救护车从身边驶过，警笛的音调会从尖变钝。喇叭本身没有换频率，变的是每秒到达耳朵的波峰数量。光也有同样的行为，只是它不在空气里被压缩，而是在赶路的过程中被空间本身拉长。天文上说的「红移」指的就是这件事，但它的含义比「颜色变红」要严格得多，也可测量得多。
红移 z 的定义是波长变化量与原始波长之比，z=1 时整条谱线的波长都变成原来的 2 倍，不是只把蓝光染成红光。宇宙学红移来自空间膨胀，z≈1100 对应今天 2.725 K 的微波背景；而把红移换算成「多少光年」，必须假定一整套宇宙学参数。
红移是一个比值，不是一层颜色
定义很朴素：z 等于观测波长减去原始波长，再除以原始波长。z=0.1 表示波长长了 10%，z=1 表示翻倍。
关键判据是「整体性」。一条谱线从 500 nm 移到 550 nm 时，同一条谱里 600 nm 的线会移到 660 nm，两条线之间的间隔也从 100 nm 变成 110 nm。所有波长乘上同一个因子 1+z。
这一点把红移和「变暗」「变色」分开了。滤镜只会削掉一部分颜色，不会让整条谱的刻度变长。
三种机制都能造成红移，区分靠谱线怎么动
多普勒红移来自天体相对我们的本动速度，量级由 v/c 决定。引力红移来自光子爬出引力势阱，量级由 GM/(Rc²) 决定。宇宙学红移来自空间尺度因子在光行时间内变大。
三者在单条谱线上长得几乎一样。宇宙学红移多出两个特征：光变时标被拉长，表面亮度按 (1+z)⁴ 下降，这两条是膨胀特有的。
超新星的光变变慢，是膨胀最硬的一张收据
高红移 Ia 超新星的光变曲线整体被拉长 1+z 倍：近处 20 天走完的上升段，在 z=0.5 处要花 30 天。
这条观测很难用「光在路上损失能量」解释。疲劳光模型能让波长变长，却不会让物理过程变慢，也不会让表面亮度额外下降。三件事同时出现，只对应一种几何。
红移是测出来的，距离是算出来的
z 来自光谱，是直接观测量，误差可以做到千分之几。距离不是。
从 z 到距离要经过一套含 H0、Ωm、ΩΛ 的积分。同一句「这个星系在 77 亿光年外」，换一套参数就变成七十多亿或八十多亿。哈勃 1929 年那条 v = H0·d 的线性关系，只在 z 远小于 1 时才够用。
所以读到「多少亿光年」时，字面之外还藏着一句话：它用的是哪套宇宙学。
| 参数 | 数值 | 口径与来源 |
|---|---|---|
| z=0.1 的波长拉伸 | 约 10% | 定义式计算 |
| z=1 的波长拉伸 | 100%，即波长 ×2 | 定义式计算 |
| z=1 对应的光行时间 | 约 77 亿年 | Planck 2018 参数 |
| 复合时期红移 | z ≈ 1100 | Planck 2018 |
| 光谱确认的最远类星体 | 约 7.6 | J0313-1806，2021 |
| 超新星光变时标拉伸 | 1+z 倍 | 高红移 Ia 观测 |
哪些是观测，哪些还是推断
常见问题
低红移时可以这么理解，高红移时说法要改。不是星系在空间里飞走，而是星系之间的空间在增加。两种描述在近处近似等价，在远处只有后者成立。
这类模型解释不了光变时标被拉长，也解释不了表面亮度额外下降。要让三件事同时成立，需要一种专为此设计的相互作用，而它没有独立证据。
基本不能。z=0.1 时 500 nm 的绿光只移到 550 nm；要到 z=0.5 以上才明显偏红，而那时星系已暗到必须长曝光。
延伸阅读
- Hubble, E. 1929, PNAS 15, 168
- Weinberg, S. 2008, Cosmology, Oxford University Press，第 1 章
- NASA/IPAC Extragalactic Database（ned.ipac.caltech.edu）