引力的影响：红移现象与宇宙扩张

爱因斯坦的等效原理预测，电磁辐射在远离一个引力水井时，其波长会延长，这个现象被称为引力红移。通过爱因斯坦E=mc2和普朗克有关能量与频率关系的E=hf公式，我们很容易便可以得出：当光子远离一个引力场后，它会失去能量。因为光子以光速运动，这种能量的损耗更会被认为是频率减小而非速度降低。频率减小对应在光谱上就是“红移”，即移向频率更小、波长更长的区域。

红移现象假想图

光线弯曲，时间变慢

爱因斯坦意识到等效原理带来的一个结果就是引力会让光线弯曲。想象物理学家所在的那个盒子正在太空中加速运动，这时一个光子正好穿过这个盒子，因为盒子正在向上加速，所以光子应该会向下落。但是，引力场等同于加速运动，这个原理在这里也适用。(www.xing528.com)

第二个结果是时间在引力场中会变慢，这个效应被称为引力时间膨胀效应，也就是说与同一个大型物体（可以产生一个引力场）距离不同的观察者们，会对两件事间的时间间隔有不同的测量结果。所以，盒子外面的观察者，也就是引力场外的观察者会看到光子沿直线运动，而盒子里面的物理学家则看到光子沿一条更长且弯曲的路线运动。因为光速不变，且光子必须在相同时间内完成以上两个运动，物理学家的钟表肯定要慢一些。

红移带来的另一个结果是时间变慢，但并不明显。如果我们从地球表面向天空发射一束光，位于高空的观察者会看到光的频率变小，也就是说波峰与波峰之间的时间间隔在变长。对高空中的观察者来说，地球上发生的一切都变慢了。广义相对论的这一推测在1962年被证实。实验人员将两个原子钟放在同一个塔的塔顶和塔底，结果塔底的钟确实比塔顶的钟走得慢，这个偏差与预测一致。

红移的第二个例子被称为宇宙红移，这也成为宇宙扩张的佐证，后面我们会谈到。