红移hongyi

光谱线频率减小（向红端移动）的效应。通常用波长的相对改变率来表示。红移z=(λ-λ₀)/λ0。自然界中存在两种红移，多普勒红移和引力红移，二者都与相对论效应有关。多普勒红移由光源相对于观测者的运动引起，并含有狭义相对论效应。从洛伦兹变换不难得出，光源发出的光的频率v0与观测者测得该光的频率v之间有关系

式中v为光源相对于观测者运动的速率，θ为光源运动方向与光波传播方向的夹角。当光源向观测者迎面而来时，θ=0,v=v0〔(1+v/c)/(1-v/c)〕1/2，观测到的光有紫移。当光源远离观测者而去时，θ=π_,v＝v₀〔(1-v/c)/(1+v/c)〕1/2，有红移。当光源相对于观测者作横向运动时，θ=π/2,v=v0(1-v²/c²)^1/2，仍为红移，称为横向多普勒效应。此效应是经典光学中没有的，完全由狭义相对论“时钟变慢”引起。引力红移则由弯曲时空中的“时钟变慢”引起。位于引力势低处的钟走得慢，因而置于那里的光源发出的光，在引力势高处的观测者看来，频率会减小，产生红移。例如，静止于球对称星体引力场中的光源，发射频率为v0的光，在无穷远观测者看来，其频率为v=v0，出现红移。式中M为星体质量，r为光源到星体中心的距离，G为引力常数，c为光速。这是一个广义相对论效应。验证广义相对论的引力红移实验，依据的就是这一效应。1868年以来，天文学家陆续发现恒星和星系发出的光有红移现象。1929年哈勃指出，河外星系的红移量z与这些星系离我们的距离成正比，即哈勃定律。河外星系的红移一般看作多普勒红移，红移量越大，表明光源远离我们的速度越大。所以，哈勃定律表明，所有的河外星系都在远离我们，其退行速度v与离我们的距离D成正比。v=HD，这就是哈勃定律的表达式，H为哈勃常数。此经验公式与建立在广义相对论基础上的宇宙膨胀模型一致。更详细的研究表明，宇宙的膨胀是减速膨胀，减速因子q通常定义为q=-/RH，式中R为罗伯逊—沃尔克度规中的标度因子。减速因子可通过对宇宙物质平均密度及星系红移等的观测得到。1963年以后，发现类星体有巨大红移量。如果类星体的红移完全是多普勒红移，并遵从哈勃关系，则它们应有巨大的退行速度，而且距离我们极为遥远，达几十亿甚至上百亿光年。这又很难解释类星体很高的视亮度。或者类星体是巨大的能源，或者它们的红移不完全是多普勒红移，这个问题引起了科学界极大的兴趣。