什么是引力红移？

引力红移是在强引力作用下，光波波长变长。这个现象被确认其意义就相当于直接观测到黑洞。科学家从此得到了巨大黑洞存在的强有力的证据。任何星系都存在巨大黑洞。

如果巨大黑同只是存在于特定的星系的话，那么巨大黑洞可能就是这种特定星系特殊演化的结果。但是最近的观测资料开始表明大部分星系中心都存在巨大黑洞。在宇宙中存在着一种相当于星系大小一万分之一以下区域，却释放出100个星系具有的能量的天体，这就是”类星体“。这是一种距离我们极期遥远的天体，距离近都离地球也有20亿光年之遥。从1962年第一个类星体被发现以来，这种天体的真实面目仍是待揭之谜。围绕类星体巨大能量的来源，科学家提出了形形色色的理论和假说，而最终具有生命力的是巨大黑洞之说。

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。

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：