在引力场中，光子红移损失的能量，用于克服引力场的势能。
单个光子的能量和光子频率有关，光子能量公式为E=hν；光子从恒星表面发出，光子具备动质量，会受到恒星引力场的引力作用，导致光子的能量降低，由于真空中的光速是不变的，所以只能是光子的频率降低，这种效应就是光子的红移效应。
恒星引力对光子能量的影响不大，但是一些强引力场的天体，比如中子星、黑洞等等，这种效应就不能忽略了。
在物理学中，光的红移主要有三种情况，一是引力场造成的红移，二是狭义相对论效应造成的红移，三是宇宙膨胀效应造成的红移。
引力红移
在引力红移中，引力场对光子做功，那么光子能量增加，波长变短，频率增加；如果光子克服引力做功，那么光子能量降低，波长边长，频率降低。
这时候，光子能量和引力场势能相互交换；光子红移的能量，转化为了引力场中的势能。
相对论红移
相对论红移和波动学中的多普勒效应是类似的，在不同参考系中光子频率不同，光子本身的能量并没有发生变化。
宇宙膨胀红移
天文观测表明，我们宇宙处于加速膨胀的过程中，目前的膨胀速度为67.80(km/s)/Mpc，于是在宇宙中传播的光线，会因为空间膨胀导致波长变长，我们利用遥远星系的红移量，根据哈勃定律就可以估算出星系的大概距离。
在宇宙红移中，光子传播到了更广阔的空间中，所以光子红移损失的能量，转化为了空间中光子的整体势能。
