، وتكوّن الأطوال الموجية λ (Wavelengths)، وهو البعد بين قمتين متتاليتين لتلك الموجات، وهي نفسها في جميع الاتجاهات، ولكن عندما يتحرك مصدر موجة، فإن سرعته تؤثر على تلك الأطوال الموجية حيث تمتدُّ الموجات خلف المصدر، وبالتالي تزداد طول الموجة كلما ابتعد مصدر الموجة، هذا التغيير في الطول الموجي الذي سببه تحرك المصدر أو المراقب هو تأثير دوبلر. سُمّيت هذه الظاهرة بانزياح (تأثير) دوبلر (Doppler effect) نسبةً للعالم النمساوي كريستيان دوبلر المتوفي عام 1853. ^{[3] [4]}

ما هو الانزياح نحو الأحمر (Red shift)؟

الأمثلة السابقة التي ذكرناها عن انزياح دوبلر تخصُّ الأمواج (المادية) سواءً كانت الأمواج على سطح الماء أو الأمواج الصوتية، وبما أن الضوء هو موجةٌ أيضاً لذلك يخضع الضوء أيضاً لتأثير دوبلر إذا تحركت المنابع الضوئية بسرعةٍ ما.

منذ منذ عام 1929 عندما اكتشف إدوين هابل أن الكون يتوسَّع، وبالتالي معظم المجرات التي تبتعد عنا سيخضع الضوء الصادر عنها لتأثير دوبلر، فكلما ابتعدت المجرات زاد الطول الموجي للضوء القادم منها، واقترب هذا الطول من منطقة اللون الأحمر في الطيف الكهرطيسي، وهذا ما ندعوه الانزياح نحو الأحمر، ونظراً لأن الضوء ينتقل بسرعةٍ كبيرةٍ مقارنةً مع الظواهر اليومية (أسرع بمليون مرة من الصوت)، فإننا لا نشهد هذا التحول الأحمر في حياتنا اليومية. ^[5]

ما هو ثابت هابل (Hubble constant)؟

يعدُّ ثابت هابل Ho أحد أهمّ الأرقام في علم الكونيات (Cosmology) لأنه يخبرنا عن مدى سرعة توسُّع الكون، والذي يمكن استخدامه لتحديد عمر الكون وتاريخه (بتقريبٍ جيد)، وقد حصل هذا الثابت على اسم العالم الأمريكي إدوين هابل (Edwin Hubble) الذي كان أول من قام بحساب الثابت من قياساته للنجوم في عام 1929.

بالنسبة لجسمٍ فلكيٍّ (مثل نجم أو مجرة) على مسافة معروفة من الأرض، يمكن استخدام ثابت هابل للتنبُّؤ بالسرعة التي تبتعد بها المجرات بعيداً عنا، فمعرفة هذا الثابت مرتبطٌ بفكرة الانزياح نحو الأحمر التي تحدثنا عنها سابقاً. ^[6]