Cosmologia plasmatică

Hannes Alfvén a folosit rezultatele de laborator asupra invarianței la scară plasmatică pentru a extrapola dimensiunile structurii la scară largă a universului . ^[1]

Cosmologia plasmatică , sau teoria ambiplasmei sau cosmologia Alfvén-Klein , foarte des recunoscută mai simplu ca teoria universului electric , este un model cosmologic propus încă din anii 1960 de către Premiul Nobel pentru fizică Hannes Alfvén , împreună cu Oskar Klein și Carl- Gunne Fälthammar , și încă în faza de studiu și experimentare ^{[2] [3]} , a cărei caracteristică principală este afirmarea că, în structura la scară largă a universului , fenomenele de natură electromagnetică joacă un rol la fel de important ca cel al gravitației ; este un model non-standard de cosmologie ^[4] , o alternativă la modelul standard al Big Bang-ului . ^[3]

Universul, în această teorie numită și metagalaxie , ar fi etern, iar noi stele ar fi întotdeauna generate în locul celor epuizate. Plasma este compusă din materie puternic ionizată ( protoni , neutroni și electroni ) și energie (în principal fotoni , particula de lumină, care acționează ca un mijlocitor al forței electromagnetice). Folosind simetria materie-antimaterie ca punct de plecare, Alfven a sugerat că, din moment ce cea mai mare parte a universului local , este compus din materie și nu antimaterie , ar putea exista bule mari de materie și antimaterie , care la nivel global echilibru reciproc. Care a numit - o „ambiplasma " ). Puține lucrări despre cosmologia plasmei au fost publicate în reviste majore până în anii 1990. În 1991, Eric J. Lerner ^[5] , cercetător independent în fizica plasmatică și fuziune nucleară , a scris o carte populară susținând cosmologia plasmei intitulată The Big Bang Never Was . Lerner continuă cercetările asupra cosmologiei plasmei prin Lawrenceville Plasma Physics, Inc. al cărui președinte este.

Se presupune în mod explicit că materia și energia au existat dintotdeauna, sau cel puțin acea materie formată atât de departe în trecut încât este pentru totdeauna dincolo de metodele empirice de investigare ale umanității. ^[3] În timp ce cosmologia plasmei nu a avut niciodată sprijinul majorității astronomilor sau fizicienilor, un număr mic de cercetători în plasmă au continuat să promoveze și să dezvolte abordarea și să publice „Tranzacții pe știința plasmei” în ediții speciale. și ingineri electronici (IEEE). ^[6]

Dificultățile acestui model au fost curând evidente. Anihilarea materie-antimaterie apare în producția de fotoni cu energie mare care, totuși, nu au fost detectați. Big Bang-ul , dacă ar fi acceptat, ar fi doar unul dintre aceste ciocniri. La fel ca teoria stării de echilibru , cosmologia plasmei implică un puternic principiu cosmologic perfect , care presupune că universul este izotrop și omogen în timp și spațiu și, la fel ca teoria multiversului ( inflația eternă , teoria M ), afirmă că Big Bang-ul este doar un parte a „creației” sau expansiunii materiei și a spațiului infinit preexistent (nu un întreg univers, ci într-o parte a universului observabil ), care a avut loc nu cu 13,8 miliarde de ani în urmă, ci într-o eră mai veche, rezolvând și problema de reglaj fin .

Teorie

Ideea se bazează pe unele axiome. Deoarece universul este alcătuit în principal din plasmă (materie ionizată în stele și în mediul interstelar) și întrucât forța electromagnetică este mult mai intensă decât forța gravitațională, pare dificil să trecem cu vederea efectul plasmei asupra scărilor cosmologice. ^[3] Alfven a demonstrat influența câmpului magnetic în formarea sistemului solar și prezența unui câmp magnetic galactic, diferit de suprapunerea câmpurilor magnetice ale stelelor. ^[3]

Opoziție la Big Bang

Pornind de la aceste rezultate, unii sceptici din Big Bang au văzut posibilități de respingere pe baza unor rezultate observaționale ^[3] :

• prezența superglomerilor de galaxii care, dacă ar fi formate doar de gravitație, ar fi durat mai mult decât vârsta universului propusă de teoria Big Bang
• densitatea prea mică a materiei vizibile, care nu explică structura universului în sine și, prin urmare, introducerea materiei întunecate și apoi a energiei întunecate (pentru a explica universul accelerat )

Impresia artistului asupra satelitului WMAP . Datele colectate au fost folosite cu succes pentru parametrizarea caracteristicilor cosmologiei standard , dar o analiză completă a datelor nu a fost încă efectuată în contextul cosmologiilor non-standard, cum ar fi cosmologia plasmei. Aceasta este una dintre criticile adresate de suporteri.

Cu teoria plasmei universul nu are nicio origine, dar evoluează continuu și se caracterizează prin fenomene datorate coliziunii materiei și antimateriei, dar întotdeauna într-un cadru static general, pentru care Big Bang-ul nu ar fi originea universului dar numai una dintre aceste explozii, deosebit de puternică; pe lângă gravitație, ar exista curenți electrici și câmpuri magnetice care să caracterizeze structurile la scară largă, oferind forțele necesare care ar fi explicate doar de materia întunecată. ^[3] Se caută să depășească atât relativității generale și mecanicii cuantice (așa cum este utilizat în cosmologie de masă curent).

Magnetosfera Pământului și Soarele. Cosmologia plasmatică susține că forța electromagnetică este la fel de importantă ca gravitația în explicarea universului.

Alfvén a postulat că universul a existat dintotdeauna ^{[8] [9]} urmărind argumentul aleatoriei și probabilității dezvoltării unei lumi perfecte în legile sale fizice, fiind infinit în timp; a respins orice model de naștere ex nihilo întrucât Big Bang-ul a fost prezentat de unii, considerându-l o formă acoperită de creaționism (această critică a fost răspândită în lumea academică anglo-saxonă, începând cu Fred Hoyle ). ^{[10] [11]}

Cosmologia plasmatică a atras câțiva materialiști care nu împărtășeau teoria standard a unui univers finit ^[12] , tot din acest motiv. Deși aceste obiecții la Big Bang au fost depășite cu noi teorii (mulți cosmologi standard, precum Lawrence Krauss , sunt ei înșiși materialiști), susținătorii acestei cosmologii susțin că poate explica fenomenele mai bine decât modelul standard. Eric Lerner, unul dintre principalii divulgatori ai teoriei, este, de asemenea, un activist politic ^{[13] [14]} și dedică adesea capitole ideilor sale - îndreptate împotriva instituției politice, religioase și culturale - în cadrul lucrărilor de diseminare științifică. El susține separarea dintre știință și filosofia religioasă pe care o vede întrupată, chiar și involuntar, chiar de exponenții cosmologiei majorității științifice. ^[15]

Diferenți susținători ai cosmologiilor nestandardizate, printre care fizicienii plasmei Eric Lerner și Anthony Peratt, au promovat o scrisoare deschisă în 2004, contestând că astăzi, practic toate resursele financiare și experimentale sunt cheltuite pentru studii Big Bang. [ Ceea ce] împiedică continuarea unei dezbatere și imposibilitatea unei căutări alternative. ^{[16] [17] [18]} Ei acuză cosmologii standard de a schimba teoria atunci când observațiile o contrazic. Cosmologia plasmatică nu este încă o teorie științifică larg acceptată (spre deosebire de fizica simplă a plasmei, pe care se bazează) și chiar susținătorii acesteia sunt de acord că explicațiile furnizate sunt mai puțin detaliate decât cele ale cosmologiei convenționale. Potrivit multora dintre ei, dezvoltarea sa experimentală a fost împiedicată, ca și a altor alternative la cosmologia standard (cum ar fi cele care au căzut în uz), prin alocarea exclusivă a finanțării guvernamentale pentru cercetarea numai a cosmologiei convenționale și a fizicii teoretice bazate pe numai relativitate și cuantică, pentru care cosmologii plasmatici au trebuit aproape întotdeauna să folosească doar finanțare privată și mai limitată și mai puține publicități ale teoriilor lor. ^[18] Majoritatea cosmologilor convenționali susțin că această prejudecată în atribuire se datorează cantității mari de dovezi observaționale detaliate care validează teoria standard ( modelul Lambda-CDM ), mai simplu.

Conform modelului standard, după Big Bang ar fi avut loc o coliziune de materie (majoritară) și antimaterie, astfel încât antimateria a dispărut aproape complet ^[19] , în timp ce în cosmologia plasmatică anihilarea este periodică.

Caracteristicile universului plasmatic

Ambiplasma și efecte magnetice

Hannes Alfvén

Conform chimiei atomice și fizicii nucleare, există mai multe particule subatomice. Există trei particule clasice: protonul (masa încărcată pozitiv); electron (masa minimă și încărcat negativ); neutron (masa fără încărcare). Apoi, există antiparticule, încărcate în sens opus: antiproton , pozitron sau antielectron și antineutron. Particulele subatomice, împreună cu fotonii (fără masă) constituie materia în stare plasmatică, adică materie ionizată, cu sarcini libere, antiparticulele constituie antimateria în starea antiplasmă, de unde și termenul de ambiplasmă care include ambele. Când se ciocnesc, are loc anihilarea și eliberarea unor cantități mari de energie. Conform cosmologiei plasmei, aceste coliziuni apar local într-o manieră constantă în anumite zone ale universului și, rareori, la scară largă, așa cum sa întâmplat cu Big Bang-ul în sine. Din această ambiplasmă sau materie duală , se generează energie care ulterior va da viață materiei noi și noii antimaterii. Unul dintre cele mai mari ciocniri poate fi comparat cu Big Bang-ul: din acesta există un mic strat izolator care ar fi originat universul.

Dacă ar exista încă cantități mari de antimaterie, ar trebui observate fluxuri mari de raze gamma, cu excepția cazului în care există grupuri întregi de antimaterie, care ar fi trebuit să se poată separa de substratul lor de materie. ^[20] Potrivit lui Eric J. Lerner, doar unele galaxii (inclusiv unele nuclee galactice active și quasarele înrudite) au ambiplasmă, în timp ce materia și antimateria rămân în general separate. ^[21]

Redați fișierul media

Flare înregistrată de Observatorul Solar Dynamics în frecvențele ultraviolete

Potrivit lui Alfvén, această ambiplasmă ar fi relativ de durată, iar particulele și antiparticulele care o compun ar fi prea fierbinți și cu densitate prea mică pentru a se anihila rapid. Straturile biliare vor acționa pentru a respinge norii de tipuri opuse, dar combină norii de același tip, creând regiuni din ce în ce mai mari de materie și antimaterie. Ideea ambiplasmei a fost dezvoltată în continuare în formele grele ( proton - antiproton ) și ușoare ambiplasm ( electron - pozitron ). ^[22]

Cosmologia lui Alfven a fost propusă pentru a explica în primul rând asimetria barionică din univers, pornind de la o condiție inițială de simetrie exactă între materie și antimaterie. Potrivit lui Alfvén și Klein, ambiplasma formează în mod natural buzunare sau bule de materie și bule de antimaterie care s-ar putea extinde spre exterior prin anihilarea dintre materie și antimaterie, verificată în stratul dublu de la margini. Ei au ajuns la concluzia că Calea Lactee se află într-o bulă mult mai barionică decât anti- barionică , explicând asimetria universului observabil (totuși, ar exista și plasmă antimaterie observabilă, deși cu densitate scăzută în comparație cu materia, deoarece nu există mari anihilări care ar fi distructive; pe Soare s-a emis ipoteza, în urma observațiilor, că există aproximativ 0,5 kg de antimaterie ^[23] ). Prin urmare, cosmologia plasmatică acceptă principiul cosmologic perfect și respinge principiul copernican , argumentând că sistemul solar se află într-o anumită poziție de observare. ^[22]

Chiar și radiația cosmică de fundal ar fi un reziduu de anihilare (nu spre deosebire de modelul Big Bang, dar cu unele diferențe fundamentale, inclusiv prezența celor două plasme încărcate în mod opus), dar ar fi alimentată și de fluxuri provenite din anihilări mici, care apar mai ales în galaxiile radio și în diferite surse radio . ^[22]

Pentru Alfven, cosmologia trebuia să se bazeze doar pe observații directe, deoarece fenomenele care apar în univers sunt întotdeauna aceleași, în timp și spațiu. De asemenea, el a pus magnetohidrodinamica sau magnetofluidodinamica (MHD) la baza cosmologiei sale. ^[24] În univers, curenții electromagnetici sunt produși de câmpurile magnetice extrem de puternice prezente ( flăcări în sistemul solar , câmp galactic în galaxii, câmpuri magnetice intergalactice și câmpuri electrice în univers, surse radio). ^[3] Prin urmare, plasma ar constitui 99% din univers. ^[25] Mișcarea corpurilor cerești, cum ar fi planetele, este, de asemenea, afectată nu numai de gravitație, ci și de câmpurile electromagnetice, așa cum sa observat în ultimii ani.

Filamente și structuri galactice

Comportamentul plasmei este același peste tot; inițial, el a studiat aurora boreală , observând că câmpurile electromagnetice pot concentra materia mult mai mult decât gravitația, deoarece curenții produc filamente de plasmă care se mișcă de-a lungul liniilor unui câmp magnetic.

Filamente cosmice

În centrul filamentului electronii curg în linie dreaptă, generând un câmp magnetic în care se mișcă electronii periferici, care la rândul lor generează un alt câmp. Rezultatul final este o mișcare elicoidală care „stoarce” filamentul. ^[3] Într-un timp suficient de lung, ele ar fi putut forma toate structurile universului, care sunt concentrate de-a lungul marilor filamente , printre cele mai mari structuri din cosmos. În modelul standard al evoluției universului, filamentele galactice se aranjează și urmăresc rețeaua de șiruri de materie întunecată (deci numai gravitația), în timp ce structurile mai mici urmăresc magnetismul și gravitația. În cosmologia plasmei, filamentele urmează în schimb liniile câmpurilor electromagnetice ale universului și nu doar gravitația. ^[26]

Filamente plasmatice observate în laborator.

Exploziile din bistrat structurile au fost sugerate de Alfven ca un posibil mecanism pentru generarea de raze cosmice , ^[27] X exploziile radiații Rontgen și raze gama exploziile . ^[28]

Unele experimente de laborator ( Anthony Peratt , 1979 și 1980) susțin că au observat formarea galaxiilor miniaturale, în interiorul plasmelor traversate de curenți foarte intensi (atât în ​​simulare, cât și în realitate), preluând experimentele lui Kristian Birkeland pe curent și Winston H. Bostick pe plasmoide (plasme cu câmpuri magnetice). ^{[3] [29] [30] [31]} Peratt a expus teoria și experimentele și în articole revizuite de colegi . ^[26]

Peratt, fost student al lui Alfvén, a folosit facilitățile și supercalculatoarele Laboratoarelor Maxwell și apoi Laboratorul Național Los Alamos pentru a simula conceptul de galaxii care se formează din nori primordiali de plasmă care se rotesc într-un filament magnetic, conceput de Alfvén și Fälthammar. Simularea a început cu doi nori sferici de plasmă prinși în filamente magnetice paralele, fiecare cu un curent de aproximativ 1018 amperi . Într-un videoclip creat de simulare, norii încep să se rotească, iar rotația de pe axa lor îi distorsionează într-o formă spirală . Peratt a comparat diferitele etape ale simulării sale cu formele galaxiilor observate, concluzionând că acestea erau foarte asemănătoare. Mai mult, formele Perratt aveau curbe plate de rotație fără a invoca prezența materiei întunecate și s-au format fără găuri negre supermasive în centru. ^[32]

Simularea lui Peratt este substanțial diferită de modelele standard de formare a galaxiilor, care se bazează pe structura bazată pe gravitație a superglomerilor, grupurilor și galaxiilor din universul de astăzi. Mărimea și natura acestor forme se bazează pe o condiție inițială a anizotropiilor primordiale văzute în spectrul de putere al fundalului cosmic cu microunde. ^[33] Majoritatea astrofizicienilor acceptă materia întunecată ca un fenomen real și un ingredient vital în formarea structurii, care nu poate fi explicat prin recurgerea la procese electromagnetice. Estimările masei grupurilor, netă a lentilei gravitaționale, care este o măsură independentă de curbele de rotație, indică faptul că există o cantitate mare de materie întunecată prezentă, independent de măsurătorile curbelor de rotație. ^[34] Aceste concluzii nu sunt împărtășite de cosmologii din plasmă.

La mijlocul anilor 1980, Lerner a folosit filamentarea cu plasmă pentru a dezvolta o explicație generală a structurii pe scară largă a universului. Lerner a concluzionat că cosmologia plasmei ar putea produce structuri la scară largă, în timp ce el a susținut că cosmologia Big Bang nu permite formarea de structuri foarte mari în timpul limitat disponibil de la Big Bang. ^[35] Simulările recente arată totuși un acord larg între observații și simulări cosmologice ale modelului Lambda-CDM. ^[36] Mulți astronomi cred că realizarea unui acord detaliat între observații și simulări în modelul Big Bang va necesita simulări îmbunătățite ale formării structurii (cu computere mai rapide și rezoluție mai mare) și o mai bună înțelegere teoretică a modului de identificare a golurilor și deducerea distribuției întunericului materie invizibilă din distribuția galaxiilor luminoase. ^[37]

Teoria lui Lerner permite masa obiectelor condensate, formate în funcție de densitate. Filamentele confinate magnetic comprimă inițial plasma, care este apoi condensată gravitațional într-o distribuție fractală a materiei. Pentru ca acest lucru să se întâmple, plasma trebuie să fie colizională - o particulă trebuie să se ciocnească cu cel puțin una de alta pentru a trece prin obiect - în caz contrar, particulele ar continua pe orbitele lor, precum planetele din sistemul solar. ^[38] Această condiție implică prezicerea unui raport de scală fractală în care structurile sunt formate cu densitate invers proporțională cu mărimea lor. Această relație la scară fractală (cu dimensiunea fractală a două) este o predicție cheie a cosmologiei plasmei. Acum zece ani, măsurătorile dintr-un număr limitat de galaxii par să indice că scalarea fractală a fost posibilă. ^[39]

Radiația cosmică

Unul dintre aspectele cosmologiei plasmei este de a prezice o distribuție „ fractală ” a materiei în univers (vezi cosmologia fractală ). Fractalele sunt obiecte care au modele structurale repetate la diferite scale de la mic la mare (ca în ipoteza numerelor mari de Dirac ). O distribuție fractală a materiei implică goluri de materie în spații intergalactice la o scară din ce în ce mai mare (așa cum a fost ipotezat recent de mulți cosmologi standard cu descoperirea punctului rece în fundalul cosmic cu microunde ). Din moment ce cosmologia plasmatică nu face presupuneri cu privire la epoca universului, nu există limite cu privire la timpul de formare a structurilor din interiorul acestuia. Teoria fractalelor a fost ipotezată de mulți cercetători standard, în controversă cu teoria materiei întunecate și principiul cosmologic , odată acceptat, că universul ar fi în schimb ușor anizotrop chiar și la scară largă, dar totuși nu suficient pentru a invalida principiul menționat. . ^[40]

Harta radiației cosmice de fond, după eliminarea contribuțiilor datorate surselor locale și a anizotropiei dipolice, preluată în anii 2000 de WMAP.

S-a observat mult timp că cantitatea de energie eliberată în producerea cantității de heliu-4 este aceeași cu cantitatea de energie din radiația cosmică de fond (CMB). ^[41] Susținătorii cosmologiei plasmei susțin că această corespondență se explică prin nucleosinteza stelară a heliului care eliberează energia necesară stelelor în etapele timpurii ale formării galaxiei. ^[42] Lerner și alții susțin că praful greu din aceste galaxii termalizează fundalul. Pentru ca acest model să producă un spectru de corp negru aproape perfect, Lerner, Peratt și alții au emis ipoteza independentă că energia este termalizată și izotropizată de multe filamente de plasmă dense, confinate magnetic, care străbate mediul intergalactic. ^[43]

Deoarece filamentele ipotezate ar împrăștia radiații mai lungi de 100 micrometri, teoria prezice că radiațiile mai lungi din surse îndepărtate sunt împrăștiate și, prin urmare, scad mai rapid cu distanța, decât radiațiile mai scurte de 100 micrometri. Lerner concluzionează că o astfel de absorbție sau împrăștiere a fost demonstrată prin compararea undelor radio și a radiațiilor infraroșii ale galaxiilor îndepărtate la diferite distanțe: cu cât este mai departe, cu atât efectul de absorbție este mai mare. ^[44] Lerner sugerează, de asemenea, că acest efect explică faptul binecunoscut că numărul de surse radio scade pe măsură ce deplasarea spre roșu crește mai repede decât numărul de surse optice. ^[45]

Lerner a dezvoltat în continuare acest model prin potrivirea spectrului izotrop al corpului negru al CMB utilizând fracția galactică cu latitudine mare a setului de date COBE. ^[46] Spre deosebire de modelul big bang, nu au existat calcule ale spectrului de putere unghiular pentru comparație cu datele WMAP ^[47] sau orice date care rezolvă structura de vârf a anizotropiei CMB.

Modelul cu plasmă CMB prezice că majoritatea radiațiilor observate provin de la distanțe relativ apropiate de noi, printr-o „ceață radio” de filamente, spre deosebire de Big Bang. Posibilul sprijin pentru această origine a radiației a fost prezentat de R. Lieu și colab., Într-un studiu al efectului Sunyaev-Zel'dovich în 31 de grupuri de galaxii. ^[48]

Quasar și alte fenomene

NGC 4319 și Markarian 205, o galaxie și un quasar cu redshift diferit și discordant, dar conectat printr-un „pod de materie”.

Prin urmare, fizicienii din plasmă nu împărtășesc ideea că quasarii și izbucnirile de raze gamma sunt create doar de o gaură neagră supermasivă care elimină energia în exces din discul său de acumulare sau de stele degenerate, cum ar fi colapsurile , dar le consideră efecte vizibile ale materiei. anihilarea antimateriei sau degradarea plasmoidului. ^[49] Alfvén în 1980 a ridicat îndoieli cu privire la existența reală a găurilor negre ^[50] (împărtășit în diferite moduri și de mulți susținători ai modelului standard, care au emis ipoteza că aceste corpuri sunt de fapt stele negre , fără orizont de evenimente și singularitate gravitațională ) . În ceea ce privește existența găurilor negre stelare , cosmologia plasmatică este în esență „agnostică”, considerându-le inutile pentru a explica fenomenele cosmosului, chiar dacă nu le exclude. ^[51]

Datorită rotației și gravitației, plasmoizii ar fi generați în grupuri care, în timp ce se descompun, eliberează energie, la fel cum se naște o galaxie, generând astfel un quasar . ^[49] Lerner a dezvoltat un model de plasmă quasar bazat pe dispozitivul de concentrare cu plasmă densă de fuziune. În acest dispozitiv, filamentele magnetice cu plasmă limitată, asemănătoare bilelor, converg pe axa electrozilor cilindrici. Deoarece câmpul magnetic al bilei, modelul plasmoidului și decăderea generează câmpuri electrice enorme, există un fascicul de ioni accelerat într-o direcție și un fascicul de electroni în cealaltă. În modelul lui Lerner, curenții electrici generați de un filament de galaxie într-un câmp magnetic intergalactic converg în centru, producând un plasmoid gigantic sau quasar. Această entitate metastabilă , limitată de câmpul magnetic al curentului care curge prin ea, generează atât curenții, cât și radiația intensă văzută în quasare și nuclei galactici activi . Lerner a comparat previziunile acestui model în detaliu cu observațiile cuasarilor, dar concluziile nu sunt împărtășite de fizicienii standard. ^[52]

Redshift-ul

Nimicirea distruge niște bule ambiplasmatice, iar Alfvén consideră aceasta ca o posibilă explicație pentru expansiunea metrică a spațiului și legea lui Hubble și, prin urmare, pentru majoritatea schimbărilor de roșu cosmologice ; totul ar fi doar o fază locală a unei povești mult mai mari. ^{[8] [9]}

Eric Lerner a susținut posibilitatea unei versiuni a teoriei intrinseci a redshiftului . El ia explicațiile lui Alfvén, totuși consideră că problema este încă deschisă, dar cu diferite soluții posibile. ^[53]

În anii 2000 a prezentat la o conferință de cercetare la Monção (Portugalia) , intitulată „Cosmologia în criză”, un raport pe care a afirmat că este susținut de o interpretare corectă a imaginilor telescopului Hubble și care a examinat luminozitatea suprafeței cele mai îndepărtate galaxii cunoscute. Teoria lui Lerner prezice variații ale luminozității corpurilor care ar trebui să fie diferite. Rezultatele ar demonstra că teoria Big Bang-ului este greșită, deoarece cele mai îndepărtate galaxii sunt de sute de ori mai strălucitoare decât se presupunea și, prin urmare, universul nu s-ar extinde. ^[54]

Imagine de câmp profund Hubble.

Redshiftul cosmologic este un fenomen omniprezent care este sintetizat de legea lui Hubble, în care cele mai îndepărtate galaxii au redshifts mai mari. Una dintre ipotezele fundamentale ale cosmologiei plasmei este că această observație nu indică un univers în expansiune. Într-o lucrare din 2005, Lerner a folosit date recente despre galaxiile cu redshift ridicat ale câmpului profund al lui Hubble, în încercarea de a verifica predicțiile explicației expansiunii universului a legii lui Hubble. ^[55] Modelul big bang prezice că luminozitatea aparentă a suprafeței (luminozitatea pe unitate aparentă de suprafață) a galaxiilor de aceeași dimensiune absolută ar trebui să scadă odată cu creșterea distanței, în conformitate cu o lege specifică a puterii calculată de Tolman. Lerner a concluzionat că observațiile arată că strălucirea suprafeței galaxiilor până la o schimbare de șase la roșu este constantă, prezisă de un univers care nu se extinde și în contradicție puternică cu Big Bang-ul. Lerner spune că încercările de a explica această discrepanță de la modificările morfologiei galactice duc la predicții ale galaxiilor care sunt incredibil de luminoase și dense. Modelele standard de galaxii sugerează, totuși, că morfologia galaxiilor este foarte diferită la schimbări mari de roșu. ^[56]

Rezultatele lui Lerner nu sunt de acord cu rezultatele lui Lubin și Sandage ^[57] , care au efectuat teste similare pe o selecție de înaltă calitate a unei schimbări reduse reduse (până la az de 0,92) a galaxiilor și au ajuns la concluzia că sunt în concordanță cu un univers în expansiune. O altă măsură a expansiunii universului, dilatarea în timp a curbelor de lumină a supernova, este, de asemenea, citată ca dovadă că universul se extinde. ^[58] Tuttavia, Lerner sostiene sullo stesso giornale che non è questo il caso.

Mentre i sostenitori della cosmologia del plasma hanno sostenuto spiegazioni alternative della relazione di Hubble, la maggior parte dei cosmologi considerano l'universo in espansione un'evidenza schiacciante del Big Bang. ^{[59] [60] [61]}

La nucleosintesi

La teoria delle formazione delle strutture ha permesso Lerner di calcolare la dimensione di stelle formatesi nella nascita di una galassia e quindi la quantità di elio e altri elementi leggeri che saranno generati durante la formazione delle galassie. ^[62] Ciò ha portato le previsioni che un gran numero di stelle intermedie di piccola massa (da 4 a 12 masse solari) saranno generate durante le formazioni di galassie. La teoria standard dell'evoluzione stellare indica che queste stelle producono ed emettono all'ambiente grandi quantità di elio-4, ma molto poco di carbonio, azoto e ossigeno. I calcoli dei fisici del plasma, che non contenevano nessuna variabile libera, ha portato a una gamma più ampia di abbondanze previste rispetto alla nucleosintesi del Big Bang , perché un processo che si verifica in singole galassie potrebbe essere soggetto a variazioni individuali. ^[62] Il valore minimo previsto è coerente con il minimo osservato nell'abbondanza dei valori di 4He. ^[62] Al fine di tener conto degli importi osservati di deuterio e vari isotopi di litio, Eric Lerner ha postulato che i raggi cosmici delle primi stelle potrebbero, tramite collisioni con idrogeno già presente e altri elementi, produrre gli elementi leggeri dispersi nella nucleosintesi stellare . ^[62]

Critiche e problematiche

Nonostante il ruolo dell'elettromagnetismo sia riconosciuto nel modello standard (anche se sottovalutato fino a tempi recenti), non è mai stata dimostrata la presenza di ambiplasma, non essendo stata provata l'annichilazione materia-antimateria continua che dovrebbe dare origine a fotoni ad alta energia che non sono stati finora rilevati.

Le poche conferme empiriche e la vicinanza alle pseudoscienze di alcuni sostenitori hanno reso poco considerata la proposta. ^[3] I cosmologi del plasma, che non negano il ruolo della gravità e della fisica di Einstein , hanno preso le distanze dalle formulazioni più estreme, che vengono sovente indicate solo come universo elettrico ; teorie come queste (in cui si nega la relatività generale e ogni fenomeno, come gli impatti di crateri, viene considerato residuo di attività elettrica) vengono considerate da ricercatori di fisica del plasma come Lerner, solo pseudoscienza. Uno dei sostenitori fu Immanuil Velikovskij . ^[63]

I sostenitori del modello standard della cosmologia affermano che la cosmologia del plasma, come spiegata da Lerner, non esplica e non confuta i risultati osservativi della teoria del Big Bang, in particolare la radiazione di fondo (radiazione a 3 Kelvin che permea tutto l'universo e che dovrebbe essere il residuo del disaccoppiamento tra materia e radiazione avvenuto dopo il Big Bang), la formazione di idrogeno ed elio nella nucleosintesi primordiale , la recessione delle galassie (con la soluzione del paradosso di Olbers ) e la legge di Hubble ( espansione metrica dello spazio ). ^[3]

Getto di plasma dalla radiogalassia M87

La costruzione è coerente e riesce a spiegare alcuni problemi (anche grazie all' inflazione cosmica , una teoria però che stenta a trovare verifiche), come la densità dei monopoli magnetici, il problema dell'orizzonte , e l' anisotropia dell'universo su scale medie e piccole. Nonostante ciò, vi sono numerosi problemi aperti e la questione della teoria del tutto (viste le mancanze di prove della teoria delle stringhe e della gravità quantistica ), nonché le possibili integrazioni del modello standard con altri modelli. ^[3]

La teoria del plasma, discussa ampiamente fino alla metà degli anni '90, anche con alcune pubblicazioni specialistiche, proprio per le prove contrarie è stata sostanzialmente abbandonata dalla comunità scientifica maggioritaria, ma ogni tanto ha delle riprese ^[3] , specie quando il modello standard incontra dei problemi inattesi. ^[64] Tra gli anni '80 e '90 vi fu un rinnovato interesse per l'argomento all'interno della comunità cosmologica così come per altre cosmologie non standard. Ciò era dovuto ai risultati anomali segnalati nel 1987 da Andrew Lange e Paul Richardson della UC Berkeley e Toshio Matsumoto della Nagoya University che indicavano come la radiazione cosmica di fondo potesse non avere uno spettro di corpo nero . ^[65]

Le prove a suo favore non sono state, però, ritenute sufficienti ^{[3] [66]} : il solo risultato osservato sarebbe la presenza di superstrutture galattiche spiegabili anche con altre teorie cosmologiche, compresa quella del Big Bang; il modello teorico non è abbastanza sviluppato da consentire simulazioni e predizioni e non spiega il lensing gravitazionale, spiegabile con la presenza di materia oscura. ^[3] Inoltre la nucleosintesi degli elementi leggeri, senza Big Bang, dovrebbe produrre un universo con emissioni molto forti di raggi X e gamma, mai osservati. ^[3] Sempre secondo i critici non spiega i risultati osservativi la radiazione di fondo e redshift osservato. ^[3] Inoltre non si osservano annichilazioni materia-antimateria e, se le cariche fossero in moto in modo coerente, si dovrebbe osservare una radiazione diffusa fortemente polarizzata , almeno localmente, essendo una radiazione di sincrotrone , mentre le misure che osserviamo per la radiazione di fondo non sembrano indicarlo. ^[3]

Edward L. Wright ^[67] ha obiettato a Eric Lerner che:

• il modello alternativo di Lerner per la legge di Hubble è dinamicamente instabile
• il numero della densità delle radiosorgenti distanti falsifica la spiegazione di Lerner per la radiazione cosmica di fondo
• la spiegazione di Lerner sull'abbondanza di elio derivata dalla nucleosintesi stellare fallisce a causa della scarsa abbondanza di elementi pesanti osservata

Nel 1993 il cosmologo James Peebles , uno dei padri del modello standard della cosmologia , ha criticato la cosmologia del plasma, scrivendo che "non c'è nessuna possibilità che i suoi risultati possano essere coerenti con l'isotropia della radiazione cosmica di fondo e lo sfondo a raggi X ". ^[66] Egli disse che i modelli di Alfvén non predicono nemmeno la legge di Hubble , la nucleosintesi primordiale , o l'esistenza della radiazione cosmica di fondo . Inoltre non sono presenti grandi quantità di fotoni ad alta energia. Mentre è possibile che la Terra si trovi in una zona a prevalenza di sola materia, questa proposta non si presta comunque ai test di osservazione. Secondo Paul Davies , il problema della cosmologia del plasma è che essa violerebbe la seconda legge della termodinamica . ^[68]

Halton Arp , un astronomo critico del Big Bang, ha sollevato dubbi anche sulla cosmologia del plasma come valida alternativa, in quanto anch'essa introduce entità fisiche non verificabili, anche se in misura minore. ^[69] Arp ha invece convenuto sugli effetti del plasma sul redshift e sulla formazione dei quasar. ^[70]

Rapporti con la relatività generale

C'è chi sostiene che l'età finita dell'universo è una previsione generica della relatività generale per una cosmologia realistica. Tuttavia, le prove di una singolarità universale si basano su ipotesi aggiuntive, che possono o non possono essere vere. Ad esempio, Stephen Hawking e George Ellis hanno sostenuto che la generazione del fondo isotropo a microonde implica necessariamente una singolarità gravitazionale nel nostro universo, se la costante cosmologica è zero. ^[71] Il loro calcolo della densità della materia, e quindi la loro conclusione si basò sul presupposto che la dispersione di Thomson è il processo più efficiente per la termalizzazione; ma in plasmi altamente magnetizzati, altri processi come l'assorbimento di sincrotrone inverso, possono essere molto più efficienti, come sottolinea Lerner nella sua teoria del fondo a microonde. ^[72] Con tale assorbimento efficiente e la riemissione, la quantità di plasma necessario per termalizzare la CMB può essere di un ordine di grandezza inferiore a quella necessaria per produrre una singolarità. Le implicazioni della relatività generale per la cosmologia del plasma non sono state studiate in dettaglio, sebbene la teoria di Einstein venga accettata pienamente.

Risposte ai critici

Eric J. Lerner (2007)

Eric Lerner ha risposto spesso alle obiezioni precise dei critici ^[67] ribadendo, nelle specificità scientifiche e tramite calcoli teorici e resoconti sperimentali, la validità del modello. ^{[3] [74]} Tra le più note critiche di Lerner alla teoria del Big Bang, in difesa della cosmologia del plasma ^[75] :

• la densità degli elementi leggeri (idrogeno, elio, litio e deuterio) predetta dal Big Bang non sarebbe precisa (ci sarebbe meno elio e molto meno litio e deuterio di quanto ipotizzato), sebbene sia l'abbondanza di tali elementi l'unica (secondo Lerner) predizione realmente effettuata dalla teoria ^[76]
• le strutture a grande scala , come i superammassi , sarebbero più antiche (almeno 70 miliardi di anni per le galassie più vecchie ^[54] , mentre le attuali stelle e molte galassie avrebbero circa 20 miliardi di anni ^[77] ) dell'età calcolata per l'universo stesso nel Big Bang (13,8 miliardi), a meno di rilevare l'ipotetica materia oscura, mentre la teoria standard ne ha diminuito forzatamente l'età con quest'espediente, manipolando secondo lui i dati (la principale osservazione a sostegno del modello del plasma e contro il modello standard) ^[76] Per gli ammassi globulari (che risultavano avere 15 miliardi di anni), invece, il problema è stato risolto includendo gli effetti della massa persa a causa del vento stellare , indicando un'età molto più giovane. ^[78]
• vi sono troppe entità ipotetiche (necessarie nel Big Bang, per spiegare l'espansione del cosmo nonché la formazione e l'età delle strutture galattiche ^[76] ) come la materia e l'energia oscure, e teorie che mancano di falsificabiltà come l'inflazione
• la violazione delle leggi di conservazione dell'energia e della massa , postulando il ricorso eccessivo all' energia del vuoto ( fluttuazioni quantistiche , energia oscura per spiegare l' universo in accelerazione , ecc.)
• problemi con la radiazione di fondo ei superammassi
• i dati sulla luminosità superficiale
• il Big Bang ha il problema della singolarità gravitazionale , e numerosi tentativi di gravità quantistica che potrebbero risolverlo sono validi finora solo a livello teorico
• gli scienziati del modello standard considerano più importanti i calcoli matematici che le osservazioni

Secondo l'attuale modello inflazionario del Big Bang, l'universo ebbe un periodo molto breve di espansione accelerata nella prima frazione di secondo dopo il Big Bang. Questo modello fu proposto per la prima volta nel 1980 per spiegare l'uniformità della radiazione di fondo a microonde e per risolvere determinati altri problemi. Il modello stabilisce che la materia deve avere una certa densità critica e siccome la densità della materia visibile è solo una piccola parte di tale valore, i cosmologi che sostengono il Big Bang concludono che ci deve essere una quantità di materia oscura circa cento volte superiore di quella visibile. Tuttavia non ci sono evidenze osservate di tale enorme quantità. Le osservazioni della velocità alla quale le galassie ruotano e della velocità alla quale si muovono negli ammassi hanno portato la maggior parte degli astronomi a concludere che le galassie si trovano in un insieme di materia oscura, da cinque a dieci volte l'ammontare di materia visibile che contengono. Questa interpretazione è stata messa in discussione da alcuni scienziati come Lerner o Mordehai Milgrom , che hanno interpretato l'evidenza in altri modi che non richiedono l'esistenza di nessuna nuova materia fisica esotica o invisibile ( materia oscura , WIMP , stringhe , ecc.) o di un multiverso per spiegare il principio antropico ( teoria M e teoria delle bolle ). ^[79]

A suo parere tutti i risultati della cosmologia del plasma sarebbero invece più precisi. ^[76] Esiste anche una teoria dello spostamento verso il rosso che coinvolge i fotoni e il plasma, senza invocare una rapida recessione delle galassie (l'espansione è solo un effetto temporaneo nella cosmologia del plasma). Questa teoria, che riguarda anche le radiosorgenti lontane, spiegherebbe anche la radiazione di fondo e il paradosso di Olbers. L'introduzione dei campi di forza dei flussi di plasma elettromagnetico chiarisce il motivo per cui i sistemi planetari e stellari siano costituiti da oggetti che percorrono orbite complanari (tranne eccezioni che presentano leggeri scostamenti dai piani orbitali). Il modello permette di descrivere e simulare la formazione ed evoluzione di corpi e fenomeni celesti mediante modelli fisico-matematici basati sulla fisica del plasma (i cui fenomeni sono riproducibili e osservabili) e non su entità astratte, la cui esistenza è provata solo attraverso il formalismo matematico. ^{[80] [81]}

Note

Bibliografia

• Hannes Alfvén, Mondi-Antimondi (1963)
• Hannes Alfvén, Principi della Cosmica (1965)
• Hannes Alfvén, Cosmic Plasma , Reidel Pub Co., February 1981. ISBN 90-277-1151-8
• Eric J. Lerner, Il big bang non c'è mai stato (The Big Bang Never Happened: A Startling Refutation of the Dominant Theory of the Origin of the Universe) , traduzione di Marina Bianchi, New York, edizioni Dedalo, 1994, 2008 [1991] , ISBN 978-88-220-0197-9 . Anteprima su Google Books
• Anthony Peratt, Physics of the Plasma Universe , Springer, 1992. ISBN 0-387-97575-6
• E. Lerner, Magnetic vortex filaments, universal scale invariants, and the fundamental constants , (Dec 1986) IEEE Transactions on Plasma Science, vol. PS-14, Dec. 1986, p. 690-702
• E. Lerner, Magnetic self-compression in laboratory plasmas, quasars and radio galaxies . I., Laser and Particle Beams, 1986, Vol. 4, Part 2, p. 193 - 213
• E. Lerner, Plasma model of microwave background and primordial elements - an alternative to the big bang , Laser and Particle Beams, (ISSN 0263-0346), vol. 6, Aug. 1988, p. 457-469.
• E. Lerner, Galactic model of element formation , IEEE Transactions on Plasma Science (ISSN 0093-3813), vol. 17, April 1989, p. 259-263.
• E. Lerner, Radio absorption by the intergalactic medium , Astrophysical Journal, Part 1 (ISSN 0004-637X), vol. 361, Sept. 20, 1990, p. 63-68.
• E. Lerner, COBE confounds the cosmologists , Aerospace America (ISSN 0740-722X), vol. 28, March 1990, p. 38-43.
• E. Lerner, Hubble probes the plasma universe , Aerospace America (ISSN 0740-722X), vol. 29, June 1991, p. 36-39.
• E. Lerner, Prediction of the submillimeter spectrum of the cosmic background radiation by a plasma model , IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 18, Feb. 1990, p. 43-48.
• E. Lerner, On the Problem of Big Bang Nucleosynthesis , Astrophysics and Space Science, Volume 227, Issue 1-2, pp. 145–149. May 1995
• E. Lerner, Halton Arp et al, The Case Against the Big Bang Progress in New Cosmologies , eds., Plenum Press (New York), 1993
• E. Lerner, Confirmation of radio absorption by the intergalactic medium , Astrophysics and space science, 1993, vol. 207, no1, pp. 17–26
• E. Lerner, An Alternative Explanation Of The COBE Data , 1994, IEEE International Conference on Plasma Science Date: 6-8 Jun 1994
• E. Lerner, Intergalactic radio absorption and the cobe data , Astrophysics and Space Science, Volume 227, Numbers 1-2 / May, 1995
• E. Lerner, Force-free magnetic filaments and the cosmic background radiation , (Dec 2002) IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 20, no. 6, p. 935-938.
• E. Lerner, Two World Systems Revisited: A Comparison of Plasma Cosmology and the Big Bang Plasma Science , IEEE Transactions on Volume 31, Issue 6, Dec. 2003 Page(s): 1268 - 1275
• E. Lerner, Evidence for a Non-Expanding Universe: Surface Brightness Data From HUDF March 21, 2006—Volume 822, pp. 60–74, 1st Crisis in Cosmology conference
• E. Lerner, R. Scarpa e R. Falomo, Do Local Analogs of Lyman Break Galaxies Exist? , The Astrophysical Journal, Volume 668, Issue 1, Page 74–80, Oct 2007

Documentari

• The Universe: Cosmology Quest (2004) di Eric Lerner e Randall Meyers, con Halton Arp , Andre Koch Assis, Geoffrey e Margaret Burbidge , Truls Hansen, Fred Hoyle , Martin Lopez-Corredoira, Kary B. Mullis, Jayant V. Narlikar , Jean-Claude Pecker, Anthony Peratt e Kristoffer Rypdal

Voci correlate

• Eric Lerner
• Teoria dello stato stazionario
• Cosmologia non standard
• Big Bang
• Scienza di confine
• Teorie MOND

Collegamenti esterni

• ( EN ) Sito sulla cosmologia del plasma , su plasmacosmology.net .
• ( EN ) Sito ufficiale di Eric J. Lerner , su bigbangneverhappened.org . URL consultato il 3 novembre 2017 (archiviato dall' url originale il 19 dicembre 2017) .
• ( EN ) Sito wiki sul Plasma Universe , su plasma-universe.com . URL consultato il 21 dicembre 2015 (archiviato dall' url originale il 7 febbraio 2016) .
• ( EN ) Electric cosmos , su electric-cosmos.org .

Portale Astronomia

Portale Elettromagnetismo

Portale Fisica