Brevkasse

Om lysets træthed


Svaret:

Hej Finn,

De måder du nævner, hvorpå fotoner kan miste energi, har vi rigtig godt styr på; de har begge at gøre med, at fotonerne hele tiden spredes på partikler, som har en vis temperatur, og dermed får samme temperatur, eller energi. Det skyldes det princip der kaldes "termodynamisk ligevægt". Når vi er temmelig sikre på, at ingen sådanne mekanismer er på spil, skyldes det, at i alle disse tilfælde ændrer fotonen også retning. Det vil sige, at jo længere væk en galakse ligger, desto mere "tåget"/udvisket ville synet af den være. På samme måde som at træerne i en tåget skov bliver mere og mere utydelige, jo længere væk de står, fordi lyset fra dem spredes på vanddråberne.

Men du har selvfølgelig ret i, at dette ikke er noget bevis for, at der ikke skulle kunne findes en anden årsag. Der er da også gennem tiden blevet foreslået forskellige forklaringer; de såkaldte "tired light"-hypoteser. Men udover problemet med de "tågede" galakser beskrevet ovenfor, skal disse teorier også kunne forklare hvordan overfladelysstyrken af galakser, deres tidsforlængelse ("time dilation"), og det termiske spektrum af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling ændrer sig med afstanden. Og det har de ikke været i stand til. Især dét med tidforlængelsen er efter min mening overbevisende evidens for, at vi forstår mekanismen korrekt: Andre fænomener (ikke fotoner) har deres frekvenser reduceret med præcis samme faktor som lyset, nemlig (1+z), hvor z er rødskydningen. Speficikt aftager lysstyrken af supernovaer langsommere med denne faktor, jo længere væk de ligger.

Når langt de fleste tror på, at rødforskydningen skyldes udvidelsen, er det fordi det passer ind i en allerede velfunderet teori på en smuk og simpel vis. Rødforskydning som følge af bevægelse er testet teoretisk masser af gange. Det er ganske simpelt, og kræver slet ikke særlig høje hastigheder, så det kan let testes i et laboratorium. Men faktisk fortolkes rødforskydningen ikke som om, at galakserne har en bevægelse væk fra hinanden. Almindelig Dopplerforskydning kræver, at lyskilden har en hastighed ift. hinanden i det øjeblik lyset udsendes og/eller modtages. Men den generelle relativitetsteori — som er blevet testet et utal af gange, og som til stadighed testes — forudsiger, at selve rummets udvidelse "strækker" fotonernes bølgelængde, på præcis den måde som observeres. I princippet kunne man forestille sig et univers der var statisk, så pludselig gik ind i en fase hvor det udvidede sig til dobbelt størrelse, og dernæst blev statisk igen. Det lys som udsendes af en galakse før udvidelsesfasen, og som vi modtager efter, vil vi se som værende rødforskudt til dobbelt bølgelængde, på trods af at universet var statisk både under udsendelse og modtagelse.

Sådan et univers lever vi nu ikke i, for det ville vi kunne se på rødforskydningens sammenhæng med afstanden. Tilsyneladende lever vi i et univers, hvor udvidelsen i starten aftog i grad med at alting tiltrak hinanden, men på et tidspunkt fik en endnu ikke forstået mekanisme udvidelsen til at accelerere igen. Indtil vi ved mere om denne mekanisme, kalder vi den for mørk energi. Men det er en anden historie.

Det er ikke helt korrekt, at vi ikke måler rødforskydning for lokale galakser. Alle galakser har en eller anden hastighed ift. os. Galakser ligger nogenlunde stille i Universet, men ikke helt; de har typisk hastigheder på nogle hundrede, eller måske tusind km/s ift. den "kosmiske referenceramme". Denne hastighed kaldes galaksernes "pekuliærhastighed", og kan både være væk fra os, mod os, eller til højre. En galakse totale hastighed ift. os er summen er dens pekuliærhastighed og dens "kosmiske hastighed", altså den hastighed der skyldes Universets udvidelse. Førstnævnte er nogenlune ens for alle galakser i tilfældige retninger, uanset deres afstand, mens sidstnævnte vokser proportionalt med afstanden, og altid er væk fra os. For lokale galakser dominerer pekuliærhastighed altså, og vi måler derfor deres hastighed til 100-1000 km/s, både mod os og væk fra os. F.eks. er Andromedas rødforskydning faktisk "negativ", eller mere præcist, den har en blåforskydning pga. dens hastighed mod os.

Du kan læse mere om, hvordan tidsforlængelse er et rigtig godt argument for, hvorfor alternative teorier ikke er svaret her.
Og generelt om "tired light" her:

Bedste hilsener,
Peter