Τι είναι το Κουρασμένο Φως;

Η θεωρία του κουρασμένου φωτός επιδιώκει να δώσει μια εναλλακτική εξήγηση για την ερυθρή μετατόπιση που παρατηρείται σε μακρινούς γαλαξίες, η οποία εξηγείται συμβατικά από τη διαστολή του σύμπαντος. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η ενέργεια που μεταφέρεται από τα φωτόνια του φωτός με κάποιο τρόπο διαχέεται σταδιακά καθώς ταξιδεύουν στο διάστημα, με αποτέλεσμα το μήκος κύματος να αυξάνεται, έτσι ώστε το φως να μετατοπίζεται προς το μεγαλύτερο μήκος κύματος, λιγότερο ενεργητικό, κόκκινο άκρο του φάσματος. Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης του Σύμπαντος εξηγεί ότι αυτή η μετατόπιση στο κόκκινο οφείλεται στο φαινόμενο Doppler. Η υπόθεση του κουρασμένου φωτός, αντίθετα, είναι συμβατή με μοντέλα σταθερής κατάστασης του σύμπαντος. Μπορεί να υποστηριχθεί ότι αυτή η εξήγηση για τη μετατόπιση στο κόκκινο δεν έχει πλήρως διαψευσθεί, αλλά η συντριπτική πλειονότητα των αστρονόμων και των κοσμολόγων ευνοεί τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, καθώς εξηγεί με ακρίβεια μια σειρά από παρατηρήσεις που προκαλούν σοβαρά προβλήματα στο μοντέλο του κουρασμένου φωτός.

Η θεωρία προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Fritz Zwicky το 1929, μετά την ανακάλυψη ότι οι κόκκινες μετατοπίσεις των γαλαξιών αυξάνονταν με την απόσταση. Η διαδικασία με την οποία η ενέργεια του φωτός διαχέεται σε μεγάλες αποστάσεις είναι, ωστόσο, προβληματική. Η πιο προφανής διαδικασία – η αλληλεπίδραση του φωτός με τα σωματίδια στο διάστημα – απορρίφθηκε γρήγορα από τον ίδιο τον Zwicky, καθώς αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα τη σκέδαση του φωτός, που με τη σειρά του θα καθιστούσε τις εικόνες μακρινών γαλαξιών ασαφείς ή θολές. Οι παρατηρήσεις μακρινών γαλαξιών δεν δείχνουν αυτή τη ασάφεια. Ο Zwicky ευνόησε μια εναλλακτική εξήγηση που περιλαμβάνει το φως να επηρεάζεται από τη βαρύτητα, αλλά αυτή η ιδέα παραμένει ουσιαστικά εικαστική.

Υπάρχει μια σειρά από άλλα προβλήματα με τη θεωρία του κουρασμένου φωτός, ένα από τα οποία αφορά την αντιληπτή φωτεινότητα των γαλαξιών. Για δύο παρόμοιους γαλαξίες σε πολύ διαφορετικές αποστάσεις, σε ένα στατικό σύμπαν, η υπολογισμένη επιφανειακή φωτεινότητα – με βάση την ποσότητα φωτός που εκπέμπουν πράγματι οι γαλαξίες διαιρούμενη με τις περιοχές του ουρανού που καταλαμβάνουν όταν παρατηρούνται από τη Γη – θα πρέπει να είναι περίπου η ίδια. Αυτό συμβαίνει επειδή η ποσότητα του φωτός που φτάνει σε εμάς και η περιοχή του γαλαξία – όπως φαίνεται από τη Γη – μειώνονται με την απόσταση με τον ίδιο ρυθμό. Η παρατηρούμενη επιφανειακή φωτεινότητα των γαλαξιών θα μειωνόταν με μετατόπιση προς το κόκκινο. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις δείχνουν πολύ μεγαλύτερη μείωση στη φωτεινότητα από ό,τι μπορεί να οφείλεται μόνο στη μετατόπιση προς το κόκκινο. Αυτό μπορεί επίσης να εξηγηθεί από ένα διαστελλόμενο σύμπαν, όπου ο πιο μακρινός γαλαξίας υποχωρεί με ταχύτερο ρυθμό.

Προφανώς δεν είναι ένα ξεκάθαρο πράγμα, και δεν είναι ένα κρίσιμο σημείο για το επιχείρημα.

Ένα άλλο πρόβλημα με τη θεωρία είναι ότι δεν εξηγεί το μοτίβο της εκπομπής φωτός με την πάροδο του χρόνου που φαίνεται από τα γεγονότα σουπερνόβα. Ο χρόνος που χρειάζεται για να εξασθενίσει το φως από έναν σουπερνόβα, όπως φαίνεται από τη Γη, αυξάνεται με την απόσταση του σουπερνόβα. Αυτό είναι σύμφωνο με ένα διαστελλόμενο σύμπαν, όπου τα αποτελέσματα της διαστολής του χρόνου λόγω της ειδικής σχετικότητας γίνονται πιο σημαντικά με την αύξηση της απόστασης και την ταχύτερη ύφεση.

Ένα από τα ισχυρότερα στοιχεία για τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης είναι η ακτινοβολία Κοσμικού Υποβάθρου Μικροκυμάτων (CMB), που ανακαλύφθηκε το 1956. Η θεωρία του κουρασμένου φωτός μπορεί να εξηγήσει αυτή την ακτινοβολία υποβάθρου ως αστρικό φως που έχει χάσει ενέργεια με την πάροδο του χρόνου στο σημείο που έχει φτάσει μετατοπίστηκε στο κόκκινο προς το μήκος κύματος μικροκυμάτων, αλλά η θεωρία δεν εξηγεί το φάσμα της ακτινοβολίας. Και στις δύο θεωρίες, ο αριθμός των φωτονίων παραμένει ο ίδιος, αλλά στη θεωρία του κουρασμένου φωτός κατανέμονται στον ίδιο όγκο χώρου, ενώ σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν, τα φωτόνια έχουν αραιωθεί σε έναν διαστελλόμενο χώρο. Αυτά τα αντίθετα σενάρια οδηγούν σε διαφορετικά φάσματα για το CMB. Το παρατηρούμενο φάσμα CMB είναι συνεπές με τη θεωρία του big bang.

Εκτός από τις κύριες αντιρρήσεις που περιγράφονται παραπάνω, υπάρχει μια σειρά άλλων προβλημάτων για το μη διαστελλόμενο σύμπαν που υπονοείται από τη θεωρία του κουρασμένου φωτός. Αυτά περιλαμβάνουν το παράδοξο του Olbers, τις αναλογίες των χημικών στοιχείων που παρατηρούνται στο σύμπαν σήμερα και άφθονα στοιχεία ότι το σύμπαν έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου. Οι υποστηρικτές προσπάθησαν να δώσουν απαντήσεις – σύμφωνες με ένα κουρασμένο μοντέλο φωτός σε κάποια μορφή – σε όλες αυτές τις αντιρρήσεις, αλλά οι περισσότεροι επιστήμονες στους τομείς της αστροφυσικής και της κοσμολογίας θεωρούν ότι η θεωρία ανήκει στην περιθωριακή φυσική.