La hipòtesi de la llum cansada, alternativa al “big-bang” ("Gran Explosió"), explica per què l'espectre de llum de totes les galàxies observades està desplaçat cap al vermell. La hipòtesi, formulada per Fritz Zwicky el 1929, explica que els fotons perden energia en col·lidir amb altres partícules mentre es desplacen. Considerant que l'energia d'un fotó és inversament proporcional a la seva longitud d'ona, el resultat seria un desplaçament de la longitud d'ona cap al vermell. Aquesta hipòtesi no implica un univers en expansió, com sí que ho fa el “big-bang”. Al principi del la majoria de científics creien que l'univers era estàtic, raó per la qual la llum cansada tenia un cert atractiu. Avui en dia es recorda principalment per interès històric, ja que molt pocs científics creuen que la llum cansada sigui una explicació vàlida per la llei de Hubble. Tot i això, alguns models alternatius de la gravetat que no donen lloc a un univers en expansió a vegades utilitzen la llum cansada per explicar les observacions de Hubble.
Història La idea de la llum cansada va sorgir degut a les observacions fetes per Edwin Hubble. Les galàxies llunyanes mostren un desplaçament de la longitud d'ona cap al vermell proporcional a la distància a què es troben de nosaltres. Tenint en compte l'efecte Doppler, això implica que totes aquestes galàxies, independentment de quina direcció mirem, s'estan allunyant de nosaltres amb una velocitat també proporcional a la distància a què es troben de nosaltres. En poques paraules, tot s'allunya de nosaltres. Hi havia una incongruència entre la idea d'un univers estàtic i aquestes observacions. En un univers estàtic no hi ha cap raó per la qual hauríem d'observar un desplaçament de longitud d'ona cap al vermell. La llum cansada intenta explicar, en el context d'un univers estàtic, aquest fet.
Immediatament després que Hubble fes públic el seu descobriment, Willem de Sitter, que treballava en la teoria de la relativitat general, va reconèixer que aquestes observacions coincidien amb una solució de les equacions de camp d'Einstein: la mètrica de FRW (Friedmann-Robertson-Walker). Aquesta mètrica dona una explicació a les observacions de Hubble: l'univers es troba en un estat de contínua expansió. L'espai entre les galàxies va creixent a causa d'aquesta expansió; per tant, la llum que rebem d'aquestes galàxies llunyanes estan desplaçades cap al vermell. És important entendre que aquesta expansió no afecta l'espai dintre de les galàxies, ja que aquestes estan subjectes a la seva pròpia atracció gravitatòria.
No tothom va acceptar aquesta explicació immediatament. La relativitat general era difícil d'entendre i bastants astrònoms eren escèptics que aquesta fos l'única explicació possible. Alguns altres tenien dubtes de la validesa de les observacions. En aquest context, Fritz Zwicky va presentar la seva hipòtesis, la llum cansada, el 1929.Zwicky, F. 1929. On the Red Shift of Spectral Lines through Interstellar Space. PNAS 15:773-779. Abstract (ADS) Full article (PDF) La llum cansada suggeria que els fotons, en viatjar llargues distàncies per un univers estàtic, perdien energia en col·lidir amb altres partícules o per algun altre mecanisme desconegut. La pèrdua d'energia comporta un increment de la longitud d'ona, i això explica el desplaçament cap al roig de la llum que rebem. El terme «llum cansada» va ser ocurrència de Richard Tolman, el qual l'utilitzava per a referir-se a aquesta idea.
El mecanisme de la llum cansada va ser una de les alternatives a la cosmologia proposada pel «big-bang» i «l'estat estacionari», teories que es basen en l'expansió de l'univers proposada per la mètrica FRW. Des de mitjan , la majoria de cosmòlegs acceptaven un d'aquests dos models, mentre que pocs cosmòlegs van treballar en l'alternativa proposada per la llum cansada.Wilson, O. C. 1939. Possible applications of supernovae to the study of the nebular red shifts. Astrophysical Journal 90:634-636. Archived article (ADS) A mesura que el camp de la cosmologia anava avançant i arribaven noves dades experimentals, el big-bang es va imposar com el model més seguit, ja que era el que més s'ajustava a les observacions fetes cap al final del . Avui dia segueix sent aquest el model més acceptat de l'evolució de l'univers. A més, un quants experiments han demostrat que la llum cansada tradicional no és una explicació viable del desplaçament cap al roig de la llum que ens arriba de d'altres galàxies.Geller J. et al.,Test of the expanding universe postulate The astrophysical journal 174, p.1 (1972)Goldhaber, et al. (2001) Timescale Stretch Parameterization of Type Ia Supernova B-band Light Curves urlLubin and Sandage(2001), The Tolman Surface Brightness Test for the Reality of the Expansion. IV. A Measurement of the Tolman Signal and the Luminosity Evolution of Early-Type Galaxies, url
Models de la llum cansada Els cosmòlegs han suggerit uns quants mecanismes pels quals la llum cansada podria funcionar:
Models de Zwicky Fritz Zwicky va proposar alguns mecanismes per al desplaçament cap al roig de la longitud d'ona, i admeté, anys després, que estava equivocat.
L'efecte Compton:
Potencial gravitatori :
En aquest mateix document, el mateix Zwicky reconeix que en un model com la llum cansada la relació entre la distància i el desplaçament de la longitud d'ona cap al vermell també hauria de ser mesurable en objectes dins la nostra galàxia. En aquest cas, el desplaçament seria tan petit que seria molt difícil de mesurar. En qualsevol cas, si això fos cert, seria una prova contra models com el big-bang, els quals només parlen d'un desplaçament cap al roig en objectes fora de la pròpia galàxia. Zwicky va escriure: «Seria especialment desitjable poder mesurar el desplaçament cap al roig independentment de les velocitats a què es mouen els objectes observats».
Pèrdua d'energia de Hubble i Tolman Després de l'estudi de Zwicky del 1935, Edwin Hubble i Richard Tolman van comparar el desplaçament cap al roig produït per un objecte en allunyar-se del receptor i un desplaçament cap al roig produït per altres raons. Van concloure que:
La hipòtesi de Finlay-Freundlich A principis dels 50, Erwin Finlay Freundlich va proposar que el desplaçament cap al roig és «el resultat de la pèrdua d'energia dels fotons observats travessant un camp de radiació».E. Finlay-Freundlich, "Red-Shifts in the Spectra of Celestial Bodies" (1954) Proc. Phys. Soc. A 67 192-193 R.A. Alpher va respondre: «No hi ha cap mecanisme físic generalment acceptat que sigui responsable d'aquesta pèrdua».R.A. Alpher, "Laboratory Test of the Finlay-Freundlich Red Shift Hypothesis" (1962) Nature 196, 367-368 De totes maneres, P. F. Brown va proposar que «l'energia perduda reapareix en forma de parelles de neutrins gràcies a l'intercanvi d'un gravitó entre dos fotons»P. F. Brown, "The Case for an Exponential Red Shift Law" (1962) Nature 193, 1019-1021
Crítiques Per ara, no hi ha cap mecanisme establert que produeixi una pèrdua d'energia similar a la relació trobada per Hubble entre el desplaçament cap al roig i la distància de l'objecte emissor. La dispersió de la llum provocada per gas o pols no reprodueix les observacions de Hubble. Per exemple, qualsevol mecanisme de dispersió faria que l'objecte emissor es difuminés i no pogués ser observat. En general, els cosmòlegs consideren que els models de la llum cansada tenen massa problemes per a prendre'ls en consideració.Ned Wright; Errors in Tired Light Cosmology (2005) La llum cansada no és capaç per si sola de reproduir tots els èxits de la cosmologia proposada pel big-bang. No dona explicació per a la dilatació del temps observada en la llum emesa per una supernova,While supernova light curve data are consistent with time dilation and rule out some static cosmologies, a 2010 comparison of quasar light curves at high and low redshifts did not show the expected evidence of time dilation, see l'espectre d'un cos negre o l'anisotropia de la radiació de fons del big-bang. A més, el fet que l'edat de les estrelles més velles de l'univers és més o menys igual a l'invers de la constant de Hubble és una conseqüència natural de la cosmologia del big-bang, mentre que a la llum cansada aquest fet és una coincidència sense explicació.
Els nous models Entre les cosmologies no estàndard existeixen uns quants models que també utilitzen els criteris anteriors, produint un desplaçament cap al roig a conseqüència de la dilatació del temps, i sense fer referència als mecanismes específics: (Crawford 1979)D.F. Crawford, Photon Decay in Curved Space-time, Nature, 277(5698), 633-635 (1979). i (Masreliez, Expansió còsmica en escala 1999).Masreliez C. J., Scale Expanding Cosmos Theory I – An Introduction , Apeiron (2004), pág. 109-113, on totes les reivindicacions de Ned Wright sobre la llum cansada són refutades en detall.C. Johan Masreliez, Preprint, The Pioneer Anomaly (2005) Astrophysics & Space Science, v. 299, no. 1, pàg. 83-108
Referències
Vegeu també Teoria de l'estat estacionari Constant de Hubble Cosmologia Astrofísica Univers
Categoria:Teories obsoletes de la física