Što je umorno svjetlo?

Teorija umornog svjetla nastoji pružiti alternativno objašnjenje za crveni pomak koji se vidi u udaljenim galaksijama, a koji se konvencionalno objašnjava širenjem svemira. Prema ovoj teoriji, energija koju prenose fotoni svjetlosti nekako se postupno raspršuje dok putuju kroz prostor, što rezultira povećanjem valne duljine, tako da se svjetlost pomiče prema crvenom kraju spektra dulje valne duljine, manje energičnom. Teorija velikog praska svemira objašnjava ovaj crveni pomak kao rezultat Dopplerovog efekta. Za razliku od toga, hipoteza umornog svjetla kompatibilna je s modelima stabilnog stanja svemira. Može se tvrditi da ovo objašnjenje crvenog pomaka nije sveobuhvatno opovrgnuto, ali velika većina astronoma i kozmologa favorizira teoriju velikog praska, jer uredno objašnjava niz opažanja koja uzrokuju ozbiljne probleme modelu umornog svjetla.

Teoriju je prvi predložio Fritz Zwicky 1929., nakon otkrića da se crveni pomaci galaksija povećavaju s udaljenosti. Proces kojim se energija svjetlosti raspršuje na velike udaljenosti je, međutim, problematičan. Najočitiji proces – interakciju svjetlosti s česticama u svemiru – brzo je odbio sam Zwicky, jer bi to rezultiralo raspršivanjem svjetlosti, što bi zauzvrat učinilo slike udaljenih galaksija nejasnim ili zamagljenim. Promatranja udaljenih galaksija ne pokazuju ovu nejasnoću. Zwicky je dao prednost alternativnom objašnjenju koje uključuje utjecaj gravitacije na svjetlost, ali ova ideja ostaje u biti spekulativna.

Postoji niz drugih problema s teorijom umornog svjetla, od kojih se jedan tiče percipiranog sjaja galaksija. Za dvije slične galaksije na vrlo različitim udaljenostima, u statičkom svemiru, izračunata površinska svjetlina – na temelju količine svjetlosti koju galaksije stvarno emitiraju podijeljena s područjima neba koje zauzimaju kada se promatraju sa Zemlje – trebala bi biti približno ista. To je zato što se količina svjetlosti koja dopire do nas i područje galaksije — gledano sa Zemlje — smanjuje s udaljenošću istom brzinom. Uočena površinska svjetlina galaksija smanjila bi se crvenim pomakom; međutim, opažanja pokazuju mnogo veće smanjenje svjetline nego što se može objasniti samim crvenim pomakom. To se također može objasniti širenjem svemira, gdje se udaljenija galaksija povlači bržom brzinom.

Očito to nije riješena stvar i nije presudna točka u raspravi.

Drugi problem s teorijom je taj što ne objašnjava obrazac emisije svjetlosti tijekom vremena prikazan događajima supernove. Vrijeme potrebno da svjetlost iz supernove izblijedi, gledano sa Zemlje, povećava se s udaljenosti supernove. To je u skladu s širenjem svemira, gdje učinci dilatacije vremena zbog posebne teorije relativnosti postaju značajniji s povećanjem udaljenosti i bržom recesijom.

Jedan od najjačih dokaza za teoriju velikog praska je kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (CMB), otkriveno 1956. Teorija umornog svjetla može objasniti ovo pozadinsko zračenje kao zvjezdano zračenje koje je tijekom vremena izgubilo energiju do točke u kojoj je bilo crveni pomak na valnu duljinu mikrovalne pećnice, ali teorija ne objašnjava spektar zračenja. U obje teorije, broj fotona ostaje isti, ali u teoriji umornog svjetla oni su raspoređeni po istom volumenu prostora, dok su u svemiru koji se širi, fotoni razrijeđeni u prostoru koji se širi. Ovi kontrastni scenariji dovode do različitih spektra za CMB. Opaženi CMB spektar u skladu je s teorijom velikog praska.

Osim gore opisanih glavnih prigovora, postoji niz drugih problema za svemir koji se ne širi koje implicira teorija umornog svjetla. To uključuje Olbersov paradoks, omjere kemijskih elemenata koji se danas vide u svemiru i obilje dokaza da se svemir mijenjao tijekom vremena. Pobornici su pokušali dati odgovore – u skladu s modelom umornog svjetla u nekom obliku – na sve ove prigovore, ali većina znanstvenika na području astrofizike i kozmologije smatra da teoriju pripada rubnoj fizici.