陷阱里，鬼魅般闪耀的光芒——弯曲空间中光的红移与蓝移

　　 经过弯曲空间的光线，必然产生引力透镜效应，使之看起来好像被一种力量暂时劫持了一样。那么当光线垂直落入弯曲空间中时，会发生什么情况呢？
　　 光的颜色丰富多彩。但每一束光的颜色一般是不会改变的，所以，人们才能利用不同颜色的光做成信号，如以红绿灯来指挥交通，以穿透力强的红色氖灯在迷雾中引导飞机和船只航行等等。但是，假设我们人类可以像在地球上一样生活在中子星甚至黑洞上面，希望依靠光的颜色来传递信息的梦想将永远不可能实现，因为在强引力场中，按照与空间弯曲的不同走向，光的颜色会发生不同程度的改变，产生所谓的“光的红移或者蓝移”现象。人们发现光有这样的特性，它的速度是绝对不变的，但它的频率或者波长能够改变，影响光子能量的惟一因素就是频率，也就是它的颜色。颜色越暗红，频率越小，能量就越低，反之，颜色越蓝紫，频率越高，能量也就越高。当光子失去能量时，频率降低、波长变长，颜色变红，物理上把这种现象叫做“红移”；相反，如果获得了能量，光的特征就会反着改变，而颜色也变得更幽蓝，这叫“蓝移”。
　　 还让你回到我们未来设在中子星上的城市，你马上就会发现自己到了一个到处是鬼魅光芒的世界：海边巨大灯塔发出的本来橘黄色的光芒，你越远离它，它就越变越橙红、褐红、暗红直到不再发出光芒；而正朝在灯塔上守望的你驶来的船只上橘黄色的信号灯光，你将发现它越来越绿、越蓝、越紫直到变成刺眼的电弧一样的闪光，最后你也会看不见灯光了，不过不是它太暗了，而是变成了X射线甚至伽马射线，超出了你的视觉范围。地球上如此稳定的光的颜色，为什么在中子星上就变成了最捉摸不定的鬼魅呢？
　　 爱因斯坦的广义相对论告诉我们：引力场对于质量是一种陷阱，空间在那里弯曲，有质量的物体会自然地沿着倾斜的陷阱壁下落。对于光线也是这样的。中子星上的灯塔使它的周围空间凹陷成倾斜的井，光在这样的陷阱中，当沿着井壁下滑时，它就获得了能量，就像人顺着斜坡下滑一样，人体会获得更大的动能；相反，要从井底跑上来，你要消耗很多能量。越靠近巨大质量的地方，空间弯曲越厉害，越陡峭，光线在这个井中运动时获得能量与消耗能量越厉害。所以你就自然地看到了光的颜色在中子星上剧烈地变化。
　　 其实，中子星只是地球上情景的夸大。我的地球上一样存在这样的现象，只是微小得任何人都无法去感觉，因为地球质量所引起的空间弯曲非常微不足道。但是，我们的仪器能够感觉到。
　　 所有的光都属于电磁波，引力场中光子的行为改变可以用各种电磁波来模拟实验。20世纪60年代，哈佛大学的研究者们将一个发射伽马射线的放射形金属块放置在20米高的塔尖上，当他们在地上测试接受到的射线时发现，伽马射线的频率的确变强了，产生了蓝移现象；反过来，在塔顶测试塔底下传过来的射线发现，其能量损失了，频率降低，产生了红移。所以你在自己家中看见的节日的灯火颜色，和你在太空飞船或者月球上俯视它们时看见的颜色一定不一样（如果你能看见的话），光在地球的空间陷阱中“爬”到月球上你的眼中时红移了。<待续>