Cos'è la luce stanca?
La teoria della luce stanca cerca di fornire una spiegazione alternativa per lo spostamento verso il rosso visto nelle galassie lontane, che è convenzionalmente spiegato dall'espansione dell'universo. Secondo questa teoria, l'energia trasportata dai fotoni di luce viene in qualche modo gradualmente dissipata mentre viaggiano attraverso lo spazio, con conseguente aumento della lunghezza d'onda, in modo che la luce venga spostata verso la lunghezza d'onda più lunga, meno energetica, all'estremità rossa dello spettro. La teoria del big bang dell'universo spiega questo spostamento verso il rosso come dovuto all'effetto Doppler. L'ipotesi della luce stanca, al contrario, è compatibile con i modelli dell'universo allo stato stazionario. Si può sostenere che questa spiegazione per il redshift non è stata completamente smentita, ma la stragrande maggioranza di astronomi e cosmologi favorisce la teoria del big bang, in quanto spiega chiaramente una serie di osservazioni che causano seri problemi al modello di luce stanca.
La teoria fu proposta per la prima volta da Fritz Zwicky nel 1929, in seguito alla scoperta che gli spostamenti verso il rosso delle galassie aumentavano con la distanza. Il processo mediante il quale l'energia della luce viene dissipata su grandi distanze è tuttavia problematico. Il processo più ovvio - l'interazione della luce con le particelle nello spazio - fu rapidamente respinto dallo stesso Zwicky, poiché ciò avrebbe provocato la dispersione della luce, che a sua volta avrebbe reso sfocate o sfocate le immagini di galassie distanti. Le osservazioni di galassie distanti non mostrano questa confusione. Zwicky ha favorito una spiegazione alternativa in cui la luce è influenzata dalla gravità, ma questa idea rimane essenzialmente speculativa.
Esistono numerosi altri problemi con la teoria della luce stanca, uno dei quali riguarda la luminosità percepita delle galassie. Per due galassie simili a distanze molto diverse, in un universo statico, la luminosità della superficie calcolata - in base alla quantità di luce che le galassie emettono effettivamente divisa per le aree del cielo che occupano quando osservate dalla Terra - dovrebbe essere più o meno la stessa. Questo perché la quantità di luce che raggiunge noi e l'area della galassia - vista dalla Terra - diminuiscono con la distanza alla stessa velocità. La luminosità superficiale osservata delle galassie verrebbe ridotta mediante spostamento verso il rosso; tuttavia, le osservazioni mostrano una riduzione della luminosità molto maggiore di quella che può essere spiegata dal solo spostamento verso il rosso. Ciò può anche essere spiegato da un universo in espansione, in cui la galassia più distante si sta allontanando a un ritmo più veloce. Apparentemente non è una cosa risoluta, e non è un punto cruciale per l'argomento.
Un altro problema con la teoria è che non spiega il modello di emissione della luce nel tempo mostrato dagli eventi di supernova. Il tempo impiegato dalla luce per dissolversi da una supernova, visto dalla Terra, aumenta con la distanza della supernova. Ciò è coerente con un universo in espansione, in cui gli effetti di dilatazione del tempo dovuti alla relatività speciale diventano più significativi con l'aumentare della distanza e una più rapida recessione.
Uno dei più forti elementi di prova per la teoria del big bang è la radiazione di fondo cosmico a microonde (CMB), scoperta nel 1956. La teoria della luce stanca può spiegare questa radiazione di fondo come luce stellare che ha perso energia nel tempo fino al punto in cui è stata spostato in rosso fino alla lunghezza d'onda delle microonde, ma la teoria non spiega lo spettro della radiazione. In entrambe le teorie, il numero di fotoni rimane lo stesso, ma nella teoria della luce stanca sono distribuiti nello stesso volume di spazio, mentre in un universo in espansione, i fotoni sono stati diluiti in uno spazio in espansione. Questi scenari contrastanti portano a diversi spettri per il CMB. Lo spettro CMB osservato è coerente con la teoria del big bang.
A parte le principali obiezioni sopra descritte, ci sono una serie di altri problemi per l'universo non in espansione implicato nella teoria della luce stanca. Questi includono il paradosso di Olbers, le proporzioni di elementi chimici visti nell'universo oggi e prove abbondanti che l'universo è cambiato nel tempo. I sostenitori hanno tentato di fornire risposte - coerentemente con un modello di luce stanca in qualche forma - a tutte queste obiezioni, ma la maggior parte degli scienziati nei campi dell'astrofisica e della cosmologia considera la teoria come appartenente alla fisica marginale.