什么是红移的机制

：一个光子在真空中传播可以有几种不同的红移机制，每一种机制都能产生类似都卜勒红移的现象，意谓著z是与波长无关的。这些机制分别使用伽利略、罗伦兹、或相对论转换在各个参考架构之间来比较。转换的架构所在度规定义都卜勒红移伽利略转换欧几里得度规相对论的都卜勒罗伦兹转换闵可夫斯基度规宇宙论的红移广义相对论转换FRW度规重力红移广义相对论转换史瓦西度规都卜勒效应如果一个光源是远离观测者而去，那么会发生红移(z0)，当然，如果光源是朝向观测者移动，便会产生蓝移(z相对论的都卜勒效应更完整的都卜勒红移需要考虑相对论的效应，特别是在速度接近光速的情况下。完整的文章可以参考相对论的都卜勒效应。简单的说，物体的运动接近光速时需要将狭义相对论介绍的时间扩张因素罗伦兹转换因子γ引入古典的都卜勒公式中，改正后的形式如下：如果一个光源是远离观测者而去，那么会发生红移(z0)，当然，如果光源是朝向观测者移动，便会产生蓝移(z相对论的都卜勒效应更完整的都卜勒红移需要考虑相对论的效应，特别是在速度接近光速的情况下。完整的文章可以参考相对论的都卜勒效应。简单的说，物体的运动接近光速时需要将狭义相对论介绍的时间扩张因素罗伦兹转换因子γ引入古典的都卜勒公式中，改正后的形式如下：这种现象最早是在1938年赫伯特E艾凡斯和GR.史迪威进行的实验中被观察到的，称为艾凡斯-史迪威实验。由于罗伦兹因子只与速度的量值有关，这使得洪彝与相对论的相关只独立的与来源的运动取向有关。在对照时，古典这一部分的形式只与来源的运动投影在视线方向上的分量有关，因此在不同的方向上会得到不同的结果。同样的，一个运动方向与观测者之间有θ的角度(正对着观测者时角度为0)，完整的相对论的都卜勒效应形式为：红移而正对着观测者的运动物体(θ=0°)，公式可以简化为：而正对着观测者的运动物体(θ=0°)，公式可以简化为：在特殊的状况下，运动源与测器成直角(θ=90°)，相对性的红移为横向红移，被测量到的红移，会使观测者认为物体没有移动。即时来源是朝向观测者运动，如果有横向的分量，那么在这个方向上的速度可以扩张到抵消预期中的蓝移，而且如果速度更高的还会使接近的来源呈现红移。膨胀的宇宙在20世纪初期，史立佛、哈柏和其他人，首度测量到银河系之外星系的红移和蓝移，她们起初很单纯的解释是都卜勒效应造成的红移和蓝移，但是稍后哈柏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，哈柏定律就是红移和距离之间交互作用的关联性，需要使用广义相对论空间尺度扩张的宇宙论模型来解释。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。这与都卜勒效应所描述的因速度增加所产生的红移不同(这是罗伦兹转换)，在光源和观测者之间不是因为动量和能量的转换，取代的是光子因为经过膨胀的空间使波长增加而红移。这种效应在现代的宇宙论模型中被解释为可以观测到与时间相关联的宇宙尺度因次(a)，如下的形式：在20世纪初期，史立佛、哈柏和其他人，首度测量到银河系之外星系的红移和蓝移，她们起初很单纯的解释是都卜勒效应造成的红移和蓝移，但是稍后哈柏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，哈柏定律就是红移和距离之间交互作用的关联性，需要使用广义相对论空间尺度扩张的宇宙论模型来解释。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。这与都卜勒效应所描述的因速度增加所产生的红移不同(这是罗伦兹转换)，在光源和观测者之间不是因为动量和能量的转换，取代的是光子因为经过膨胀的空间使波长增加而红移。这种效应在现代的宇宙论模型中被解释为可以观测到与时间相关联的宇宙尺度因次(a)，如下的形式：这种型态的红移称为宇宙学红移或哈柏红移。如果宇宙是收缩而不是膨胀，我们将观测到星系以相同比例的蓝移取代红移。这些星系不是以实际的速度远离观测者而去，取代的是在其间的空间延展，这造成了大尺度下宇宙论原则所需要的各向同性的现象。在宇宙学红移z尽管速度是由分别由都卜勒红移和宇宙学红移共同造成的，天文学家(特别是专业的)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。影响所及，在大众化的讲述中经常会以都卜勒红移而不是宇宙学红移来描述受到时空扩张影响下的星系运动，而不会注意到在使用相对论的场合下计算的宇宙学退行速度不会与都卜勒效应的速度相同。明确的说，都卜勒红移只适用于狭义相对论，因此vc是不可能的；而相对的，在宇宙学红移中vc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座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-沃克度量。重力红移在广义相对论的理论中，重力会造成时间的膨胀，这就是所谓的重力红移或是爱因斯坦位移。这个作用的理论推导从爱因斯坦方程式的施瓦氏解，以一颗光子在不带电、不转动、球对称质量的重力场运动，产生的红移：在广义相对论的理论中，重力会造成时间的膨胀，这就是所谓的重力红移或是爱因斯坦位移。这个作用的理论推导从爱因斯坦方程式的施瓦氏解，以一颗光子在不带电、不转动、球对称质量的重力场运动，产生的红移：,此处·G是重力常数，·M是创造出重力场的质量，·r是观测者的径向座标(这类似于传统中由中心至观测者的距离，但实际是施瓦氏坐标)，和·c是光速。重力红移的结果可以从狭义相对论和等效原理导出，并不需要完整的广义相对论。在地球上这种效应非常小，但是经由莫士包耳效应依然可以测量出来，并且在Pound-Rebkaexperiment中首次得到验证。然而，在黑洞附近就很显著，当一个物体接近事件视界时，红移将变成无限大，他也是在宇宙微波背景辐射中造成大角度尺度温度扰动的主要角色。