疲れた光とは？

疲れた光の理論は、遠方の銀河で見られる赤方偏移の代替説明を提供しようとしています。これは、従来、宇宙の膨張によって説明されていました。 この理論によると、光の光子によって運ばれるエネルギーは、空間を移動するにつれて徐々に消散し、結果として波長が増加します。その結果、光はより長い波長の、エネルギーの少ないスペクトルの赤い端に向かってシフトします。 宇宙のビッグバン理論は、この赤方偏移がドップラー効果によるものであると説明しています。 対照的に、疲れた光仮説は、宇宙の定常状態モデルと互換性があります。 この赤方偏移の説明は包括的に反証されていないが、疲れた光モデルに深刻な問題を引き起こす多くの観測をきちんと説明しているため、天文学者と宇宙論者の大多数はビッグバン理論を支持していると主張することができる。

この理論は、距離とともに銀河の赤方偏移が増加するという発見に続いて、1929年にフリッツツヴィッキーによって最初に提案されました。 しかし、光のエネルギーが長距離にわたって散逸するプロセスには問題があります。 最も明白なプロセス-光と空間内の粒子との相互作用-は、Zwicky自身によってすぐに拒否されました。これにより、光が散乱し、遠方の銀河の画像がぼやけたりぼやけたりするためです。 遠方の銀河の観測では、このあいまいさは示されません。 ツヴィッキーは、重力の影響を受ける光を含む別の説明を支持しましたが、この考えは本質的に投機的なままです。

疲れた光の理論には他にも多くの問題があり、その一つは銀河の明るさの知覚に関するものです。 非常に異なる距離にある2つの類似した銀河の場合、静的な宇宙では、計算された表面の明るさ-銀河が実際に放出する光量に基づいて、地球から観測したときに占める空の領域で除算されます-はほぼ同じです。 これは、私たちに到達する光の量と、地球から見た銀河の領域が、同じ速度で距離とともに減少するためです。 観測された銀河の表面の明るさは、赤方偏移によって低下します。 ただし、観測では、赤方偏移だけでは説明できない明るさの大幅な低下が示されています。 これは、より遠方の銀河がより速い速度で後退している膨張する宇宙によっても説明できます。 どうやらそれは決着したものではなく、議論の重要なポイントでもない。

理論に関する別の問題は、超新星のイベントによって示される時間の経過に伴う発光パターンを説明しないことです。 地球から見たとき、超新星からの光がフェードするのにかかる時間は、超新星の距離とともに増加します。 これは、距離の増加と後退の高速化に伴い、特殊相対性理論による時間膨張の影響がより大きくなる膨張する宇宙と一致しています。

ビッグバン理論の最も強力な証拠の1つは、1956年に発見された宇宙マイクロ波背景（CMB）放射です。疲れた光の理論は、この背景放射を、時間とともにエネルギーを失った星明として説明できます。マイクロ波の波長まで赤方偏移したが、理論は放射のスペクトルを説明していない。 両方の理論で、光子の数は同じままですが、疲れた光の理論では同じ体積の空間に分布していますが、膨張する宇宙では、光子は膨張する空間で希釈されています。 これらの対照的なシナリオにより、CMBのスペクトルが異なります。 観測されたCMBスペクトルは、ビッグバン理論と一致しています。

上記の主な異論は別として、疲れた光の理論によって暗示された非膨張宇宙には多くの他の問題があります。 これらには、オルバースのパラドックス、今日の宇宙で見られる化学元素の割合、および宇宙が時間とともに変化したという豊富な証拠が含まれます。 サポーターは、これらのすべての異論に対して、何らかの形の疲れた光モデルと一致する答えを提供しようとしましたが、天体物理学と宇宙論の分野のほとんどの科学者は、理論を周辺物理学に属していると考えています。