红移（Redshift）

什么是红移（Redshift）？

红移（Redshift）是指电磁辐射由于某种原因导致波长增加、频率降低的现象，在可见光波段，表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离。相反的，电磁辐射的波长变短、频率升高的现象则被称为蓝移。红移最初是在人们熟悉的可见光波段发现的，随着对电磁波谱各个波段的了解逐步加深，任何电磁辐射的波长增加都可以称为红移。

红移的大小由“红移值”衡量，红移值用Z表示，定义为：

三种红移

• 多普勒红移：物体和观察者之间的相对运动可以导致红移，与此相对应的红移称为多普勒红移，是由多普勒效应引起的。

• 引力红移：根据广义相对论，光从重力场中发射出来时也会发生红移的现象。这种红移称为重力红移。

• 宇宙学红移：20世纪初，哈勃发现，观测到的绝大多数星系的光谱线存在红移现象。这是由于宇宙空间在膨胀，使天体发出的光波被拉长，谱线因此“变红”，这称为宇宙学红移，并由此得到哈勃定律。

多普勒红移

如果一个光源远离观测者，那么就会发生红移(z > 0);如果源向观察者移动，则发生蓝移(z < 0)。这对所有电磁波都适用，并且可以用多普勒效应来解释。因此，这种类型的红移被称为多普勒红移。如果光源以速度v远离观察者，远远小于光速(v≪c)，红移由近似公式：

在相对论情况下:

在相对论情况下且相对运动方向与观察者中的运动方向之间的角度为θ时

宇宙学红移

在20世纪初期，史立佛、哈勃和其他人，首度测量到银河系之外星系的红移和蓝移，他们起初很单纯的解释是多普勒效应造成的红移和蓝移，但是稍后哈勃发现距离和红移之间有着粗略的关联性，距离越远红移的量也越大。理论学者几乎立刻意识到这些观察到的红移可以用另一个不同的机制来解释，哈勃定律就是红移和距离之间相互作用的关联性。

结果是，光子在通过扩张的空间时被延展，产生了宇宙学红移。光子因为经过膨胀的空间使波长增加而红移。天文学家有时会以“退行速度”来取代在膨胀宇宙中遥远的星系的红移，即使很明显的只是视觉上的退行。

在宇宙学红移中v > c是可能的，因为空间会使物体（例如，从地球观察类星体）远离的速度超过光速。更精确的，"遥远的星系退行"的观点和"空间在星系之间扩展"的观点可以通过坐标系统的转换来连系。 要精确的表达必须要使用数学的罗伯逊-沃尔克度规。

引力红移

在广义相对论中，引力井内有时间扩张。这被称为引力红移或爱因斯坦移位。 这种效应的理论衍生源于爱因斯坦方程的施瓦茨柴尔德溶液，该解为红移提供了以下公式，该公式与在未充电、非转动、球形对称质量的引力场中旅行的光子相关：

这种效应非常小，然而它在黑洞附近意义重大，当物体接近事件视界时，红色移位变得无限。这也是宇宙微波背景辐射中角尺度温度波动的主要原因（萨克斯-沃尔夫效应）。