Dlaczego koncepcja „męczącego się” światła jest niesłuszna?

Co pewien czas niektórzy amatorzy astronomii i kosmologii próbują powracać do idei statycznego Wszechświata, a obserwowane poczerwienienie galaktyk tłumaczyć efektem „męczenia się” światła (patrz np. dyskusja pod tekstem Einego o ostatniej Nagrodzie Nobla z fizyki). Męczenie to miałoby polegać na spontanicznej (bądź wywołanej przez jakieś nieokreślone tarcie) utracie energii przez fotony, gdy te podróżują przez przestrzeń. Dlatego dalsze galaktyki, mimo że się nie oddalają, byłyby bardziej czerwone od bliższych.

Zapomnijmy o fakcie, że z Ogólnej Teorii Względności (którą potwierdziły różne testy) wynika bezpośrednio ekspansja Wszechświata, a więc i poczerwienienie uciekających galaktyk. Skoncentrujmy się na samej hipotezie męczącego się światła. Jest ona możliwa do weryfikacji obserwacyjnej, a służą do tego supernowe typu Ia – te same, za obserwacje których Perlmutter, Riess i Schmidt dostali Nobla. O supernowych Ia więcej napisał w swej notce Eine, podkreślając fakt, że mają one zawsze tę samą bezwzględną jasność w maksimum, a więc – poprzez pomiar ich obserwowanych jasności – mogą służyć do wyznaczania odległości.

Ja dodam jeszcze jedną ich właściwość: otóż ich rozbłyski wyglądają zawsze jednakowo, to znaczy ich jasność zmienia się w czasie zawsze tak samo. Astronomowie mówią, że mają one identyczne „krzywe zmian blasku”. Oto jak one wyglądają:

Dlaczego koncepcja „męczącego się” światła jest niesłuszna?

Na osi poziomej mamy odłożony czas, natomiast na osi pionowej – zmieniającą się jasność rozbłysku supernowej Ia. Można wyznaczyć jakiś charakterystyczny czas t₀, np. od momentu maksimum jasności do chwili, gdy spadnie ona do połowy:

Zastanówmy się teraz, jakby wyglądały krzywe zmian blasku dwóch supernowych – jednej bliższej, drugiej dalszej – gdyby Wszechświat był statyczny, w którym światło się męczy. Ta dalsza będzie po prostu słabsza od tej bliższej, a mierzony przez nas czas t₀ będzie w obu przypadkach taki sam:

A jak to będzie, jeśli Wszechświat się rozszerza? W momencie maksimum wybuchu supernowa znajduje się bliżej nas niż w chwili, gdy jej jasność spadnie do połowy. Wtedy światło ma dłuższą drogę do pokonania, więc obserwowana przez nas krzywa zmian blasku ulegnie rozciągnięciu w czasie.

Zgodnie z prawem Hubble'a im dalsza supernowa, tym szybciej oddala się od nas, dlatego jej krzywa zmian blasku jest tym bardziej rozciągnięta, a mierzony przez nas czas t₀ będzie tym dłuższy. Wystąpi taka oto sytuacja:

Obserwacje supernowych Ia pokazują, że mamy do czynienia z drugim przypadkiem. Wynika stąd, że Wszechświat rzeczywiście się rozszerza, a koncepcję męczącego się światła należy odrzucić.

Apdejt (24.12.2016) Ostatnie badania pokazują, że supernowe Ia nie są identyczne, ale ich jasności trochę zależą od różnych parametrów (rodzajów galaktyk, składu chemicznego itp.) Powyższy wniosek nie ulega jednak zmianie, gdyż można te supernowe podzielić na kilka klas i dla każdej z tych klas opisany efekt występuje.