La expansión del universo luego del big bang se explica a través del efecto doppler.
El efecto doppler es el fenómeno que se produce cuando la frecuencia de una onda que se percibe registra un cambio debido a que la fuente o el propio receptor se encuentran en movimiento. El nombre rinde homenaje al físico y matemático austríaco Christian Andreas Doppler (1803-1853), quien descubrió esta realidad.
Es importante indicar que un efecto es aquello que se genera a partir de una causa. Dicho de otro modo: la causa es el origen de algo que aparece como su consecuencia. En el caso del efecto doppler, la modificación de la frecuencia es el resultado de un desplazamiento de la fuente o de quien percibe la onda.
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ResumenDescubrimiento del efecto doppler
El descubrimiento del efecto doppler tuvo lugar en la primera mitad del siglo XIX. Fue entonces cuando Doppler advirtió que el tono del sonido que hace una locomotora se vuelve más agudo a medida que se acerca y luego, al alejarse, se va haciendo más grave.
Doppler investigó el fenómeno y dio a conocer sus conclusiones en una presentación que, en 1842, realizó en un congreso de ciencias que tuvo lugar en Praga. En dicha ponencia, conocida en nuestro idioma como «Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros», sostuvo que la frecuencia de la onda percibida es menor o mayor según si el receptor o el emisor de la señal están desplazándose.
Con el tiempo Doppler incluso postuló una fórmula para el cálculo de la frecuencia que percibe el receptor, donde relacionó la frecuencia emitida por el emisor, la frecuencia percibida por el receptor, la velocidad del emisor y del receptor respecto al medio y la velocidad de propagación de la onda en dicho medio.
El científico consideró que el efecto descubierto también se daba en todas las demás ondas, más allá de las ondas de sonido. Por eso Doppler creía que la intensidad lumínica y la percepción de los colores se encontraban regidas por las mismas reglas.
En la actualidad se entiende que el efecto descripto por el propio Doppler se aplica únicamente a aquellas ondas propagadas en un medio, mientras que las ondas que no requieren de él para su propagación generan otra clase de efecto que puede considerarse equivalente. Este segundo efecto fue analizado, independientemente del trabajo de Doppler, por el francés Hippolyte Fizeau (1819-1896) en 1848.
La velocimetría doppler permite estudiar el flujo sanguíneo en las arterias y las venas umbilicales y en distintos órganos del feto.
Principales conceptos
Para comprender el efecto doppler hay que tener en claro varios conceptos. Las ondas son, de acuerdo a la física, perturbaciones periódicas constituidas por oscilaciones cuya propagación se da a través de un medio. Estas perturbaciones alteran alguna propiedad del espacio, transportando energía pero no materia.
La idea de frecuencia, en tanto, refiere a la cantidad de veces que un proceso o suceso se reitera en un determinado periodo temporal. Por lo tanto, la frecuencia de una onda está asociada al número de repeticiones de la misma en una cierta unidad temporal. La distancia que recorre la oscilación en un tiempo específico se conoce como longitud de onda.
La frecuencia de onda y la longitud de onda mantienen una relación inversa: a menor frecuencia de onda, mayor longitud de onda (y viceversa). Esto supone que la onda, mientras más larga resulta, se repite menos.
El efecto de cambio de frecuencia advertido por Doppler se vincula a la velocidad del emisor y del receptor de la señal. Si el emisor y el receptor se encuentran en movimiento, la frecuencia que se percibe se relaciona con el valor de la velocidad relativa entre ambos.
Cuando el emisor de las ondas se encuentra en movimiento con dirección hacia el receptor, éste primero percibe las ondas con una frecuencia más alta que la que se emite desde la fuente. Esa frecuencia percibida disminuye gradualmente mientras el emisor se va acercando al receptor: la coincidencia de la frecuencia percibida con la frecuencia original se produce recién cuando la onda se emite desde el punto más cercano al receptor.
El efecto doppler puede ser fácilmente detectado cuando, en una ciudad, una persona advierte que se acerca una ambulancia o un camión de bomberos con la sirena encendida. Primero se escucha un tono agudo, que luego se vuelve más grave a medida que el vehículo se aproxima. Lo mismo ocurre con las sirenas de policía.
Los sistemas de navegación por satélite pueden basarse en el efecto doppler.
Aplicaciones del efecto doppler
Las aplicaciones del efecto doppler son numerosas en distintos ámbitos. El efecto doppler en medicina, por ejemplo, se utiliza para analizar la velocidad del torrente sanguíneo y así descubrir posibles obstrucciones en las arterias.
Se conoce como ecocardiografía doppler o ecodoppler a este tipo de estudio de diagnóstico. Lo que se hace es emitir ultrasonido hacia el torrente sanguíneo, cuyos componentes actúan como reflectores. Al analizar la señal devuelta y el ultrasonido doppler, se obtiene conocimiento de la velocidad de la sangre y se infieren eventuales patologías.
La astronomía también recurre al efecto doppler, examinando la luz que emiten las estrellas. De este modo, estudiando la frecuencia de la luz detectada por los telescopios, desde un observatorio astronómico se pueden conseguir datos de las galaxias.
El efecto doppler en el radar, asimismo, genera numerosas posibilidades. Analizar las ondas de radar es útil en la meteorología y la aviación, por mencionar dos ámbitos. También permite medir la velocidad de los automóviles, una acción que llevan a cabo las autoridades para multar a los conductores que superan los límites fijados por las normas.
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