Bạn có thể dùng hiệu ứng Doppler để chứng minh với CSGT mình không vượt đèn đỏ hay không?

Những ngày đầu năm 2025, người điều khiển phương tiện giao thông ở Việt Nam đang dần làm quen với mức phạt mới cho hành vi vượt đèn đỏ, được quy định theo Nghị định 168/2024/NĐ-CP của Chính phủ.

Theo đó, người điều khiển ô tô vượt đèn đỏ sẽ bị nâng mức phạt từ 4-6 triệu đồng lên 18-20 triệu đồng. Và người điều khiển xe máy vượt đèn đỏ sẽ bị nâng mức phạt từ 800.000- 1 triệu đồng lên 4-6 triệu đồng.

Các mức phạt rất cao này được cho là để răn đe hành vi có thể gây nguy hiểm cho bản thân người vượt đèn đỏ và những người cùng tham gia giao thông khác. Cảnh sát giao thông cũng đã sử dụng camera giám sát để ghi hình tài xế vượt đèn đỏ, đồng thời in hình ảnh vi phạm tại chỗ để lập biên bản và xử lý.

Gần như, người tham gia giao thông không còn có thể cự cãi nếu thực sự họ đã vượt đèn đỏ.

Nhưng độ "nóng" của quy định mới trong những ngày này có thể đưa chúng ta quay trở lại với một bài toán kinh điển trong chương trình vật lý phổ thông. Rằng nếu bạn bị cảnh sát giao thông dừng xe để phạt vì lỗi vượt đèn đỏ, bạn có thể nói với anh ấy rằng hiệu ứng Doppler đã khiến bạn nhìn đèn đỏ thành đèn xanh hay không?

Vì việc đèn đỏ biến thành đèn xanh trong trường hợp này là hoàn toàn khách quan, tuân thủ theo các nguyên tắc của vật lý, bạn không hề có chủ ý vượt đèn đỏ nên sẽ tránh được việc bị xử phạt?

Hãy cùng ôn lại một số kiến thức vật lý cơ bản và thú vị trong trường hợp này.

Hiệu ứng Doppler là gì?

Lắng nghe tiếng còi của một chiếc xe cứu thương đi qua mình, bạn có nhận thấy một hiện tượng kỳ lạ: Khi tiến đến gần bạn thì tiếng còi xe cứu thương nghe rất đanh và dồn dập. Nhưng một khi chiếc xe cứu thương đã vượt qua, tiếng còi hú của nó lại trở nên trầm hơn và giãn ra hơn.

Đó là Hiệu ứng Doppler được đặt theo tên nhà toán học và vật lý học người Áo Christian Andreas Doppler, người đã phát biểu nó lần đầu tiên vào năm 1842. Theo Doppler, sự thay đổi cảm nhận về tiếng còi xe cứu thương xảy ra là do tần số quan sát được của một sóng luôn phụ thuộc vào tốc độ tương đối của nguồn phát sóng và người quan sát.

Đối với một người quan sát đứng im và nguồn phát sóng đứng im, hoặc chuyển động với cùng vận tốc và giữ khoảng cách tuyệt đối với nhau, tần số sóng là cố định. Nhưng nếu một trong hai đối tượng dịch chuyển hoặc cả hai đều dịch chuyển tương đối với nhau, tần số sóng quan sát được (f) từ điểm thu hoặc điểm quan sát sẽ biến thiên với tần số sóng thực (f0) theo công thức:

Trong đó, v là vận tốc lan truyền của sóng trong môi trường, v _r là vận tốc tương đối của người quan sát đối với môi trường, v _s là vận tốc tương đối của nguồn sóng đối với môi trường.

Để dễ hiểu hơn, bạn có thể tưởng tượng đến các gợn sóng trên mặt nước khi bạn ném một hòn sỏi xuống hồ. Các gợn sóng lan ra mọi phía, giống như cách sóng âm thanh lan ra. Nếu có một con vịt bơi qua các gợn sóng, bạn sẽ thấy các gợn phía trước con vịt dày đặc hơn, khi các sóng đó "chen chúc" nhau, còn các gợn phía sau con vịt sẽ thưa hơn khi sóng được "giãn ra".

Hiệu ứng Doppler xảy ra với mọi loại sóng, do đó, sóng ánh sáng cũng không ngoại lệ. Trên thực tế, Doppler đã quan sát thấy hiệu ứng mang tên mình khi ông quan sát các ngôi sao trên bầu trời.

Khi những ngôi sao dịch chuyển ra xa Trái Đất, tần số sóng ánh sáng phát ra từ chúng quan sát được từ Trái Đất sẽ bị suy giảm, dẫn đến bước sóng gia tăng về phía ánh sáng màu đỏ, khiến ngôi sao trông sẽ "đỏ hơn" bình thường. Hiện tượng này được gọi là "dịch chuyển đỏ".

Trong trường hợp ngược lại, khi bạn tiến về phía nguồn phát sóng đứng im, chẳng hạn như một chiếc đèn đỏ, tần số sóng ánh sáng sẽ tăng lên, khiến bước sóng giảm đi, dẫn tới hiện tượng "dịch chuyển xanh".

Về mặt lý thuyết, bạn có thể nhìn thấy một chiếc đèn đỏ biến thành màu xanh, khi đang di chuyển về phía nó. Đó là hiệu ứng Doppler.

Bài toán vượt đèn đỏ

Bây giờ, chúng ta quay trở lại với bài toán: Một sinh viên chuyên lý vượt đèn đỏ và nói với cảnh sát giao thông rằng vì cậu ấy đang lái xe tiến đến gần nguồn phát ra ánh sáng đỏ (ở bước sóng 700 nm), nên hiệu ứng Doppler đã gây ra sự "dịch chuyển xanh". Nghĩa là tần số sóng đã tăng lên, khiến ánh sáng có màu xanh (ở bước sóng 500 nm) đối với người quan sát.

Vì hiệu ứng Doppler là hiện tượng khách quan, cậu sinh viên chỉ vô tình vượt đèn đỏ mà thôi. Và cậu ấy đang xin cảnh sát giao thông không phạt mình.

Cần phải nói rằng hiệu ứng Doppler không phải thứ gì quá cao siêu với một cảnh sát giao thông, bởi súng bắn tốc độ của họ cũng hoạt động theo cơ chế tương tự.

Thiết bị này phát ra một chùm tia bắn vào phương tiện đang di chuyển, sau đó, sử dụng tần số sóng phản xạ bị thay đổi, do hiệu ứng Doppler, để tự động tính toán ra tốc độ di chuyển của xe.

Vậy nên nếu bạn nói với cảnh sát giao thông rằng hiệu ứng Doppler đã khiến bạn nhìn thấy đèn đỏ có màu xanh, anh ấy có thể tính ra vận tốc mà bạn cần di chuyển để đạt tới hiệu ứng đó. Công thức là như sau:

Trong đó, v là vận tốc di chuyển của bạn, c là vận tốc ánh sáng, ∆λ là sự biến thiên bước sóng quan sát được, λ0 là bước sóng thực của nguồn sáng đứng yên.

Chúng ta lần lượt thay c = 300000 km/s, λ0 = 700 nm, ∆λ = 500 - 700 = -200 nm, vào công thức sẽ được:

Lưu ý, số âm ở đây thể hiện việc bạn đang di chuyển đến gần nguồn sóng là chiếc đèn đỏ, với tốc độ 85.710 km/s.

Đây là tốc độ không tưởng, bởi nó tương đương với gần 1/3 tốc độ ánh sáng. Do đó, bạn sẽ chỉ có thể thấy đèn đỏ chuyển thành đèn xanh nếu bạn lái xe ở vận tốc 85.710 km/s tương đương với 308.556 km/h.

Cứ cho là bạn có thể làm được điều đó, cảnh sát giao thông có thể phạt bạn lỗi vượt quá tốc độ. Trong khung hình phạt mới được áp dụng từ năm 2025, Nghị định 168/2024/NĐ-CP quy định như sau:

Xe máy đi quá tốc độ quy định trên 20 km/h sẽ bị phạt tiền từ 6 triệu đến 8 triệu đồng, đồng thời người vi phạm sẽ bị trừ 04 điểm giấy phép lái xe . Ô tô đi quá tốc độ quy định trên 35 km/h sẽ bị phạt tiền từ 12 triệu đến 14 triệu đồng, đồng thời người vi phạm sẽ bị trừ 06 điểm giấy phép lái xe.

Dù sao thì bạn vẫn sẽ bị phạt, và tiền phạt lỗi quá tốc độ thậm chí còn cao hơn trong trường hợp bạn đi xe máy. Nó chỉ thấp hơn nếu bạn đi ô tô, trong trường hợp bạn có thể chứng minh với cảnh sát giao thông rằng bạn vừa lái xe với vận tốc xấp xỉ 1/3 tốc độ ánh sáng.

Nói tóm lại, hiệu ứng Doppler thực sự có thể gây ra hiện tượng dịch chuyển xanh, biến đèn đỏ mà bạn thấy thành đèn xanh phía trên võng mạc của bạn. Nhưng để đạt tới hiệu ứng đó, bạn phải di chuyển với vận tốc lên tới 308.556 km/h.

Điều đó là không tưởng - ít nhất là ở thời điểm hiện tại, nên cảnh sát giao thông vẫn phạt bạn.