Kaj je utrujena luč?

Teorija utrujene svetlobe želi ponuditi alternativno razlago za rdeči premik, ki ga vidimo v oddaljenih galaksijah, ki ga običajno razlagamo s širitvijo vesolja. Po tej teoriji se energija, ki jo prenašajo fotoni svetlobe, nekako postopoma razprši, ko potujejo skozi vesolje, kar povzroči povečanje valovne dolžine, tako da se svetloba premakne proti daljšemu, manj energijskemu, rdečemu koncu spektra. Teorija velikega poka vesolja pojasnjuje ta rdeči premik kot posledica Dopplerjevega učinka. Nasprotno pa je hipoteza o utrujeni svetlobi združljiva z modeli vesolja v stabilnem stanju. Lahko trdimo, da ta razlaga za rdeči premik ni bila v celoti ovržena, vendar velika večina astronomov in kozmologov daje prednost teoriji velikega poka, saj lepo pojasnjuje številna opažanja, ki povzročajo resne težave modelu utrujene svetlobe.

Teorijo je prvič predlagal Fritz Zwicky leta 1929, po odkritju, da se rdeči premiki galaksij povečujejo z razdaljo. Vendar pa je proces, s katerim se energija svetlobe razprši na velike razdalje, problematičen. Najbolj očiten proces – interakcijo svetlobe z delci v vesolju – je Zwicky sam hitro zavrnil, saj bi to povzročilo razpršitev svetlobe, zaradi česar bi bile slike oddaljenih galaksij zamegljene ali zamegljene. Opazovanja oddaljenih galaksij ne kažejo te nejasnosti. Zwicky se je zavzel za alternativno razlago, ki vključuje svetlobo, na katero vpliva gravitacija, vendar ta ideja ostaja v bistvu špekulativna.

Obstajajo številne druge težave s teorijo o utrujeni svetlobi, od katerih se ena nanaša na zaznano svetlost galaksij. Za dve podobni galaksiji na zelo različnih razdaljah v statičnem vesolju bi morala biti izračunana površinska svetlost – na podlagi količine svetlobe, ki jo galaksije dejansko oddajajo, deljeno s površinami neba, ki jih zasedajo, ko jih opazujejo z Zemlje – približno enaka. To je zato, ker se količina svetlobe, ki doseže nas, in območje galaksije – gledano z Zemlje – z razdaljo zmanjšujeta enako hitro. Opažena površinska svetlost galaksij bi se zmanjšala z rdečim premikom; vendar opažanja kažejo veliko večje zmanjšanje svetlosti, kot je mogoče pojasniti samo z rdečim premikom. To je mogoče razložiti tudi s širitvijo vesolja, kjer se bolj oddaljena galaksija umika hitreje.

Očitno to ni urejena stvar in ni ključna točka za prepir.

Druga težava te teorije je, da ne pojasnjuje vzorca oddajanja svetlobe skozi čas, ki ga kažejo dogodki supernove. Čas, potreben, da svetloba iz supernove zbledi, gledano z Zemlje, narašča z oddaljenostjo supernove. To je skladno s širitvijo vesolja, kjer učinki dilatacije časa zaradi posebne relativnosti postajajo pomembnejši z naraščajočo razdaljo in hitrejšo recesijo.

Eden najmočnejših dokazov za teorijo velikega poka je sevanje kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CMB), odkrito leta 1956. Teorija utrujene svetlobe lahko to sevanje ozadja razloži kot svetlobo zvezd, ki je sčasoma izgubila energijo do točke, kjer je bila rdeče pomaknjeno navzdol na mikrovalovno valovno dolžino, vendar teorija ne pojasnjuje spektra sevanja. V obeh teorijah ostaja število fotonov enako, vendar so v teoriji utrujene svetlobe porazdeljeni po enakem volumnu prostora, medtem ko so v vesolju, ki se širi, fotoni razredčeni v širijočem se prostoru. Ti kontrastni scenariji vodijo do različnih spektrov za CMB. Opaženi spekter CMB je skladen s teorijo velikega poka.

Poleg zgoraj opisanih glavnih ugovorov obstajajo številni drugi problemi za nerazširljivo vesolje, ki jih implicira teorija utrujene svetlobe. Ti vključujejo Olbersov paradoks, razmerja kemičnih elementov, ki jih vidimo v današnjem vesolju, in obilo dokazov, da se je vesolje sčasoma spremenilo. Podporniki so poskušali zagotoviti odgovore – v skladu z utrujenim svetlobnim modelom v neki obliki – na vse te ugovore, vendar večina znanstvenikov s področja astrofizike in kozmologije meni, da teorijo pripada obrobni fiziki.