如果宇宙膨脹與物質擴散有密切關係，那為什麼光子會發生紅移？

光子紅移與事物飛散無關。事物仍會停留在原處，同時空間不斷擴大。如果光傳播了133.4億年，宇宙最開始時的半徑是200萬光年，而到了今天是440億光年，那麼光將被紅移約1100次。這不是因為都卜勒紅移，而是由於光線在不斷膨脹的空間中移動。由於光速「」對所有觀察者都是恆定的，因此唯一途徑是擴大光子的波長，也就是紅移。

實際上，我們如今確實將這種光視為宇宙微波背景輻射，這種輻射已從紫外線紅移為微波。

宇宙的膨脹可以類似看作反引力，是反引力的學術術語，它近似地取決於引力常數G，並且與引力的作用力大致相等。不同之處在於整個宇宙的膨脹是均勻的。重力具有與膨脹相同的引力場，但是重力具有吸引力，這使它凝聚成恆星和星系。在空闊地區，例如恆星和星系，重力可能非常強烈，但會根據平方反比定律下降。在大約一億光年後，它比膨脹（）弱。

請注意，宇宙中最大的結構是宇宙空洞，直徑約為3億光年，是完全空的空間，定義為大約3000萬光年長的銀河「牆壁」；當然，由於空白空間的擴大，這些宇宙空隙也在擴大。

球體內部的引力場為零。這就是為什麼宇宙空隙不會坍塌的原因。唯一的重力影響是球體的側面，相比於內部空間的膨脹，球體的側面會是較小的幾何形狀，重力影響被視為非常微弱（0.1％）。牛頓在很早之前就提出了這個概念。

圖一：由中子星造成的引力紅移

請務必注意，光子的能量（頻率）不是光子的固有屬性，而是取決於觀察者。因此，真正的問題是：在兩個遙遠星系中，相隔很遠且間隔很長時間的兩個觀察者之間的關係是什麼？

首先，假設兩個觀察者相對於其各自位置處的宇宙微波背景處於（大約）靜止狀態，則在一個膨脹的宇宙中，這兩個觀察者彼此遠離。這意味著都卜勒紅移：在第一個觀察者的其餘參考系中測得的具有一定能量的光子，將會被第二個觀察者「追趕」，因此第二個觀察者將觀察到該光子具有較低的動能。

其次，兩個觀察者被時間隔開，在此期間，宇宙會變得更加稀疏。因此，第二個觀察者的參考系中的平均引力比第一個觀察者的平均引力要小。當在第二個觀察者的參考系中觀察到光子時，這會導致額外的引力紅移。

實際觀察到的紅移是這兩種效應的組合：都卜勒紅移在相對較近的星系中佔主導地位，而重力紅移在來自非常遙遠源的光子中佔主導地位。

從宇宙靜止處發射的一顆光子。

當光子移到此處時，附近的所有星系都從其原始的星系移開，而其餘的星系都從其發射出去。任何人在這裡都是從相對運動的角度觀察到的光子，因此，光子會隨著都卜勒紅移而被觀察到。

如果在此處未觀察到光子，則它可能會繼續進入具有相對速度更大的另一個星系，因此觀察到的光子越晚，其都卜勒紅移越大。您可以將其解釋為由於宇宙的同質飛散，都卜勒紅移在不同位置的移動量不同；或者，您可以使用「平移」坐標系的方法，並將其解釋為與時間相關的宇宙紅移。觀察到的物理現象並不取決於使用的坐標系，因此選取便於計算的坐標系也並不影響觀測結果。

當光的發射源移開時，光被都卜勒紅移到更長的波長。這是因為在發射第一和第二波峰之間，發射器稍微移動了一點。都卜勒紅移與宇宙膨脹之間的區別在於，在宇宙膨脹中，光不是在都卜勒紅移的情況下局部發射的，而是通過空間膨脹而在途中被拉伸。

有都卜勒紅移和引力紅移。當然，都卜勒紅移歸因於發射源和接收器彼此飛離。引力紅移的發生是因為宇宙