Помилки космології втомленого світла

Моделі втомленого світла передбачають поступову втрату енергії фотонами, у міру їхньої подорожі в Космосі, таким чином, щоб створити залежність червоного усунення від відстані. Такі моделі стикаються із трьома головними проблемами:

Немає відомих взаємодій, здатних знизити енергію фотона, не змінюючи у своїй його імпульс, що зумовлює зміщення в фіолетову область далеких об'єктів, чого у експерименті немає. Зокрема, Комптонівське зміщення не працює.
Модель втомленого світла не передбачає сповільнення часу кривих яскравості наднових зірок з великими червоними зсувами. Це уповільнення часу є наслідком стандартної інтерпретації червоного усунення: наднова, якої для розпаду потрібно 20 днів, її спостереженні з червоним усуненням z=1 світитиме 40 днів.

На наведеному вище малюнку показано залежність фактора уповільнення часу кривої яскравості наднової від величини червоного зміщення для п'яти наднових зірок за даними, доступними в 1998р.

Якщо червоне зміщення пояснюється ефектом втоми світла, то ширина кривої яскравості наднової має залежати від величини червоного зміщення, як показано малюнку червоною горизонтальною лінією. Якщо червоне зміщення пояснюється розширенням Всесвіту, то фактор ширини кривої яскравості становитиме w = (1+z), як показано синьою лінією малюнку. Найкращою апроксимацією цих даних є чорна лінія, і вона, очевидно, відповідає синій лінії і відкидає модель втомленого світла. Моя лінія найкращої апроксимації така: Використовуємо метод сталої оцінки найменшої суми абсолютних відхилень для знаходження залежності та метод половинної розшнурованої вибірки для оцінки помилок. Ці данівиключають модель втомленого світла в межах більш ніж 11 стандартних відхилень.

Модель втомленого світла неспроможна створити чорнотільного спектра реліктового випромінювання, не залучаючи деяких неймовірних випадкових збігів.

Для того, щоб показати це, можна скористатися аналогією повітряної кулі, що розширюється. На наведеному нижче малюнку показана аналогія у два різні моменти часу.

Зауважимо, що галактики (жовті краплі) не ростуть, тоді як відстані між галактиками ростуть, фотони рухаються і зміщуються від фіолетового кінця спектру до червоного в міру розширення Всесвіту, а щільність фотонів падає. Однак у моделі втомленого світла, показаної нижче, щільність фотонів не знижується.

Таким чином, у моделі втомленого світла енергія реліктових фотонів буде знижуватися, а щільність не знижуватиметься, щоб відповідати щільності холодного чорнильного випромінювання.

Локальна область Всесвіту прозора і має широкий діапазон температур, тому вона не створює чорнильне випромінювання, для чого потрібна ізотермічна система, що поглинає світло. Тому реліктове випромінювання має приходити з далеких областей Всесвіту, і його фотони, таким чином, втрачатимуть енергію відповідно до ефекту втомленого світла. Наведений нижче графік показує, що станеться, якщо реліктове випромінювання надходить з області з z = 0.1.

Припустимо, що реліктове випромінювання стартує як чорнильне випромінювання з температурою T = (1+z)*T o = 2.998 K, що зображено синьою кривою. Через те, що фотони лише втрачають енергію, але не знижують своєї щільності, результуюча червона крива вже не є чорнотільною з темературою T o = 2.725, а є натомість чорнотільною температурою, помноженою на (1+z) 3 = 1.331. Межа помилки даних приладу FIRAS обмежує цей коефіцієнт величиною 1.00001, що вимагає, щоб реліктове випромінювання приходило з червоним зміщенням менше 0.00005, або з відстані менше 0.25 МПс. Це ближче, ніж розташована галактика Туманність Андромеди або M31, і ми знаємо, що Всесвіт цілком прозорий в межах цієї відстані. Фактично, оскільки спостерігається випромінювання міліметрового діапазону, що надходить від галактик з червоними зміщеннями 4.7 і вище, модель втомленого світла не витримує цієї перевірки з перевищенням стандартного відхилення в 100,000 разів. Зауважте, що реліктове випромінювання не може бути зміщеним у червону область спектра світлом зірок. Деякі твердолобі відмовляються глянути правді у вічі, і продовжують наполягати на моделях втомленого світла для реліктового випромінювання, проте ці моделі не узгоджуються зі спостереженнями.

Модель втомленого світла зазнає невдачі у тесті поверхневої яскравості Тольмана (Tolman). Значною мірою це той самий ефект, як перевірка однорідності реліктового випромінювання, але галактик, що застосовується по відношенню до поверхневої яскравості, замість випромінювань чорних тіл. [Lubin & Sandage (2001)] показали, що модель втомленого світла розходиться з результатами цього тесту у 10 стандартних відхилень.