La teoria della luce stanca cerca di fornire una spiegazione alternativa per il redshift osservato nelle galassie lontane, che è convenzionalmente spiegato dall’espansione dell’universo. Secondo questa teoria, l’energia trasportata dai fotoni di luce viene in qualche modo dissipata gradualmente mentre viaggiano attraverso lo spazio, con conseguente aumento della lunghezza d’onda, in modo che la luce venga spostata verso la lunghezza d’onda più lunga, meno energetica, l’estremità rossa dello spettro. La teoria del big bang dell’universo spiega che questo redshift è dovuto all’effetto Doppler. L’ipotesi della luce stanca, al contrario, è compatibile con i modelli di stato stazionario dell’universo. Si può sostenere che questa spiegazione del redshift non è stata completamente smentita, ma la stragrande maggioranza degli astronomi e dei cosmologi è a favore della teoria del big bang, poiché spiega in modo chiaro una serie di osservazioni che causano seri problemi al modello a luce stanca.
La teoria fu proposta per la prima volta da Fritz Zwicky nel 1929, in seguito alla scoperta che lo spostamento verso il rosso delle galassie aumentava con la distanza. Il processo mediante il quale l’energia della luce viene dissipata su grandi distanze è, tuttavia, problematico. Il processo più ovvio – l’interazione della luce con le particelle nello spazio – è stato rapidamente respinto dallo stesso Zwicky, poiché ciò comporterebbe la dispersione della luce, che a sua volta renderebbe sfocate o sfocate le immagini di galassie lontane. Le osservazioni di galassie lontane non mostrano questa sfocatura. Zwicky preferiva una spiegazione alternativa che implicasse che la luce sia influenzata dalla gravità, ma questa idea rimane essenzialmente speculativa.
Ci sono una serie di altri problemi con la teoria della luce stanca, uno dei quali riguarda la luminosità percepita delle galassie. Per due galassie simili a distanze molto diverse, in un universo statico, la luminosità superficiale calcolata, basata sulla quantità di luce che le galassie effettivamente emettono divisa per le aree di cielo che occupano quando osservate dalla Terra, dovrebbe essere circa la stessa. Questo perché la quantità di luce che raggiunge noi e l’area della galassia, vista dalla Terra, diminuisce con la distanza alla stessa velocità. La luminosità superficiale osservata delle galassie sarebbe ridotta dal redshift; tuttavia, le osservazioni mostrano una riduzione della luminosità molto maggiore di quella che può essere spiegata dal solo redshift. Questo può essere spiegato anche da un universo in espansione, in cui la galassia più lontana si sta allontanando a un ritmo più veloce.
Apparentemente non è una cosa stabilita, e non è un punto cruciale della discussione.
Un altro problema con la teoria è che non spiega il modello di emissione di luce nel tempo mostrato dagli eventi di supernova. Il tempo impiegato dalla luce di una supernova per svanire, visto dalla Terra, aumenta con la distanza della supernova. Ciò è coerente con un universo in espansione, in cui gli effetti di dilatazione del tempo dovuti alla relatività speciale diventano più significativi con l’aumentare della distanza e una recessione più rapida.
Una delle prove più forti per la teoria del big bang è la radiazione Cosmic Microwave Background (CMB), scoperta nel 1956. La teoria della luce stanca può spiegare questa radiazione di fondo come luce stellare che ha perso energia nel tempo fino al punto in cui è stata redshifted alla lunghezza d’onda delle microonde, ma la teoria non spiega lo spettro della radiazione. In entrambe le teorie, il numero di fotoni rimane lo stesso, ma nella teoria della luce stanca sono distribuiti sullo stesso volume di spazio, mentre in un universo in espansione i fotoni sono stati diluiti in uno spazio in espansione. Questi scenari contrastanti portano a spettri diversi per il CMB. Lo spettro CMB osservato è coerente con la teoria del big bang.
A parte le principali obiezioni sopra descritte, ci sono una serie di altri problemi per l’universo non in espansione implicati dalla teoria della luce stanca. Questi includono il paradosso di Olbers, le proporzioni degli elementi chimici osservati nell’universo oggi e abbondanti prove che l’universo è cambiato nel tempo. I sostenitori hanno tentato di fornire risposte – coerenti con un modello di luce stanco in qualche forma – a tutte queste obiezioni, ma la maggior parte degli scienziati nei campi dell’astrofisica e della cosmologia considerano la teoria come appartenente alla fisica marginale.