【正文】 速的彩超正和 X射線 DT核磁共振等其他影像技術(shù)一起，形成了相互印證、相互補充的綜合性檢查體系，為及早發(fā)現(xiàn)各種疾病，保障人類身心健康發(fā)揮著越來越重要的作用。例如，在小器官當中，彩超較黑白超有明顯診斷準確性的主要 是乳腺、甲狀腺； 彩超對婦產(chǎn)科主要優(yōu)點在于良惡性腫瘤鑒別及胎盤功能臍帶疾病、胎兒先心病的評估，對于繼發(fā)性高血壓的常用病因之一 —— 腎動脈狹窄，彩超基本可明確診斷 [7]。而負向血流有紊亂者則呈青色。根據(jù)電視三原色原理，紅加綠者為黃色，藍加綠者為青色。血流速度的大小以明暗不同的顏色亮度等級來表示。而血流遠離探頭時，二者疏遠，似有離愁之意，屬冷調(diào)，故以藍色表示。在彩色血流顯像系統(tǒng)中，通常采用“正紅負藍”法表示血流的方向。彩超是將二維彩色血流信息，重疊顯示于同一監(jiān)視器 的二維黑白結(jié)構(gòu)圖像的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)，從而實現(xiàn)解剖結(jié)構(gòu)與血流狀態(tài)兩種圖像相互結(jié)合的實時顯像 [16]。血液向著超聲源運動時，反射波的頻率增加；血液離開超聲源運動時，反射波的頻率減少，反射波頻率增加或減少的量，與血液流動速度成正比，因此可根據(jù)超聲波的頻率變化量，測定血液1 2 1 1 運動粒子 ? 激光器 L 光電探測器 鑒頻器 v 2 1 圖 4 激光雷達測風(fēng)速原理圖 16 的流速 [8]。例如，在檢查心臟、血管的運動狀態(tài)時 ，為了了解血液的流動速度，可以通過發(fā)射超聲波來實現(xiàn)。 從激光器發(fā)出頻率為 0f 的光波，經(jīng)分光板分成光束 1 和光束 2，光束 2 直接送到光電探測器，光束 1 射向速度為 v 的運動粒子 (風(fēng) )(v 遠小于 c)， ? 為運動粒子的運動方向與被其反射后的光束 1 的傳播方向的夾角，可知運動粒子接收到的頻率為 01 )c o s1( fcvf ???[14] () 經(jīng)粒子反射后形成頻率為 f1的回波，經(jīng)光電探測器被送到鑒頻器，其頻率為 00212 )c os21()c os1()c os1( fcvfcvfcvf ??? ?????? () 則 012 c o s2 fcvfff ????? () 所以 ff cv ?? ?cos2 0 () ? 角可根據(jù)激光雷達接受到的回波方向測定，這樣可根據(jù) f? 計算出風(fēng) 的運動速度 [15]。 B v ? r A 圖 3 定位示意圖 圖 2 紅巨星的輕基脈塞氣殼與雙峰示意圖 15 激光雷達測風(fēng)速 激光雷達測風(fēng)速是利用光分差探測技術(shù)獲得激光多普勒頻移信息，進而求出風(fēng)速。 觀測站可根據(jù)所測量的接收頻率 rf 而得出多普勒頻移 f? ，再經(jīng)過技術(shù)與數(shù)學(xué)處理，求出某一瞬時衛(wèi)星 B 與觀測站 A 的距離 r 從而確定觀測站的位 置 [13]。 衛(wèi)星多普勒定位技術(shù) 設(shè) B 為衛(wèi)星，它以相對于觀測站 A 的速度 v 運動 (v 遠小于 c)，如圖 3 衛(wèi)星 B 上有可發(fā)射頻率為 sf 的無線電信號發(fā)射源 [12]。 多普勒效應(yīng)還提供了地球到脈塞區(qū)域的距離，通常同時測定氣殼的角直徑和紅蘭移信號之間的延遲時間就可以確定到該星系的距離 [11]。既使紅巨星本身不能用光學(xué)望遠鏡看到，也能探測到它的特征雙峰。由于恒星風(fēng)是徑向運動的，因此在來自紅巨星和地球之間的那一 部分氣體云所發(fā)出的光由于多普勒效應(yīng)將產(chǎn)生頻率蘭移，意味著逐漸靠近的源；而來自紅巨星背地側(cè)的那一部分氣體云發(fā)出的光子頻率產(chǎn)生紅移，意味著逐漸退行的源，來自氣殼不同部分的發(fā)射可以用它們的多普勒頻移加以區(qū)分。在一些星際氣體云中能夠自發(fā)的滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而形成光放大，產(chǎn)生強烈連貫的微波激射，如在恒星演化的晚期階段將變成紅巨星，從其表面所噴射出來的恒星風(fēng)里富有發(fā)出脈塞輻射的分子，例如經(jīng)基分子從距離恒星大約 10u 英里的一個氣殼里發(fā)出脈塞輻射，這些輻射提供了恒星這一階段的寶貴信息。 1993 年哈佛 —— 斯密森天體物理中心報道了對星系 —— M33 中的水蒸汽脈塞運動的首批測量結(jié)果，前不久他們繪制 了一個更為遙遠的旋渦星系 —— M106 中的脈塞源。 脈沖星的伴星的引力場使經(jīng)過它附近的信號發(fā)生彎曲，二級多普勒效應(yīng)紅移與引力紅移相結(jié)合造成脈沖星在更靠近伴星的更強引力場中時的時鐘變慢。當脈沖星作朝向地 球運行時多普勒效應(yīng)加快了脈沖速度。如果鄉(xiāng)巴泳沖星看作是在它伴星的強引力場中作軌道運動的一臺時鐘，那么由于多普勒 效應(yīng)使得這些脈沖抵達地球的時間產(chǎn)生周期性的變化。 他們在觀測中發(fā)現(xiàn)脈沖星信號的時間間隔以規(guī)律的方式發(fā)生變化，而只有來自雙星光的波長會發(fā)生類似的變化。 多普勒效應(yīng)在天體脈塞和中子雙星探測中的應(yīng)用 1993 年諾貝爾物理獎由阿默斯特馬薩諸塞大學(xué)的 Hulse 和 Tyaior 兩位天文學(xué)家 13 所贏得，其成果是發(fā)現(xiàn)了被命名為 PsR1913+16 的奇異射電源正在繞著一顆伴星作軌道運行，并推斷這顆伴星一定是中子星 [9]。 天體物理是當今物理學(xué)研究的重要領(lǐng)域，而光是目前認識宇宙的唯一信使，多普勒效應(yīng)在其中有著極為重要的作用。產(chǎn)生這種本質(zhì)區(qū)別的根本原因是由于聲波的傳播速度遠小于光速 c，聲波不符合相對論原理；而光波的傳播速度為 c，且與所選取的參照系無關(guān)，光波符合相對論原理。 由以上的討論可以看出，雖然聲波和光波都存在多普勒效應(yīng)，但聲波多普勒效應(yīng)與光波多普勒效應(yīng) 之間存在著本質(zhì)的區(qū)別： （ 1）聲波和光波都存在縱向多普勒效應(yīng)，聲波縱向多普勒效應(yīng)與聲源的運動和觀測者的運動都有關(guān)，而光波縱向多普勒效應(yīng)卻只與光源和觀測者之間的相對運動有關(guān)。0 tttt ??? ，于是由 ()式得 ff?39。 聲波的橫向多普勒效應(yīng) 由于聲波的傳播速度遠小于光速 c，因而聲波不符合相對論原理 .對聲波而言，其時空變換關(guān)系符合伽利略變換，即有 39。0 1)( cvtttt ???? () 把上式代入 ()式得 fcvf 2239。 光波的橫向多普勒效應(yīng) 光波的傳播速度為常數(shù) c，其與所選的參照系無關(guān)，因而光波符合相對論原理，其時空變換關(guān)系符合洛侖茲變換，即有 12 2239。039。039。 ??? SRRSBS ， ()式變?yōu)? 012 tttt ??? （ ） 由 ()、 ()和 ()式得 )()(39。 0ttvSSSRRSBS （ ） 上式中 0tt? 是微小量， ?? 也是微小量，故 ??? sin)( 0tt 是二級微小量，略去不計，則有 039。39。 也 很短，可以認為 SB ⊥ RS39。39。012 )( vSRRStttt ????? （ ） 我們在 RS39。f ，則有 )(39。00 ttfhh ??? ? （ ） 對于觀測者，其接收到波源所發(fā)出的位相為 0h 的波的時刻為 001 vSRtt ?? （ ） 其所接收到波源所發(fā)出的位相為 h 的波的時刻為 039。設(shè)波源所發(fā)射的波的頻率為 t ，則有 )39。S 處發(fā)射位相為 h 的波的時刻，相對于靜止參照系 R 是 t ，而相對于運動參照系 S 是 39。S 處，波源在 S 處發(fā)射位相為 0h 的波的 時刻，相對于靜止參照系 R 是 0，而相對于運動參照系 S 是 39。 以靜止的觀測者 R 建立靜止參照系，運動的波源 S 建立運動參照系。 因此，聲波和光波都存在縱向多普勒效應(yīng)，但聲波的縱向多普勒效應(yīng)不僅與聲源的運動有關(guān)，而且與觀測者的運動也有關(guān)，而光波的縱向多普勒效應(yīng)卻只與光源和觀測者之間的相對運動速度有關(guān)。????? 將上式與 ()式聯(lián)合解方程組，即可得到光波的縱向多普勒頻移公式 fuc ucf ???39。f 。設(shè)觀測者與光源的相對運動速度為 u ，則根據(jù)洛侖茲速度合成法則有 21 cvvvvu sr sr??? （ ） 設(shè)光源所發(fā)出的光波頻率為 39。因此，聲波的縱向多普勒效應(yīng)不僅與聲源的運動有關(guān)，而且還與觀測者的運動有關(guān)。由 ()式可知， rv處于分子而 sv 處于分母，這表明聲源的運動或觀測者的運動所引起的頻率的改變是不R 圖 1 波源和觀測者相對運動 S sv 圖 波源和觀測者相對運動rv s 圖 波源和觀測者相對運動 10 相同的。 （ ） 其中 39。當觀測者相對于介質(zhì)的運動速度 rv 或波源相對于介質(zhì)的運動速度超過聲波的傳播速度 0v 時，觀測者或波源運動到聲波的前面，聲波的多普勒效應(yīng)不再有任何物理意義，因此有 cvr?? ， cvs?? ，2sv / 02?c ， 2rv / 02?c 。f 為觀測者所觀測到的波的頻率， f 為波源所發(fā)出的波的頻率， c 為光速。 由圖 1 我們得到普遍適用的縱向多普勒效應(yīng)頻移公式 [8] fcvcvvvvvfrssr2222001139。 多普勒效應(yīng)是波動中的一種普遍現(xiàn)象，不僅在彈性介質(zhì)中傳播的機械波 (如聲波 )存在多普勒效應(yīng)，而且不需任何介質(zhì)也能傳播的電磁波 (如光波 )也存在多普勒效應(yīng)。同樣的道理，當觀察者遠離波源，觀察者在單位時間內(nèi)接 收到的完整波的個數(shù)減少，即接收到的頻率減小。當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率會改變。 值得注意的是，無論是觀察者還是波源運動，雖然都能引起觀察者所觀測的波的頻率的改變，但 頻率改變的原因都不同：在觀察者運動的情形中，頻率的改變是由于觀察者觀測到完整波數(shù)目的增加或減少；在波源運動的情形中，頻率的改變是由于察者觀測到波長縮短或伸長了，即波長發(fā)生了變化。 （ ） 即觀察者接收到的頻率低于波源的頻率。 （ ） 即觀察者接收到的頻率高于波源的頻率。 ??? （ ） 這表明，當波源背離靜止的觀察者運動時，觀察者接收到的頻率低于波源的頻率 [2]。 ??? （ ） 這表明，當波源背離靜止的觀察者運動時，觀察者接收到的頻率低于波源的頻率。 ?? （ ） 這表明，當觀察者背離靜止的波源運動時，其接收到的頻率低于波源的頻率 [7]。上式中， v 為波源的頻率， u 是波在靜止介質(zhì)中的傳播速度。 波源靜止觀察者運動的情形 當波源不動，觀察者以速率 0v 相對