La théorie de la lumière fatiguée cherche à fournir une explication alternative au décalage vers le rouge observé dans les galaxies lointaines, qui est classiquement expliqué par l’expansion de l’univers. Selon cette théorie, l’énergie transportée par les photons de lumière est en quelque sorte progressivement dissipée au fur et à mesure qu’ils voyagent dans l’espace, ce qui entraîne une augmentation de la longueur d’onde, de sorte que la lumière est déplacée vers la longueur d’onde la plus longue, la moins énergétique, l’extrémité rouge du spectre. La théorie du big bang de l’univers explique ce décalage vers le rouge comme étant dû à l’effet Doppler. L’hypothèse de la lumière fatiguée, en revanche, est compatible avec les modèles à l’état stationnaire de l’univers. On peut affirmer que cette explication du décalage vers le rouge n’a pas été complètement réfutée, mais la grande majorité des astronomes et des cosmologues sont favorables à la théorie du big bang, car elle explique parfaitement un certain nombre d’observations qui posent de sérieux problèmes au modèle de lumière fatigué.
La théorie a été proposée pour la première fois par Fritz Zwicky en 1929, à la suite de la découverte que les décalages vers le rouge des galaxies augmentaient avec la distance. Le processus par lequel l’énergie de la lumière est dissipée sur de grandes distances est cependant problématique. Le processus le plus évident – l’interaction de la lumière avec des particules dans l’espace – a été rapidement rejeté par Zwicky lui-même, car cela entraînerait une diffusion de la lumière, ce qui rendrait les images de galaxies lointaines floues ou floues. Les observations de galaxies lointaines ne montrent pas ce flou. Zwicky a favorisé une explication alternative impliquant la lumière affectée par la gravité, mais cette idée reste essentiellement spéculative.
Il y a un certain nombre d’autres problèmes avec la théorie de la lumière fatiguée, dont l’un concerne la luminosité perçue des galaxies. Pour deux galaxies similaires à des distances très différentes, dans un univers statique, la luminosité de surface calculée – basée sur la quantité de lumière que les galaxies émettent réellement divisée par les zones du ciel qu’elles occupent lorsqu’elles sont observées depuis la Terre – devrait être à peu près la même. C’est parce que la quantité de lumière qui nous atteint et la surface de la galaxie – vue de la Terre – diminue avec la distance au même rythme. La luminosité observée à la surface des galaxies serait réduite par le décalage vers le rouge ; cependant, les observations montrent une réduction beaucoup plus importante de la luminosité que ne peut être expliquée par le redshift seul. Cela peut également s’expliquer par un univers en expansion, où la galaxie la plus éloignée recule à un rythme plus rapide.
Apparemment, ce n’est pas une chose réglée, et ce n’est pas un point crucial de l’argument.
Un autre problème avec la théorie est qu’elle n’explique pas le modèle d’émission de lumière au fil du temps montré par les événements de supernova. Le temps nécessaire à la lumière d’une supernova pour s’estomper, vue de la Terre, augmente avec la distance de la supernova. Ceci est cohérent avec un univers en expansion, où les effets de dilatation du temps dus à la relativité restreinte deviennent plus importants avec l’augmentation de la distance et une récession plus rapide.
L’une des preuves les plus solides de la théorie du big bang est le rayonnement de fond cosmique micro-ondes (CMB), découvert en 1956. La théorie de la lumière fatiguée peut expliquer ce rayonnement de fond comme la lumière des étoiles qui a perdu de l’énergie au fil du temps au point où elle a été décalé vers le rouge jusqu’à la longueur d’onde des micro-ondes, mais la théorie n’explique pas le spectre du rayonnement. Dans les deux théories, le nombre de photons reste le même, mais dans la théorie de la lumière fatiguée, ils sont répartis sur le même volume d’espace, tandis que dans un univers en expansion, les photons ont été dilués dans un espace en expansion. Ces scénarios contrastés conduisent à des spectres différents pour le CMB. Le spectre CMB observé est cohérent avec la théorie du big bang.
Mis à part les principales objections décrites ci-dessus, il existe un certain nombre d’autres problèmes pour l’univers non en expansion impliqué par la théorie de la lumière fatiguée. Ceux-ci incluent le paradoxe d’Olbers, les proportions d’éléments chimiques observées dans l’univers aujourd’hui et les preuves abondantes que l’univers a changé au fil du temps. Les partisans ont tenté de fournir des réponses – cohérentes avec un modèle de lumière fatigué sous une forme ou une autre – à toutes ces objections, mais la plupart des scientifiques dans les domaines de l’astrophysique et de la cosmologie considèrent la théorie comme appartenant à la physique marginale.