什么是引力红移

引力红移,在地球上看大质量的天体,它的光谱会向红端移动

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引力红移
引力红移

根据狭义相对论推知，当从远离引力场的地方观测时，处在引力场中的辐射源发射出来的谱线，其波长会变长一些，也就是红移（当发生相对运动的两个物体之间的距离相互远离时，在它们之间传播的电磁波的频率会变低，这种现象称为红移。若是相互接近，频率会变高，称为紫移 。）只有在引力场特别强的情况下，引力造成的红移量才能被检测出来。引力红移现象首先在引力场很强的白矮星上检测出来。

在爱因斯坦完成广义相对论之前，他就已经得出引力将会影响光波频率和波长的结论。由于引力的作用，当向上行进远离地表的时候光波会损失一部分能量，从而波长变长，频率下降。但是由于地球重力不是很强，这个效应并不明显。直到1960年，哈佛大学的Robert Pound和Glen Rebka才最终成功地通过测量验证了这个关键的预言，并在《物理学评论快报》（Physical Review Letters: PRL）上报导了他们的结果。今天，这个所谓的引力红移（Gravitational Redshift）效应对于了解宇宙，以及操作全球定位系统（Global Positioning System: GPS）起着至关重要的作用。

假设一个光脉冲从高处向下发出。光波向下运行到达地面，就好像跳水运动员由于受到重力的拽引相对于地面被加速，原本静止在地面的探测器相对于光向上做加速运动。相对于光脉冲而言，光源在发出光脉冲的时候是静止的；但是当光脉冲被探测到的时候，探测器迎着光脉冲运动。由于多普勒效应（Doppler Effect）的影响，探测器测到的光波的频率变大。

在相对论中，一个没有重量，从而不被重力加速的自由落体（Freefall）观测者所处的参考系是一个“公正”的参考系（Impartial Reference Frame）。静止的观察者不能够判断光源和探测装置的相对运动，因为它们都处在重力场中，而这种情况可以通过加速地面和高台来等效地模拟。这些物理学家们把这种光波频率的改变称为引力红移而不是多普勒效应。

为了测量这种光波频率的细微改变，物理学家们必须找到一个频率能够被非常精确地