Ваш свет состарился, сэр! Вселенная не расширяется, а красное смещение — это рассеяние

Что такое фотон? Это пакет энергии. По крайней мере проще всего описать его именно так. Он обладает свойствами частицы и волны. Вы много раз слышали эту историю. А давайте я задам вам сложный вопрос — может ли фотон стареть? Хм, ну а могут постареть 200 кДж? Если мы говорим про пакет энергии, а не частицу, то это мера. А теория старения света — это совсем другая идея.

Оказывается вопрос этот для физики спекулятивен и вызывает некоторый интерес. Проблему старения света относят к гипотетическим и ставят в один ряд с обнаружением эфира. Только если сторонники эфира опираются на спорные эксперименты, то идея состарившегося света не опирается ни на что, кроме фантазии и группы несвязанных гипотез. Экспериментально явление не подтверждено. Так о чём всё это вообще?

Впервые гипотеза старения предложена астрономом Фрицем Цвикки в качестве альтернативы теории расширяющейся Вселенной. Он подумал, почесал голову и сказал, что «а с чего это обязательно эффект Доплера… Может быть свет до нас просто не доходит в изначальном виде…»

Вопреки интуитивному представлению о распаде или угасании фотонов, “старение” света – это нечто иное, процесс, связанный с потерей энергии и изменением его свойств по мере путешествия через космическое пространство.

Традиционно, идея “усталости света” возникала как альтернативное объяснение красному смещению, наблюдаемому в спектрах далеких галактик. Красное смещение – это сдвиг спектральных линий в сторону более длинных (красных) волн, которое обычно интерпретируется как следствие расширения Вселенной, то есть галактики удаляются от нас, и свет, идущий от них, растягивается. Теория “усталости света” предполагала, что фотоны, проходя через межгалактическую среду, постепенно теряют энергию из-за взаимодействия с гипотетическими частицами или полями, что приводит к красному смещению, не связанному с расширением Вселенной.

Однако, эта первоначальная гипотеза столкнулась с серьезными противоречиями. Во-первых, она не могла объяснить наблюдаемую зависимость красного смещения от расстояния, которая согласуется с законом Хаббла, описывающим расширение Вселенной. Во-вторых, теория “усталости света” не соответствовала другим космологическим наблюдениям, таким как реликтовое излучение и распределение крупномасштабных структур во Вселенной.

Тем не менее, концепция изменения свойств света в процессе его путешествия по космосу остается актуальной, хоть и в ином контексте. Современное понимание “старения” света связано с несколькими физическими явлениями:

• Свет, проходя через межзвездную среду, состоящую из газа и пыли, частично поглощается и рассеивается. Более короткие волны (синий свет) рассеиваются сильнее, чем длинные (красный свет), что приводит к покраснению света от далеких звезд и галактик – явлению, известному как межзвездной экстинкции. Этот процесс не является потерей энергии отдельным фотоном, а скорее селективным удалением определенных фотонов из пучка.
• Свет, покидающий массивные объекты, такие как звезды или черные дыры, теряет энергию, преодолевая гравитационное поле. Это явление, предсказанное общей теорией относительности, приводит к небольшому, но измеримому красному смещению.
• При взаимодействии фотонов с электронами происходит передача энергии от фотона к электрону, что приводит к увеличению длины волны фотона (уменьшению энергии). Этот эффект особенно важен вблизи массивных объектов и в областях с высокой плотностью вещества.
• В определенных средах, например, в нелинейных кристаллах, фотоны могут взаимодействовать друг с другом, изменяя свою частоту и энергию. Хотя это не является “старением” в прямом смысле, это демонстрирует, что свойства света могут изменяться в процессе взаимодействия.

Получается, что “старение” света – это комплексное явление, включающее в себя различные процессы, влияющие на его энергию и спектральный состав в процессе распространения через космос.

Это не просто потеря энергии отдельным фотоном, а скорее изменение характеристик светового потока в целом. Понимание этих процессов критически важно для точной интерпретации астрономических наблюдений и изучения структуры и эволюции Вселенной.

Современная наука по сути отрицает идею старения света. Главная проблема — отсутствие наблюдательных данных, подтверждающих потерю энергии фотонов в процессе их движения через космос.

Но знаете, что ужасно? Лично мне эта идея кажется куда более привлекательной. Ведь даже если опустить сам факт расширения Вселенной и рассмотреть только логику старения света, то возникает вопрос… А как свет вообще может не стареть? Под старением мы понимаем всю группу выше перечисленных процессов и их отсутствие должно подразумевать, что при распространении через Вселенную свет не сталкивается абсолютно ни с чем, а это означает пустоту. Без пыли, мусора и чего-то ещё.

Физика не терпит пустоты, а потому невозможно представить себе схему, в которой свет распространялся бы именно через пустое пространство. Поэтому и теория старения света интуитивно кажется вполне правильной.

Я полагаю, что множество источников, описывающих проблему, всё-таки преувеличивает относительно отсутствия взаимодействия. Полагаю, что именно расширение Вселенной и красное смещение действительно работаю по другому механизму, тогда как никакой пустоты нет и всё-таки есть процессы, именуемые старением. Но не они движут красным смещением и близкими к нему явлениями.