要理解重力紅移，首先得弄懂都卜勒紅移，而都卜勒紅移的理解又建立在都卜勒效應的基礎之上。
我們對都卜勒效應已經不陌生，在中學的物理課上，這個概念就已經被介紹過。盡管如此，復習這一概念仍然是必要的，因為很多細節我們可能已經忘記了。
想象一下警車在緊急追捕中發出的警報聲，這種聲音會非常響亮。當警車呼嘯而過時，我們常常會註意到警報聲的音調時高時低。
這種現象背後的物理原理是聲波的都卜勒效應。
警車的警報聲是透過空氣中的機械波傳播的。當警車向我們靠近時，我們感覺到的警報聲音調較高；反之，當警車離我們遠去時，聲音則顯得較為低沈。
我們知道，聲波的頻率高，則音調也高，聽起來更尖銳；頻率低，則音調低，聽起來則更加沈悶。
因此，當警車向我們靠近時，聲波的頻率會增加；而當它遠離我們時，頻率則會降低。
但是，許多人可能不清楚為什麽會這樣。實際上，當波源靜止不動時，聲波會像水波一樣均勻地傳播。如果波源沿著聲波傳播的方向移動，會導致波在 那個方向 上緊密起來，波長減小，頻率增高。這就像用一根木棍在水面上快速攪動，使得水波變得更加密集。
那麽，如果警車保持不動，而是我們向警車移動，都卜勒效應還會發生嗎？答案是肯定的，這種情況下，我們感知到的警報聲的頻率也會變高。雖然兩種情況都會產生都卜勒效應，但其背後的原理是不同的。
當波源移動向觀察者時，由於波源本身的移動增加了聲波的頻率，觀察者會感受到音調升高。
相反，如果波源保持不動，而是觀察者移向波源，觀察者會在單位時間內接收到更多的波峰，雖然波源的頻率實際上並未改變，但觀察者的耳朵會誤認為頻率增加了。
透過一個簡單的類比來解釋這一現象：
設想有一輛車和一排等間距站立的人。
這排人代表聲波，而車輛則代表觀察者。
若要在單位時間內讓車撞到最多的人，我們可以采用三種方法：
第一種是車保持靜止，人們向車移動，並且後面的人推擠前面的人，使得人們越靠近車越擁擠，從而增加車在單位時間內撞到的人數。
第二種是人保持靜止，而車向人移動，車速越快，單位時間內撞到的人就越多。
第三種是車和人同時移動。
單位時間內車撞到的人數就相當於聲波的頻率。
因此，在第一種情況下，聲波的頻率本身發生了變化。而在第二種情況下，聲波的頻率實際上沒有變化，觀察者感受到的頻率卻增加了。
這一原理同樣適用於光波。在宇宙中，當一個發光體如恒星遠離我們時，其發出的光的頻率會降低，波長會增加，這在電磁波譜上表現為紅移。相反，則表現為藍移。
我們可以根據光的都卜勒紅移來計算天體遠離我們的速度。有時，這種 遠離 是由宇宙的膨脹造成的，我們還可以據此計算宇宙的膨脹速率。光的都卜勒效應雖然與機械波的都卜勒效應相似，但由於光速恒定的原則，光的都卜勒效應只會改變波長和頻率，其速度保持不變。
除了由於波源和觀察者相對運動產生的都卜勒效應外，光還受到重力場的影響。我們知道，在接近強重力場時，光線會發生彎曲，這一現象在廣義相對論中首次得到證實。
重力紅移是指光線在遠離重力場時頻率降低，波長增加的現象。不同的重力理論對重力紅移有不同的解釋，有的認為這是重力對光的拖拽效應所致。還有一種觀點認為，強重力場附近的時空彎曲會使得時間流逝變慢，從而使得遠離該場的光線相對於觀察者而言時間流逝更慢，這導致觀察者看到的光譜頻率降低，出現了紅移。
