摘要：本论文通过理论分析，在进行洛伦兹变换时，当两个参照系之间的相对速度发生变化时，测量这两个参照系之间的光，会发生光的“红移”或“紫移”现象，这一现象叫光的频移。在测量时空变化的光子的信息时，光的频移导致光信息的提前或滞后，在定性分析和定量分析后，推导出光的频移对时空变化的影响，得出了光的频移是产生时空相对性的变化的重要原因和因素。因为，光量子在频移时被压缩（紫移时）或光量子被拉伸（红移时），产生光量子携带的信息提前（紫移时）或延迟到达（红移时），从而改变了时间和空间的数值变化，产生时空相对性变化的事实。爱因斯坦的相对论中，也会产生时间和空间的相对性变化。通过对光的频移产生时空相对性变化和相对论中时空相对性变化的比较，得出新的结果。
　　关键词：红移，紫移，光速，相对论，洛伦兹变换。
　　1.0相对论中的时空相对性
　　1.1光的多普勒效应：
　　多普勒效应：就是用光照射运动着的物体，反射光的频率随物体运动速度而改变的现象。
　　1.2时间延缓效应
　　时间延缓就是指在不同惯性系中测得给定的两个事件之间的时间间隔，将在一个惯性系中测得的、发生在该惯性系中同一地点的两个事件之间的时间间隔称为原时，那么，在不同惯性系中测量这两个给定两个事件之间的时间间隔，测得的结果以原时最短。即在相对论中：在s’系中测得发生在同一地点的两个事件之间的时间间隔 ，在s系中观测者看来这两个事件为异地事件，这两个事件之间的时间间隔 总是比 要大，二者之比为 ；也就是说运动的时钟走的速率比静止时的时钟走的速率要慢，称为时间延时效应。WwW.11665.COM
　　设在（s’系）飞船中，光从飞船地板上n点垂直向上发出脉冲光（事件1），
　　见图1-1 figure 1-1， 到飞船顶m点被么射到点n（事件2）。由于在s’系中，事件1和事件2发生在同一地点n，飞船中的观测者只要一直静止在此系中的钟c旁，就可测得这两个事件之间的时间间隔 ，见图1-1 figure 1-1中（b）。
　　若从n点到m点的距离为d，则有：2d=c 但对地面（s系）的观测站a而言，这两个事件光走过的路程为2h的等腰三角形nmn’的两个边，见图1-1 figure 1-1 （a） （b），由于不发生在同一地点，必须用放置在事件1发生地（与n点对应）和事件2发生地（与n’点对应）的两只钟，这两只钟都与c钟结构相同并一起校准过的钟c’和钟c’’才能测得这两个事件之间的时间间隔，设为 ，根据光速不变原理，得：
　　2h=c 由三角形nmn’可得： ，从上三式中消去d和h得： ，上式中 ， ，由于 >1
　　所以 > ，即：s’系中测得发生在同一地点的两个事件之间的时间间隔 ，在s系中观测到的是两个不同地点发生的事件之间的时间间隔 ，而且 总是比 大，两都之比为 ，这一现象在相对论中就叫时间缓效应。
　　2.0多普勒效应的数学表达式
　　设观察者在s系的原点o，观察一沿x轴正方向、以速度u运动光源发出的光的频率，见图1-2 （figure 1-2），设光信号从l（x、y、z）点发出的时刻为t，在原点o的观察者在 时刻接收到此信号，则应有：
　　两边微分并考虑到u= ，得： =c2（t，-t）（ ），或 =（1+ ） ，式中 = ，设对应于s系中的 ，在s，系的原时为dt0，则根据时间延缓式 有： 代入到 =（1+ ） 得： ，光源在 时间内发出的光波数，位于s系原点的观测者在 时间内接收到，因此式 给出了观测者实测到的光频率 与光源固有频率 间的关系为： ，当 时，得光波的纵向多普勒效应实测频率 公式为：
　　2.1光的“红移”现象
　　式
　　说明：当光源离开观测者，式中 取正号，这时 < ，即实测频率 小于光源固有频率 ，这时为光的“红移”现象。
　　2.2光的“紫移”现象
　　式 中，当光源趋近于观测者，式中 取负
　　号，这时 > ，此时有实测光的频率 大于光的固有频率 ，这时为光的“紫移”现象。
　　3.0定性分析光的频移对时空相对性的影响
　　一个光量子的波长周期为t，当发生光的“紫移”现象后，其光波的波长周期变为 ；发生光的“红移”现象后，这时其光波的波长周期变成了 。很显然这里有： >t> ，如图3-1（figure 3-1），设观察者在s系的原点o，观察一沿x轴正方向、以速度u运动光源发出的光的频率，该光为x1轴上的ob=l波长的光，此时光的周期为t。当光源的运动速度u为

正值时，即光源
　　>0，
　　光源离开观测者，这时 < ，即实测频率 小于光源固有频率 ，这时为光的“红移”现象。该光为x5轴上的oc= 波长的光，此时光的周期为 。当光源的运动速度u为负值时，即光源
　　<0，
　　光源趋近于观测者，这时 > ，此时有实测光的频率 大于光的固有频率 ，这时为光的“紫移”现象。该光为x4轴上的oa= 波长的光，此时光的周期为 。
　　如图3-1（figure 3-1），x1轴，x2轴，x3轴上的光，光的波长的中心点都在同一个时刻上，x2轴上红移的光波被压缩，波长 缩短，频率增大，光量子的周期变短为 。而x3轴上紫移的光波波长 被拉伸，频率减小，光量子的周期变大为 。这里有： 　　δt1= -
　　而“紫移”的光被全部接收完毕所用的时缩短，如图3-1 figure 3-1中x4轴上的光，在a时刻就己全部接收完毕，比当u=0时提前了：δt2= - ，这一变化将会导致时空相对性的变化。
　　4.0定量分析光的频移对时空相对性的影响
　　4.1狭义相对论中的时空观
　　4.1.1时间延缓
　　设在s’系中同一地点（ ），不同时间（ ）发生的两个事件，对s系观测者来说，这两个事件之间的时间间隔为 ，由洛伦兹变换式 得： ，显然，这里 为原时 ，所以上式可改写为： ，这里的时间 和 表示了时间的延缓效应。
　　4.1.2长度收缩
　　设尺子沿 方向静止在 系中， 系中的观测者测得尺子长度为 为尺子的原长度，现在尺子相对s系运动，这时在s系测得尺子的长度l，必须在s系中同时（ ）确定尺子两端的坐标 和 ，如图4-1 （figure 4-1），l= ，这里的l， ， 就表示了长度收缩效应的公式：
　　=l
　　4.2光的频移产生的时空变化
　　4.2.1时间变化
　　光子的周期t= ， = ，光发生“红移”时： = ，因为 所以 = 0 ，设有s系中发出的光的频率为 ，
　　光子波长周期为 ，传递完光子一个波长用时为 ，这里可以把 看成是s系中的原时。光子到了 系以后，光子频率发生了频移，被么射回来的光子的频率变为 ，周期为 ，传递完光子一个波长用时为 ，这时在s系中得到的频移后的光所带来的时间信息 ，就会被认为是 系中的
　　时间长度。所以有： = - = - ，光发生“紫移”时： = ，因为 所以 = 0，同理可得： = + = +
　　4.2.2长度变化
　　光的波长：l= ， = = = ，光发生“红移”时： =c（ ）=c
　　因为 所以 =c 0，设有 系中发出的光的频率为 ，光子波长为 ，因为 = 所以，这里可以把l看成是 系的原长。由于 系以u相对于s系运动，所以光子频率发生了频移，那么s系接收到的光子的频率变为 ，周期为 ，光子的波长变成了 ，同样， = ，这里可以把 看成是s系中测得的 的长度。所以有： = - = -c ，光发生“紫移”时： = =c（ ）=c ，因为 所以 =c 0，这里同理可得： = - = -c
　　5.0讨论
　　5.1.1相对论中时间的相对性为：
　　5.1.2光的频移产生的时间相对性为：
　　红移时为： = - （ 0），紫移时为： = + （ 0），相对论和光的频移的比较：由于 = = ，c= （红移）= = （紫移），红移时：代入到 = - 中得： = - = - = - = - ，解上式可得： = （1+ （ -1）），这里很显然 >1，所以有 > ，说明光的红移产生了时间延缓。同理，紫移时：代入到 = + 得： = （1- （ -1）），同样，因为， >1，所以得， < ，说明了光的紫移产生了时间收缩。
　　5.2.1相对论中空间的相对性：
　　5.2.2光的频移产生的空间的相对性：
　　红移时： = -c ，紫移时： = -c ，从以上分析可得，如果以 系中的光为原时
　　和 原长，那么，在相对于s系运动的 系发出的光产生红移后的时间长度 和空间长度 ，显然 > ，说明在s系测得 的体积在增大。也就是说红移产生的时空在膨胀，即时间在延缓，空间在增大。同理，紫移时，产生时空收缩，即时间在收缩，空间在缩小。光的频移产生的时空相对性的变化和相对论中产生的时空相对性的变化是不一样的。而且光的频移产生的时空

对性变化是不能被忽略的。
　　6.0结论：
　　光的红移产生了时空的膨胀，光的紫移产生了时空的收缩。当两个参照系相对运动速度接近光速时，两个参照系相互远离，即光的红移时，时间将变得无穷大，而空间也变得无穷大；而当两个参照系相互靠近时，即光的紫移时，产生“追光”效应，时间变得越来越短，空间也变得接近于零。
　　参考文献：
　　[1] 陈宜生编著，物理学，天津，天津大学出版社，2005年5月第一版。
　　[2] 大学物理，清华大学出版社，第一至第五册，张三慧主编。1999.4第二版。
　　[3] 大学物理，科学出版社，上、下册，吴百诗主编。2001.6第一版。
　　[4] 电磁学，高等教育出版社，赵凯华主编。185.6第二版。