Was ist das müde Licht?
Die Theorie des müden Lichts versucht, eine alternative Erklärung für die Rotverschiebung in fernen Galaxien zu liefern, die herkömmlicherweise durch die Expansion des Universums erklärt wird. Nach dieser Theorie wird die Energie, die von Photonen des Lichts getragen wird, allmählich abgebaut, wenn sie sich durch den Raum bewegen, was zu einer Zunahme der Wellenlänge führt, so dass das Licht in Richtung des längerwelligen, weniger energetischen, roten Endes des Spektrums verschoben wird. Die Urknalltheorie des Universums erklärt diese Rotverschiebung als Folge des Doppler-Effekts. Im Gegensatz dazu ist die Hypothese des müden Lichts mit stationären Modellen des Universums kompatibel. Es kann argumentiert werden, dass diese Erklärung für Rotverschiebung nicht umfassend widerlegt wurde, aber die überwiegende Mehrheit der Astronomen und Kosmologen befürwortet die Urknalltheorie, da sie eine Reihe von Beobachtungen genau erklärt, die dem müden Lichtmodell ernsthafte Probleme bereiten.
Die Theorie wurde erstmals 1929 von Fritz Zwicky vorgeschlagen, nachdem festgestellt worden war, dass die Rotverschiebung von Galaxien mit der Entfernung zunahm. Der Vorgang, bei dem die Energie des Lichts über große Entfernungen abgeleitet wird, ist jedoch problematisch. Der naheliegendste Prozess - die Wechselwirkung von Licht mit Partikeln im Weltraum - wurde von Zwicky selbst schnell verworfen, da dies zu einer Streuung des Lichts führen würde, wodurch Bilder ferner Galaxien unscharf oder verschwommen würden. Beobachtungen entfernter Galaxien zeigen diese Unschärfe nicht. Zwicky befürwortete eine alternative Erklärung, bei der das Licht durch die Schwerkraft beeinflusst wird, aber diese Idee bleibt im Wesentlichen spekulativ.
Es gibt eine Reihe anderer Probleme mit der Theorie des müden Lichts, von denen eines die wahrgenommene Helligkeit von Galaxien betrifft. Für zwei ähnliche Galaxien in sehr unterschiedlichen Entfernungen in einem statischen Universum sollte die berechnete Oberflächenhelligkeit - basierend auf der Lichtmenge, die die Galaxien tatsächlich emittieren, geteilt durch die Himmelsbereiche, die sie einnehmen, wenn sie von der Erde aus beobachtet werden - ungefähr gleich sein. Dies liegt daran, dass die Menge an Licht, die uns erreicht, und die Fläche der Galaxie - von der Erde aus gesehen - mit der Entfernung mit der gleichen Geschwindigkeit abnehmen. Die beobachtete Oberflächenhelligkeit von Galaxien würde durch Rotverschiebung verringert; Beobachtungen zeigen jedoch eine viel stärkere Verringerung der Helligkeit, als dies allein durch Rotverschiebung erklärt werden kann. Dies kann auch durch ein expandierendes Universum erklärt werden, in dem die weiter entfernte Galaxie schneller zurückgeht. Anscheinend ist es keine festgelegte Sache, und es ist kein entscheidender Punkt für das Argument.
Ein weiteres Problem mit der Theorie ist, dass sie das Muster der Lichtemission über die Zeit, das durch Supernova-Ereignisse gezeigt wird, nicht erklärt. Die Zeit, die das Licht einer Supernova benötigt, um von der Erde aus gesehen zu verblassen, nimmt mit der Entfernung der Supernova zu. Dies steht im Einklang mit einem expandierenden Universum, in dem Zeitdilatationseffekte aufgrund spezieller Relativitätstheorie mit zunehmender Entfernung und schnellerer Rezession an Bedeutung gewinnen.
Eines der stärksten Indizien für die Urknalltheorie ist die 1956 entdeckte kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (Cosmic Microwave Background, CMB). Die Theorie des müden Lichts kann diese Hintergrundstrahlung als Sternenlicht erklären, das im Laufe der Zeit Energie verloren hat, bis es soweit war rotverschoben auf die Mikrowellenwellenlänge, aber die Theorie erklärt nicht das Spektrum der Strahlung. In beiden Theorien bleibt die Anzahl der Photonen gleich, aber in der Theorie des müden Lichts sind sie über dasselbe Raumvolumen verteilt, während in einem expandierenden Universum die Photonen in einem expandierenden Raum verdünnt wurden. Diese gegensätzlichen Szenarien führen zu unterschiedlichen Spektren für die CMB. Das beobachtete CMB-Spektrum stimmt mit der Urknalltheorie überein.
Abgesehen von den oben beschriebenen Hauptproblemen gibt es eine Reihe anderer Probleme für das sich nicht ausdehnende Universum, die sich aus der Theorie des müden Lichts ergeben. Dazu gehören das Olbers-Paradoxon, die Anteile chemischer Elemente, die heute im Universum zu finden sind, und zahlreiche Hinweise darauf, dass sich das Universum im Laufe der Zeit verändert hat. Die Befürworter haben versucht, auf alle diese Einwände Antworten zu geben - die in irgendeiner Form mit einem müden Lichtmodell übereinstimmen -, aber die meisten Wissenschaftler auf dem Gebiet der Astrophysik und Kosmologie betrachten die Theorie als Teil der Randphysik.