Co to jest zmęczone światło?
Teoria zmęczonego światła ma na celu dostarczenie alternatywnego wyjaśnienia przesunięcia ku czerwieni obserwowanego w odległych galaktykach, które konwencjonalnie tłumaczy ekspansja wszechświata. Zgodnie z tą teorią energia przenoszona przez fotony światła jest w pewien sposób stopniowo rozpraszana podczas ich przemieszczania się w przestrzeni, co powoduje wzrost długości fali, tak że światło jest przesunięte w kierunku dłuższej, mniej energicznej, czerwonej końcówki widma. Teoria Wielkiego Wybuchu wszechświata wyjaśnia, że przesunięcie ku czerwieni wynika z efektu Dopplera. Natomiast hipoteza zmęczonego światła jest zgodna z modelami stanu stacjonarnego wszechświata. Można argumentować, że to wyjaśnienie przesunięcia ku czerwieni nie zostało całkowicie obalone, ale ogromna większość astronomów i kosmologów popiera teorię Wielkiego Wybuchu, ponieważ starannie wyjaśnia szereg obserwacji, które powodują poważne problemy dla zmęczonego modelu światła.
Teorię po raz pierwszy zaproponował Fritz Zwicky w 1929 r., Po odkryciu, że przesunięcia ku czerwieni galaktyk zwiększają się wraz z odległością. Problemem jest jednak proces rozpraszania energii światła na duże odległości. Najbardziej oczywisty proces - interakcja światła z cząsteczkami w przestrzeni - został szybko odrzucony przez samego Zwicky'ego, ponieważ spowodowałoby to rozproszenie światła, co z kolei spowodowałoby rozmycie lub rozmycie odległych galaktyk. Obserwacje odległych galaktyk nie pokazują tego rozmycia. Zwicky opowiadał się za alternatywnym wyjaśnieniem polegającym na oddziaływaniu światła na grawitację, ale idea ta pozostaje zasadniczo spekulacyjna.
Istnieje wiele innych problemów z teorią zmęczonego światła, z których jeden dotyczy postrzeganej jasności galaktyk. W przypadku dwóch podobnych galaktyk w bardzo różnych odległościach, w statycznym wszechświecie, obliczona jasność powierzchni - oparta na ilości światła, jaką faktycznie emitują galaktyki, podzielona przez obszary nieba, które zajmują, gdy są obserwowane z Ziemi - powinna być mniej więcej taka sama. Jest tak, ponieważ ilość światła, które dociera do nas i obszar galaktyki - widziane z Ziemi - zmniejszają się wraz z odległością w tym samym tempie. Obserwowana jasność powierzchniowa galaktyk zostałaby zmniejszona przez przesunięcie ku czerwieni; jednak obserwacje pokazują znacznie większe zmniejszenie jasności, niż można to wytłumaczyć samym przesunięciem ku czerwieni. Można to również wyjaśnić rozszerzającym się wszechświatem, w którym dalsza galaktyka cofa się w szybszym tempie. Najwyraźniej nie jest to kwestia ustalona i nie jest to kluczowy argument w sporze.
Innym problemem związanym z tą teorią jest to, że nie wyjaśnia ona wzoru emisji światła w czasie pokazanego przez zdarzenia supernowej. Czas potrzebny do zaniknięcia światła supernowej, widziany z Ziemi, wzrasta wraz z odległością supernowej. Jest to zgodne z rozszerzającym się wszechświatem, w którym efekty dylatacji czasu ze względu na szczególną teorię względności stają się bardziej znaczące wraz ze wzrostem odległości i szybszą recesją.
Jednym z najsilniejszych dowodów na teorię Wielkiego Wybuchu jest promieniowanie Cosmic Microwave Background (CMB), odkryte w 1956 r. Teoria zmęczonego światła może wyjaśnić to promieniowanie tła jako światło gwiazd, które z czasem straciło energię do momentu, w którym zostało przesunięty ku czerwieni do długości fali mikrofalowej, ale teoria nie wyjaśnia widma promieniowania. W obu teoriach liczba fotonów pozostaje taka sama, ale w teorii zmęczonego światła są one rozmieszczone w tej samej objętości przestrzeni, podczas gdy w rozszerzającym się wszechświecie fotony zostały rozcieńczone w rozszerzającej się przestrzeni. Te kontrastujące scenariusze prowadzą do różnych widm dla CMB. Obserwowane widmo CMB jest zgodne z teorią Wielkiego Wybuchu.
Poza głównymi zastrzeżeniami opisanymi powyżej, istnieje wiele innych problemów dla nierozszerzającego się wszechświata wynikających z teorii zmęczonego światła. Należą do nich paradoks Olbersa, proporcje pierwiastków chemicznych obserwowane dzisiaj we wszechświecie oraz liczne dowody na to, że wszechświat zmienił się w czasie. Zwolennicy próbowali udzielić odpowiedzi - zgodnych ze zmęczonym modelem światła w jakiejś formie - na wszystkie te obiekcje, ale większość naukowców z dziedziny astrofizyki i kosmologii uważa tę teorię za należącą do skrajnej fizyki.