宇宙學紅移

當你把一個遙遠星系的光分解成各種顏色時，你會看到由它的原子造成的那串熟悉的暗線條碼——但整個圖樣向紅端、即更長波長的一端偏移了。星系越遠，偏移越大。這種把光拉長到更紅波長的現象，就是宇宙學紅移，也是觀測宇宙學裡最重要的單一測量。

關鍵在這裡，而且很微妙：宇宙學紅移並非星系穿過空間疾馳遠去所造成的都卜勒效應。實情是，當那束光在宇宙中飛行的途中——常常飛了數十億年——空間本身膨脹了，這膨脹把光波連同其餘一切一起拉伸，使其波長變長。一束發出時是藍色的波，抵達時成了紅色，僅僅因為它穿行過的空間長大了。這個量由一個叫紅移的數捕捉，記作 z，其定義使觀測波長等於發射波長的 (1 + z) 倍。一個 z = 1 的星系，光的波長翻了一倍，意味著那束光啟程時宇宙只有今天的一半大；z = 9 則意味著光離開時宇宙只有當前尺度的十分之一。

宇宙學紅移是宇宙學家通用的標尺和鐘。通過哈勃定律它給出距離，又因為光是很久以前離開的，它還告訴我們回溯時間，讓我們像數樹木年輪那樣一層層讀出宇宙的歷史。空間望遠鏡看到的最深的星系處在 z = 10 之外，它們的光是在宇宙才幾億歲時發出的。誠實的提醒：在小距離上，紅移可以很好地近似為一個普通的都卜勒速度，這正是教科書常把它說成退行速度的原因，但在宇宙學距離上那幅圖景就失效了，正確的說法是被拉伸的空間。