¿Qué es la luz cansada?

La teoría de la luz cansada busca proporcionar una explicación alternativa para el desplazamiento al rojo visto en galaxias distantes, que se explica convencionalmente por la expansión del universo. Según esta teoría, la energía transportada por los fotones de luz se disipa gradualmente a medida que viajan a través del espacio, lo que aumenta la longitud de onda, de modo que la luz se desplaza hacia el extremo rojo del espectro, de menor longitud de onda, menos enérgico. La teoría del big bang del universo explica que este desplazamiento al rojo se debe al efecto Doppler. La hipótesis de la luz cansada, en contraste, es compatible con los modelos de estado estacionario del universo. Se puede argumentar que esta explicación para el desplazamiento al rojo no ha sido refutada por completo, pero la gran mayoría de los astrónomos y cosmólogos favorecen la teoría del big bang, ya que explica claramente una serie de observaciones que causan serios problemas para el modelo de luz cansada.

La teoría fue propuesta por primera vez por Fritz Zwicky en 1929, luego del descubrimiento de que los desplazamientos al rojo de las galaxias aumentaban con la distancia. Sin embargo, el proceso por el cual la energía de la luz se disipa a grandes distancias es problemático. El proceso más obvio, la interacción de la luz con las partículas en el espacio, fue rápidamente rechazado por el propio Zwicky, ya que esto provocaría la dispersión de la luz, lo que a su vez volvería borrosas o borrosas las imágenes de galaxias distantes. Las observaciones de galaxias distantes no muestran esta confusión. Zwicky favoreció una explicación alternativa que implica que la luz se ve afectada por la gravedad, pero esta idea sigue siendo esencialmente especulativa.

Existen otros problemas con la teoría de la luz cansada, uno de los cuales se refiere al brillo percibido de las galaxias. Para dos galaxias similares a distancias muy diferentes, en un universo estático, el brillo de la superficie calculado, basado en la cantidad de luz que emiten las galaxias dividido por las áreas del cielo que ocupan cuando se observan desde la Tierra, debería ser aproximadamente el mismo. Esto se debe a que la cantidad de luz que nos llega y el área de la galaxia, como se ve desde la Tierra, disminuye con la distancia a la misma velocidad. El brillo superficial observado de las galaxias se reduciría con desplazamiento al rojo; sin embargo, las observaciones muestran una reducción mucho mayor en el brillo de lo que puede explicarse solo con desplazamiento al rojo. Esto también puede explicarse por un universo en expansión, donde la galaxia más distante está retrocediendo a un ritmo más rápido. Aparentemente no es una cosa establecida, y no es un punto crucial para la discusión.

Otro problema con la teoría es que no explica el patrón de emisión de luz a lo largo del tiempo mostrado por los eventos de supernova. El tiempo que tarda la luz de una supernova en desvanecerse, como se ve desde la Tierra, aumenta con la distancia de la supernova. Esto es consistente con un universo en expansión, donde los efectos de dilatación del tiempo debido a la relatividad especial se vuelven más significativos con el aumento de la distancia y la recesión más rápida.

Una de las pruebas más sólidas de la teoría del big bang es la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), descubierta en 1956. La teoría de la luz cansada puede explicar esta radiación de fondo como la luz de las estrellas que ha perdido energía con el tiempo hasta el punto donde ha estado se desplazó hacia el rojo hasta la longitud de onda de microondas, pero la teoría no explica el espectro de la radiación. En ambas teorías, el número de fotones sigue siendo el mismo, pero en la teoría de la luz cansada se distribuyen en el mismo volumen de espacio, mientras que en un universo en expansión, los fotones se han diluido en un espacio en expansión. Estos escenarios contrastantes conducen a espectros diferentes para el CMB. El espectro CMB observado es consistente con la teoría del Big Bang.

Además de las principales objeciones descritas anteriormente, hay una serie de otros problemas para el universo no expansivo implicados por la teoría de la luz cansada. Estos incluyen la paradoja de Olbers, las proporciones de elementos químicos que se ven en el universo hoy y abundante evidencia de que el universo ha cambiado con el tiempo. Los partidarios han intentado proporcionar respuestas, consistentes con un modelo de luz cansada de alguna forma, a todas estas objeciones, pero la mayoría de los científicos en los campos de astrofísica y cosmología consideran que la teoría pertenece a la física marginal.