红移
hóng yí
红移是指光被拉伸到更长、更偏红的波长，这表明某个星系或恒星正在远离观测者。
Definition
红移是指从正在远离我们的天体发出的光被拉伸，使其光谱中的颜色整体向红端偏移；而正在靠近的天体发出的光则会发生蓝移。天文学家通过比较星系光谱中的谱线与实验室中测得的同一谱线的位置来探测红移，几乎所有遥远星系都表现出红移，这正是宇宙正在膨胀的证据。红移的定义为 $z = (\lambda_{\text{observed}} - \lambda_{\text{emitted}})/\lambda_{\text{emitted}}$，在速度较小时遵循多普勒关系 $z \approx v/c$。宇宙学红移并不是天体在空间中的运动造成的，而是空间本身膨胀拉伸了波长所致，$1 + z = a(t_{\text{now}})/a(t_{\text{emitted}})$；此外还有第三种红移，即引力红移，它是光从引力势阱中挣脱而出时产生的。
Example
救护车远去时警笛声调会变低，光在光源远离时也会以类似的方式向红端偏移。氢在实验室中会发出一条位于 $656\ \text{nm}$ 处的红色谱线；在一个遥远星系中，这条谱线可能会出现在 $670\ \text{nm}$ 处，说明这个星系正在远离我们。如果某个星系的氢-alpha谱线本应在 $656.3\ \text{nm}$ 处，却被观测到在 $721.9\ \text{nm}$ 处，那么 $z = 65.6/656.3 \approx 0.10$；目前已确认的最遥远星系的红移 $z$ 超过 $10$，这意味着它们发出的光的波长被拉伸到了原来的 $11$ 倍以上。
Key Insight
红移并不意味着星系在你眼中看起来是红色的，它指的是星系光谱中所有谱线的位置都整体向红端稍稍移动了。红移越大，星系距离我们就越远，我们看到的也是越久远的过去，因此红移既是一种测速的工具，也是一把测距的尺子。在红移很大时，$z$ 不再对应一个简单的速度：$z = 10$ 的星系并不是以十倍光速运动，而是它的光是在宇宙比现在小 $11$ 倍时发出的。