第1个回答 2022-08-19
光速不变原理与多普勒效应完全属于两个概念，光速并不受多普勒效应影响。题主会有这样的问题，说明你可能把“ 波的速度 ”与“ 波长的变化 ”的关系搞错了，这里面可能有些概念混淆。
简单来理解下，光速不变与多普勒效应的基本概念。
光速不变
“光速不变”现在基本上已经成为了科学界对世界的一个基础认知，至于为什么光速不变？还没有人能给出一个清晰、准确、并得到公认的答案。不过，能佐证光速不变的理论和实验，都已得到了科学界的承认。
理论方面，麦克斯韦最早在他的电磁学理论中，提出电磁波的传播速度只与真空介电常数ε0和真空磁导率μ0相关，后来证明了光就是电磁波，说明光的速度只能是一个常数，表达式为C=1/ε0μ0。
实验方面，本来想证明“以太”存在的迈克尔逊-莫雷实验，反而终结了“以太说”，成为了证明光速不变的经典实验。
迈克尔逊-莫雷实验原理简述：小球表示光的运动轨迹，若以太存在，则红色光球和蓝色光球经透射与反射到达干涉仪时，会出现时间差（动图右）并出现明确的干涉条纹。但实际情况 确实（动图左），所以以太不存在，且光速不变。
虽然后来也有一些理论学说，发现了迈克尔逊-莫雷实验的不完备，继续支持光速可变。比如1908年瑞士物理学家里兹发表的“发射假说”，即光速会跟随光源运动速度的改变而改变。不过这种说法，后来很快就被各种实验所否定了。比如，双星观测、以及运动版的迈克尔逊-莫雷实验。
从此，我们知道光就像一个逍遥浪子。从不停歇，从不回头。不会因为别人怎么样而动摇自身的步调，每秒30万公里是光对世界永远的承诺。光速不变，已成为了当今物理学界一条牢不可破的“公理”。
什么又是多普勒效应呢？
多普勒效应，简单来说就是当一个信号源向你靠近时，你接收信号的波长会变短，而当一个信号源远离你时，你接受的信号波长会变长。
比如，你以一个固定的音调吹笛子，不同远处的人听到的笛声大小或许不一样，但都会听到同一个音调。
以“哆唻咪发唆啦西”音调变化来说，但当你吹着笛子靠近听笛声的人时，原本你一直吹地是“咪”这个音，但在他们的耳中，他们会听成“发”这个音，也就是音调变高了。而相反，如果你吹着笛子，远离他们，他们听见的音调可能就变成了“唻”。
明明只发出同样一个音，为什么随着吹奏者的运动，给听者的感受完全不一样？
其本质就是因为声音是一种波，我们称为声波。而是波就会有波长，对于声波来说波长越长，音调就越低，波长越短，音调也就越高。
声波是通过空气的震荡传到我们的耳中的。吹奏者作为一个声源，相当于就在空气中制造一个波，而要制造一个完整的波，先要制造一个波头，再制造一个波尾。
如果，吹奏者向聆听者靠近，波头制造出来时在一个位置，而波尾制造出来时相当于波头出来时的位置前进了一小段，而这段距离是要被算在新制造的波的波长里的。所以实际波长减小了，频率就增加了，体现出来的音调就变高了，反之亦然。
因此我们能得出一个结论，多普勒效应与一个信号源的移动速度相关，而在相对论里对于光速的描述也有一种重要结论，就是光速与光源运动无关。所以，光的多普勒效应并不会造成光速改变。那光的多普勒效应改变的是什么呢？
光的多普勒效应
光作为一种波，在恒定的速度下，遵循多普勒效应，频率与波长可以发生此消彼长的变化。
就像一个高个子和一个矮个子，两个人500米长跑比赛都同时到达终点，也就是说他们两个速度是一样的，但是由于高个子腿长步子大，他的换腿频率是低，而矮个子的腿短步子小，他的换脚频率就高。
步子和换腿频率，就相当于波长与振动频率。在同样的速度下，多普勒效应会导致光在不同波长及不同频率之间变化，在我们视觉上，表现出颜色的变化，这又被称为“ 多普勒-斐索效应 ”。这由法国物理学家斐索于1848年独立提出，它解释了来自恒星的波长偏移现象。利用这种效应也就成了测量恒星之间相对速度的一个有效办法。
“多普勒-斐索效应”也是造成我们最熟悉的“ 光谱红移 ”与“ 光谱蓝移 ”的原因之一，恒星远离即红移，恒星靠近即蓝移。总的来说，声音与光的多普勒效应，一个带来音调变化，一个带来了颜色变化。
值得注意的是，光谱红移除了“多普勒-斐索效应”，还有“ 宇宙膨胀 ”也可以造成同样的结果，然而它们的成因是完全不同的。“多普勒-斐索效应”是在光源移动发射出光的瞬间就完成的，而“宇宙膨胀”导致的红移，是在光传播过程中慢慢形成的。
所以，当年哈勃观察到星系退行，并认定是多普勒效应造成了星光红移的说法是错误的，不过它的结论却是正确的。
总结
简单来看，波速只和介质相关，光在真空中不需要介质，那它的速度就和任何东西无关。
光和时空，可能是宇宙中最神秘的东西。而探寻它们的关系，是物理学永远要探讨的课题。就像同样的元素，不同的空间结构 组合方式，却能产生不一样的物质，这不得不让人称奇。
而光速不变背后最隐秘的成因，是值得后世科学家们一直探寻的终极话题。
光速不变原理、光的多普勒效应这两者不存在矛盾关系 ，恰恰相反正是有了光速不变原理，才有了狭义相对论，之后才有了光的多普勒效应的解释。
多普勒效应这个词我们并不陌生，中学时期的物理课程上就已经听过学过，比如常见的机械波（如声波）的多普勒效应，原因起自波源与观测者之间存在相对运动，而题目中提到的光的多普勒效应，原则上来讲也是因为波源与观测者存在相对运动而引起的，但需要考虑相对论的修正。
用一个简单的例子，以一个简单的说法来解释一下光的多普勒效应
假设地面上有一发射单色光（即波长恒定）的波源，由波长可以确定光波的周期为定值T1，而小明身上带有一个灵敏度非常高的接收仪器，可以测出光波的变化。
首先小明以一定的速度远离波源，那么波源发出的光想要被小明接收，势必要经过一段路程的追及才行，而这个过程则需要一定时间才能完成，显而易见波源自身测得的周期T1肯定与小明测得的周期T2不一致。
那么两个周期之间存在的关系是否可以表示出来呢？答案是可以，数学推导不难，有兴趣的读者朋友可以试一试。但如果仅仅依靠上段所讲的方面进行推导，你会发现推导出来的结果和教材上的公式完全对不上，这是什么原因呢？
很简单，因为你没有考虑狭义相对论中的运动钟慢效应。如果一些读者朋友正好还熟悉狭义相对论，那么你将这个钟慢效应加进去就你得到正确的光多普勒效应的公式了。
由此可见，光速不变原理（代表狭义相对论）与光的多普勒效应之间非但不存在矛盾，而前者恰恰是后者的原理解释。
光的多普勒效应具体表现就是当波源与观测者相互远离时，观测者测得的波长要比波源处测得的长，表现为红移，反之就是蓝移。
补充一点知识： 此外还有一种红移——“ 引力红移 ”被经常提到，以地球为例，一束单色光向上发出，位于地面上方不同高度处的波长是不一样的，与上文提到了运动钟慢效应类似，这个是因为引力钟慢效应引起的。
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我来给你们秀一把。
有无是两个概念，你把一个杆子伸过去。有一条线。
不伸过去，就没有一条线。