per Laura Barrero Pastor
T’has fixat mai que la sirena d’una ambulància sona més greu quan s’allunya de tu que quan s’apropa? Doncs et sorprendrà saber que, gràcies a entendre per què passa això, vam poder descobrir que el nostre univers no para de créixer!
Les ones
No podem començar a parlar d’astrofísica sense abans parlar de les ones. Per fer-ne una descripció senzilla, una ona és una propagació en l’espai-temps que ha de ser periòdica, és a dir, ha d’estar composta per cicles que es van repetint tota l’estona, com si fossin rajoles col·locades a terra formant un patró regular.
A la longitud d’un d’aquests cicles li diem longitud d’ona, i a la durada de cada un li diem període. De la mateixa manera, també podem calcular quants cicles es donen en un sol segon, la qual cosa s’anomena freqüència. Com és lògic, quan una ona té una longitud d’ona petita, hi caben moltes ones en un segon i, per tant, direm que té una freqüència gran.
El so i el moviment
Hi ha dos components que tenen un paper protagonista en la propagació d’una ona: l’emissor i el receptor. Si l’emissor està quiet i situem dos receptors a la mateixa distància d’aquest, l’ona els arriba exactament igual als dos, ja que es troben en posicions simètriques. En canvi, quan l’emissor s’està movent respecte als receptors, es dona un fet molt interessant: les ones que arriben al receptor al qual s’apropa estan “comprimides”, mentre que les que li arriben a l’altre es troben “estirades”. Aquest fenomen és conegut com l’efecte Doppler.
Si l’emissor s’apropa, les ones que va enviant cada cop estan a menys distància entre elles, es van acumulant a l’espai, fent que la freqüència augmenti. Si s’allunya, la distància entre ones és més gran i, per tant, la freqüència disminueix.
En el cas del so, ho podem veure amb un exemple molt comú: la sirena d’una ambulància. Quan s’acosta a nosaltres, sentim el so més agut, mentre que quan s’allunya, el so es fa més greu.
A la figura 1 podem veure clarament que quan l’ambulància està aturada respecte dels observadors, l’ona del so de la sirena arriba exactament igual a les dues persones i, per tant, l’escoltaran amb la mateixa freqüència. En canvi, quan s’està apropant a l’observador de la dreta, les ones que rep aquest arriben amb més freqüència que les que rep el de l’esquerra, cosa que fa que el de la dreta senti el so més agut.
D’altra banda, des del punt de vista de la persona de l’esquerra, l’ambulància s’està allunyant d’ella i, per tant, les ones li arribaran amb menys freqüència, és a dir, un so més greu.
La llum i el so no són tant diferents
Com va explicar molt bé la Mar al seu reportatge sobre imatges per al diagnòstic mèdic, la llum també és un tipus d’ona, així com el so. Concretament, és una ona de tipus electromagnètic. L’espectre de la llum va des de les ones de ràdio (les menys energètiques, ja que tenen una freqüència petita) fins als raigs gamma (els més energètics, amb una alta freqüència), i en podríem destacar l’espectre visible, la regió en la qual podem distingir els colors.
En tractar-se d’una ona, la llum (així com el so de l’ambulància) també pateix l’efecte Doppler: teòricament, si tinguéssim una llanterna de color vermell i ens apropéssim a una velocitat extremadament alta a un company nostre, aquest (a part d’espantar-se) veuria que la llum es torna d’un color més taronja, ja que la llum que li arribaria tindria una major freqüència. De la mateixa forma, si ens allunyéssim amb una llanterna de color blau, la veuria més verda.
Univers en expansió
Durant els anys vint del segle passat, astrònoms com Edwin Hubble van estudiar com era la llum que ens arribava d’unes determinades estrelles. El que van trobar és que aquesta llum estava desplaçada cap al vermell i, per tant, que s’estaven allunyant de nosaltres.
I no només això, sinó que la llum que ens arriba de les estrelles més llunyanes està cada vegada més desplaçada cap al vermell, és a dir, s’estan allunyant a una velocitat major que les estrelles més properes. És així com es va descobrir que com més lluny es troba una estrella, més ràpid s’allunya de la Terra.
A més, si tenim en compte que el nostre planeta no és el centre de l’Univers, sinó que observaríem el mateix efecte des de qualsevol altre punt, l’única possibilitat que queda per explicar aquest fenomen d’“envermelliment” (més conegut com a desplaçament al vermell) és que el nostre univers s’està expandint en totes les direccions.
Com també es va veure que la velocitat a la que s’expandeix no és constant, ja que les estrelles més llunyanes s’allunyen més ràpidament, aquesta expansió és accelerada. Sabem que cada cop l’Univers s’expandeix més de pressa, però encara no sabem per què, ni tampoc està clar si continuarà d’aquesta forma eternament.
Ja per acabar…
En poques paraules, hi ha molts misteris encara per descobrir pel que respecta al funcionament i a la composició de l’Univers, però gràcies a fenòmens com l’efecte Doppler hem pogut fer nous descobriments que ens obren camins d’investigació molt interessants. Ja veurem cap a on ens porten.
Com a curiositat, l’efecte Doppler no només és útil en la recerca d’astronomia, sinó que de fet té aplicacions molt diverses. Entre d’altres, serveix per als sistemes de navegació marítima i aèria, es fa servir per controlar la velocitat dels vehicles i en medicina s’utilitza per fer certs tipus de radiografies. És a dir, en certa manera, podem dir que l’efecte Doppler fins i tot salva vides!
Per saber-ne més
Gott würfelt – Von der Rotverschiebung zur Urknalltheorie (del desplaçament al vermell a la teoria del Big Bang)
O Universo – Redshift
LEIFIphysik – Corrimiento al rojo cosmológico
Sobre l’autora: Laura Barrero Pastor
Com de petita mai vaig superar la fase de preguntar el perquè de tot, estic estudiant Física a la Universitat Autònoma de Barcelona. El que més m’agrada d’aquesta ciència és que és capaç d’explicar com funciona tot, des de coses infinitament grans (com l’Univers) fins a coses molt molt MOLT (molt!) petites, com les partícules fonamentals. Espero algun dia poder ajudar a omplir els espais buits de coneixement que encara queden a la Física, alhora que transmeto la meva passió per la ciència a tothom que em vulgui sentir parlar.
Referències
https://www.fisicalab.com/apartado/efecto-doppler
https://ciencia.nasa.gov/universo/que-es-la-energia-oscura/
Imatge de portada extreta de Pixabay https://pixabay.com/es/photos/faro-cielo-estrellado-universo-6785763/
- Creada amb Canva
- Extreta de https://www.cienciaoberta.cat/imatgesmediques/
- Extreta de https://www.leifiphysik.de/astronomie/kosmologie/grundwissen/kosmologische-rotverschiebung
Revisors: Mar Barrantes Cepas, Nil Salvat Rovira i Victor Naharro Oriol
