La Teoría Especial de la Relatividad nos dice que dos personas medirán para un rayo de luz exactamente la misma velocidad. Pero no nos dice que la frecuencia relativa de las ondas electromagnéticas que forman a dicho rayo de luz se mantendrá igual independientemente de que el rayo de luz sea enviado por alguien que se esté alejando o acercando de nosotros. Gracias a un fenómeno conocido como el efecto Doppler, podemos saber si la persona que nos envió un rayo de luz se está acercando o alejando de nosotros siempre y cuando conozcamos el color de la luz (que depende directamente de la frecuencia de la onda electromagnética del haz que nos está llegando).

 

Si esperamos que alguien situado en una parte remota de la galaxia nos envíe un rayo de luz de cierto color, y el rayo de luz que recibimos es exactamente del mismo color que esperábamos, entonces aquella persona está estacionaria con respecto a nosotros (o por lo menos se encontraba estacionaria con respecto a nosotros cuando nos envió el rayo de luz). Pero si el color que nos llega es diferente, si el color aparece corrido hacia un extremo de la gama de colores como la que obtendríamos de un prisma de vidrio

 

 

 

 

 

 

 

 

Dentro del esquema de la Teoría Especial de la Relatividad, aunque una onda luminosa siempre tendrá la misma velocidad en marcos distintos de referencia, la frecuencia de la señal luminosa cuando salió disparada de su fuente tendrá también un desplazamiento Doppler como podemos verlo en la siguiente analogía con las ondas acústicas:

 

 

 

 

 

 

De este modo, aunque un rayo luminoso siempre tenga la misma velocidad c con respecto a cualquier marco de referencia, el hecho de que la frecuencia de la señal luminosa que nos llega de la fuente dependa directamente del que la fuente luminosa se esté acercando o alejando de nosotros nos proporciona una ayuda útil para tratar de determinar el movimiento relativo de dicha fuente con respecto a nosotros. Para que la información nos pueda ser de utilidad, necesitaríamos además una referencia universal con respecto a la cual pudiéramos medir la magnitud del corrimiento. Afortunadamente, tal referencia universal existe, y son las líneas de los espectros de emisión y absorción característicos de los elementos de la tabla periódica. Cada elemento tiene sus propias líneas de emisión y absorción, y cada línea representa una frecuencia específica, invariable. 

 

 

 

 

 

Clásicamente, para una fuente de la cual está emanando un sonido con una frecuencia característica f0 en un medio como el aire en el que dicho sonido se propaga con una velocidad V, cuando la fuente se está moviendo con una velocidad v con respecto a un observador estacionario, el cambio por el efecto Doppler de dicha frecuencia f0 a una frecuencia f está dado por la siguiente relación: