引力波作为一种辐射，确实会像光一样发生红移，但其原因完全源于引力效应。引力波不受物质的吸收或散射影响，其波长变化主要由三个因素导致：源与观测者之间的相对运动（多普勒效应）、信号穿行于不同引力场时产生的引力红移，以及宇宙膨胀对时空本身的拉伸。对于遥远的信号而言，宇宙膨胀是导致红移的最主要原因。尽管目前的测量存在不确定性，但观测已经证实，引力波的红移方式与光波基本一致。
引力波与电磁波的异同
引力波和光波（电磁波）都是辐射的一种形式，它们都以光速传播并携带能量。然而，两者存在根本性的区别。
- 产生方式不同: 电磁辐射由加速的电荷产生。而引力辐射则更为复杂，需要非对称的质量运动（如两个黑洞互相绕转）才能产生，这被称为“四极辐射”。
- 强度差异巨大: 引力极其微弱，因此引力波的信号强度远低于电磁波，探测难度极大。
- 与物质的相互作用: 这是最关键的区别。光波会与物质发生强烈的相互作用，例如被吸收、散射或折射。而引力波几乎不与物质发生反应，能够几乎无损地穿过恒星、星系等。
由于引力波只受引力影响，这意味着许多影响光波的效应（如吸收、散射、折射）并不会发生在引力波上。它们只是径直穿过时空。
导致引力波红移的三大效应
尽管引力波“无视”物质，但它们会受到时空本身变化的深刻影响。以下三个效应会同等地导致光波和引力波发生红移或蓝移。
1. 相对运动（多普勒效应）
就像救护车的警笛声在你靠近时音调变高（蓝移）、远离时音调变低（红移）一样，这种多普勒效应也适用于所有波。
- 如果引力波的源头（例如一对合并中的黑洞）正在远离我们，我们观测到的引力波波长就会被拉长，即发生红移。
- 如果源头朝向我们运动，波长则会被压缩，发生蓝移。
2. 引力红移
当任何形式的波从强引力场（如大质量星体附近）向弱引力场传播时，它会“消耗”能量，导致波长变长，即发生引力红移。反之，进入强引力场则会发生蓝移。在宇宙尺度上，当引力波穿过物质密度不断变化的区域时，这种效应会累积起来，进一步改变其波长。
3. 宇宙膨胀
这是对于遥远天体而言，影响最大的红移来源。
随着宇宙的膨胀，空间结构本身被不断拉伸。任何在其中传播的波，其波长都会随之被拉长。
这意味着，一个在52亿年前发出的引力波信号，当它到达我们这里时，其波长会变为原来的1.5倍。对于更古老的事件，这种拉伸效应会更加显著，这与我们在遥远星系的光谱中观测到的现象完全相同。
观测中的挑战与证实
虽然理论上引力波会红移，但在实际观测中精确测量它充满挑战。
- 信号的模糊性: 我们探测到的信号是多种效应（多普勒、引力、宇宙膨胀）叠加后的总红移，很难将它们精确分离。
- 参数的不确定性: 对黑洞质量或轨道偏心率的微小不确定，都会影响我们对红移值的精确计算。一个质量较小但距离较近的事件，可能产生与一个质量更大但距离更远的事件相似的信号。
尽管存在这些困难，我们已经取得了决定性的证据。通过同时探测到来自同一次中子星合并事件的引力波和光波，科学家们已经证实，引力波确实会因宇宙膨胀而发生红移，其方式与光波一致。随着未来更先进的探测器投入使用，我们将能更精确地检验光与引力波在宇宙中传播的异同。