물체가 관찰자로부터 멀어지면, 그 물체가 방출하는 빛은 더 긴 파장으로 늘어납니다. 가시광선의 경우, 이는 색이 스펙트럼의 붉은색 쪽으로 치우치는 것을 의미합니다. 이것을 적색편이라고 합니다. 이는 구급차가 지나갈 때 사이렌 소리의 높낮이가 낮아지는 도플러 효과와 같은 원리입니다.

우주의 크기를 측정하는 핵심은 적색편이입니다. 1920년대에 에드윈 허블은 멀리 떨어진 은하들의 적색편이를 측정하여 은하가 멀리 있을수록 적색편이가 커진다는 사실을 발견했습니다. 허블의 법칙으로 알려진 이 관계는 우주가 팽창하고 있다는 주요 증거입니다. 적색편이는 은하가 우주 공간을 움직이기 때문에 발생하는 것이 아니라, 빛이 우주 공간을 통과하면서 공간 자체가 늘어나기 때문에 발생하는 현상입니다.

적색편이는 초기 우주를 연구하는 데에도 사용됩니다. 우주 마이크로파 배경 복사의 적색편이는 약 1,100인데, 이는 그 빛이 방출된 이후 1,100배만큼 늘어났다는 것을 의미합니다. 가장 멀리 떨어진 은하들은 적색편이가 13보다 큰데, 이는 우리가 우주의 나이가 수억 년밖에 되지 않았을 때의 모습을 관측하고 있다는 것을 뜻합니다.

적색편이만이 유일한 변화의 종류는 아닙니다. 중력 적색편이는 빛이 강한 중력장에서 벗어나면서 에너지를 잃고 늘어날 때 발생합니다. 이는 1959년 파운드-레브카 실험을 통해 확인되었으며, 일반 상대성 이론의 핵심 예측 중 하나입니다.