Ce este lumina obosită?

Teoria luminii obosite caută să ofere o explicație alternativă pentru deplasarea spre roșu observată în galaxiile îndepărtate, care este explicată în mod convențional prin expansiunea universului. Conform acestei teorii, energia transportată de fotonii luminii este cumva disipată treptat pe măsură ce ei călătoresc prin spațiu, ceea ce duce la creșterea lungimii de undă, astfel încât lumina este deplasată către capătul roșu al spectrului cu lungimea de undă mai mare, mai puțin energetică. Teoria Big Bang a universului explică această deplasare spre roșu ca fiind datorată efectului Doppler. Ipoteza luminii obosite, în schimb, este compatibilă cu modelele de stare staționară ale universului. Se poate susține că această explicație pentru deplasarea spre roșu nu a fost complet infirmată, dar marea majoritate a astronomilor și cosmologilor sunt în favoarea teoriei big bang-ului, deoarece explică clar o serie de observații care cauzează probleme serioase modelului de lumină obosită.

Teoria a fost propusă pentru prima dată de Fritz Zwicky în 1929, în urma descoperirii că deplasările către roșu ale galaxiilor creșteau odată cu distanța. Procesul prin care energia luminii este disipată pe distanțe mari este, totuși, problematic. Cel mai evident proces – interacțiunea luminii cu particulele din spațiu – a fost rapid respins de însuși Zwicky, deoarece aceasta ar avea ca rezultat împrăștierea luminii, care ar face, la rândul său, imaginile galaxiilor îndepărtate neclare sau neclare. Observațiile galaxiilor îndepărtate nu arată această neclaritate. Zwicky a favorizat o explicație alternativă care implică ca lumina să fie afectată de gravitație, dar această idee rămâne în esență speculativă.

Există o serie de alte probleme cu teoria luminii obosite, dintre care una se referă la luminozitatea percepută a galaxiilor. Pentru două galaxii similare aflate la distanțe foarte diferite, într-un univers static, luminozitatea calculată a suprafeței – bazată pe cantitatea de lumină pe care galaxiile o emit efectiv împărțită la suprafețele de cer pe care le ocupă atunci când sunt observate de pe Pământ – ar trebui să fie aproximativ aceeași. Acest lucru se datorează faptului că cantitatea de lumină care ajunge la noi și zona galaxiei – așa cum este văzută de pe Pământ – se diminuează cu distanța în același ritm. Luminozitatea de suprafață observată a galaxiilor ar fi redusă prin deplasarea către roșu; totuși, observațiile arată o reducere mult mai mare a luminozității decât poate fi explicată doar prin deplasarea către roșu. Acest lucru poate fi explicat și printr-un univers în expansiune, în care galaxia mai îndepărtată se retrage într-un ritm mai rapid.

Aparent, nu este un lucru stabilit și nu este un punct crucial al argumentului.

O altă problemă a teoriei este că nu explică tiparul de emisie de lumină în timp, prezentat de evenimentele supernovei. Timpul necesar pentru ca lumina dintr-o supernovă să dispară, așa cum este văzută de pe Pământ, crește odată cu distanța supernovei. Acest lucru este în concordanță cu un univers în expansiune, în care efectele de dilatare a timpului datorate relativității speciale devin mai semnificative odată cu creșterea distanței și o recesiune mai rapidă.

Una dintre cele mai puternice dovezi pentru teoria big-bang-ului este radiația Cosmic Microwave Background (CMB), descoperită în 1956. Teoria luminii obosite poate explica această radiație de fundal ca lumină stelară care și-a pierdut energie în timp până la punctul în care a fost deplasat spre roșu până la lungimea de undă a microundelor, dar teoria nu explică spectrul radiației. În ambele teorii, numărul de fotoni rămâne același, dar în teoria luminii obosite aceștia sunt distribuiți pe același volum de spațiu, în timp ce într-un univers în expansiune, fotonii au fost diluați într-un spațiu în expansiune. Aceste scenarii contrastante duc la spectre diferite pentru CMB. Spectrul CMB observat este în concordanță cu teoria Big Bang.

În afară de principalele obiecții descrise mai sus, există o serie de alte probleme pentru universul care nu se extinde, implicate de teoria luminii obosite. Acestea includ paradoxul lui Olbers, proporțiile elementelor chimice văzute în univers astăzi și dovezi abundente că universul s-a schimbat în timp. Susținătorii au încercat să ofere răspunsuri – în concordanță cu un model de lumină obosit într-o anumită formă – la toate aceste obiecții, dar majoritatea oamenilor de știință din domeniile astrofizicii și cosmologiei consideră teoria ca aparținând fizicii marginale.