La cosmologia del plasma, o teoria dell'ambiplasma o cosmologia di Alfvén-Klein, molto spesso riconosciuta più semplicemente come la teoria dell'universo elettrico, è un modello cosmologico proposto dagli anni '60 in poi dal premio Nobel per la fisica Hannes Alfvén, assieme a Oskar Klein e Carl-Gunne FälthammarNew Scientist, 28 Marzo 1992, p.24, la cui caratteristica principale è l'affermazione che, nella struttura a grande scala dell'universo, i fenomeni di natura elettromagnetica giocano un ruolo altrettanto importante di quello della gravitazione; è un modello di cosmologia non standardÈ descritto come tale da sostenitori e critici. Nel numero di febbraio 1992 di Sky & Telescope ad esso dedicato, Anthony Peratt lo descrive come un "quadro non standard". Il Big Bang con il modello Lambda-CDM è tipicamente descritto come il "modello di concordanza", "modello standard" o "paradigma standard" della cosmologia., alternativo al modello standard del Big Bang.
L'universo, in questa teoria chiamato anche metagalassia, sarebbe eterno, e si genererebbero sempre nuove stelle al posto di quelle esaurite. Il plasma è composto da materia (protoni, neutroni ed elettroni) ed energia (principalmente fotoni, la particella della luce, che funge da mediatore della forza elettromagnetica) altamente ionizzate. Utilizzando la simmetria materia-antimateria come punto di partenza, Alfvén ha suggerito che, dal fatto che la maggior parte dell'universo locale è composto da materia e non da antimateria, potrebbero esserci grosse bolle di materia e antimateria che globalmente si bilanciano (in ciò che egli definiva un "ambiplasma"). Pochi documenti sulla cosmologia del plasma sono stati pubblicati su riviste importanti fino agli anni 1990. Nel 1991, Eric J. Lerner., un ricercatore indipendente in fisica del plasma e fusione nucleare, ha scritto un libro divulgativo di supporto alla cosmologia del plasma dal titolo Il Big Bang non c'è mai stato.
Si presume esplicitamente che la materia e l'energia siano sempre esistite, o almeno che la materia si sia formata in un periodo così lontano nel passato da essere per sempre al di là dei metodi empirici di indagine dell'umanità. Mentre la cosmologia del plasma non ha mai avuto il sostegno della maggior parte degli astronomi o fisici, un piccolo numero di ricercatori del plasma hanno continuato a promuovere e sviluppare l'approccio, e a pubblicare “Transactions on Plasma Science” in numeri speciali dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).Vedi IEEE Transactions on Plasma Science, pubblicati nel 1986, 1989, 1990, 1992, 2000, 2003, e Annuncio del 2007 qui
Le difficoltà di questo modello furono ben presto evidenti. L'annichilazione materia-antimateria emerge nella produzione di fotoni ad alta energia che tuttavia non sono stati rilevati. Il Big Bang, se accettato, sarebbe solo uno di questi scontri. Come la teoria dello stato stazionario, la cosmologia del plasma implica un forte principio cosmologico perfetto, che presuppone che l'universo sia isotropo e omogeneo nel tempo e nello spazio, e come la teoria del multiverso (inflazione eterna, teoria M) afferma che il Big Bang sia solo una parte della "creazione" o dell'espansione della materia e dello spazio infinito pre-esistente (non un universo intero ma in una parte dell'universo osservabile), avvenuta non 13,8 miliardi di anni fa, ma in un'epoca più antica, risolvendo anche il problema della sintonia fine.
Teoria L'idea è basata su alcuni assiomi. Siccome l'universo è costituito per la maggior parte di plasma (materia ionizzata nelle stelle e nel mezzo interstellare) e poiché la forza elettromagnetica risulta essere molto più intensa di quella gravitazionale, sembra difficile poter trascurare l'effetto del plasma su scale cosmologiche. Alfven dimostrò l'influsso del campo magnetico nella formazione del sistema solare e la presenza di un campo magnetico galattico, diverso dalla sovrapposizione dei campi magnetici delle stelle.
Opposizione al Big Bang A partire da questi risultati, alcuni scettici del Big Bang hanno visto delle possibilità di confutarlo sulla base di alcuni risultati osservativi: la presenza di superammassi di galassie che, se formate solo per gravità, avrebbero impiegato più dell'età dell'universo proposta dalla teoria del Big Bang la densità troppo bassa della materia visibile, che non spiega la struttura dell'universo stesso, e quindi l'introduzione della materia oscura e poi dell'energia oscura (per spiegare l'universo in accelerazione)
Con la teoria del plasma l'universo non ha alcuna origine, ma è continuamente in evoluzione e viene caratterizzato da fenomeni dovuti alla collisione di materia e antimateria, ma sempre all'interno di un quadro generale statico, per cui il Big Bang non sarebbe l'origine dell'universo ma solo una di queste esplosioni, particolarmente potente; oltre alla gravità, vi sarebbero le correnti elettriche e i campi magnetici a caratterizzare le strutture su larga scala, fornendo le forze necessarie che sarebbero spiegabili solo con la materia oscura. Essa cerca di superare sia la relatività generale sia la meccanica quantistica (come utilizzate nella cosmologia mainstream attuale).
Alfvén postulò che l'universo fosse sempre esistito: "issues now a hundred years old were debated including plasma cosmology's traditional refusal to claim any knowledge about an 'origin' of the universe (e.g., Alfvén, 1988)" seguendo l'argomento della casualità e della probabilità di sviluppo di un mondo perfetto nelle sue leggi fisiche, essendo infinito nel tempo; egli rigettò ogni modello di nascita ex nihilo come il Big Bang veniva presentato da alcuni, considerandolo una forma velata di creazionismo (tale critica era diffusa nel mondo accademico anglosassone, a cominciare da Fred Hoyle).Alfvén, Hannes, "Cosmology: Myth or Science?" (1992) IEEE Transactions on Plasma Science (ISSN 0093-3813), vol. 20, no. 6, p. 590-600
La cosmologia del plasma ha attratto alcuni materialisti che non condividevano la teoria standard di un universo finito, anche per questo motivo. Nonostante queste obiezioni al Big Bang siano state superate con nuove teorie (molti cosmologi standard, come Lawrence Krauss, sono essi stessi materialisti), i sostenitori di questa cosmologia sostengono che essa possa spiegare meglio i fenomeni rispetto al modello standard.
Vari sostenitori delle cosmologie non standard, tra cui i fisici del plasma Eric Lerner e Anthony Peratt, hanno promosso una lettera aperta nel 2004, in cui si contesta che oggi, virtualmente tutte le risorse finanziarie e sperimentali sono spese negli studi sul Big Bang...[che] impedisce il prosieguo di un dibattito e l'impossibilità di una ricerca alternativa. An Open Letter to Closed Minds, New Scientist (2004)Lettera aperta a www.cosmologystatement.org - che è stata firmata da Peratt e Lerner e apparsa su New Scientist nel 2004. Accusano i cosmologi standard di modificare la teoria quando le osservazioni la contraddicono. La cosmologia del plasma non è tuttora una teoria scientifica ampiamente accettata (a differenza della semplice fisica del plasma, su cui si basa), e anche i suoi sostenitori sono d'accordo che le spiegazioni fornite sono meno dettagliate di quelle della cosmologia convenzionale. Secondo molti di essi il suo sviluppo sperimentale è stato ostacolato, così come quello di altre alternative alla cosmologia standard (come quelle cadute in disuso), tramite l'assegnazione esclusiva di finanziamenti governativi alla ricerca della sola cosmologia convenzionale e fisica teorica basata sulla sola relatività e sulla quantistica, per cui i cosmologi del plasma hanno dovuto quasi sempre avvalersi di soli finanziamenti privati e più esigui, e minor pubblicizzazioni delle loro teorie. La maggior parte dei cosmologi convenzionali sostengono che questo pregiudizio nell'assegnazione è dovuto alla grande quantità di evidenze osservative dettagliate che convalida la teoria standard (modello Lambda-CDM), in maniera più semplice.
Secondo il modello standard, dopo il Big Bang sarebbe avvenuta una collisione di materia (maggioritaria) e antimateria, per cui l'antimateria è scomparsa quasi del tutto, mentre nella cosmologia del plasma le annichilazioni sono periodiche.
Caratteristiche dell'universo del plasma Ambiplasma ed effetti magnetici
Secondo la chimica atomistica e la fisica nucleare esistono diverse particelle subatomiche. Le particelle classiche sono tre: protone (massa caricata positivamente); elettrone (massa minima e caricata negativamente); neutrone (massa senza carica). Esistono poi le antiparticelle, caricate in maniera opposta: antiprotone, positrone o antielettrone e antineutrone. Le particelle subatomiche, assieme ai fotoni (senza massa) costituiscono la materia allo stato di plasma cioè materia ionizzata, con cariche libere, le antiparticelle costituiscono l'antimateria allo stato di antiplasma, di qui il termine ambiplasma che li comprende entrambi. Quando collidono si verifica l'annichilazione e il rilascio di grande quantità di energia. Secondo la cosmologia del plasma, queste collisioni avvengono localmente in maniera costante in certe zone dell'universo e, raramente, su grande scala come avvenuto col Big Bang stesso. Da questo ambiplasma o materia duale, si genera energia che in seguito darà vita a nuova materia e nuova antimateria. Uno dei più grandi scontri può essere paragonato al Big Bang: da esso è rimasto un piccolo strato isolante che avrebbe originato l'universo.
Se esistessero grandi quantità di antimateria tuttora presenti, dovrebbero però osservarsi grandi flussi di raggi gamma, a meno che non ci siano ammassi interi di antimateria, che dovrebbero però essersi potute separare dal loro substrato di materia. Secondo Eric J. Lerner, solo alcune galassie (tra cui alcuni nuclei galattici attivi e relativi quasar) presentano ambiplasma, mentre generalmente materia e antimateria restano separate..
Secondo Alfvén, tale ambiplasma sarebbe relativamente di lunga durata, e le particelle e antiparticelle che lo compongono sarebbero troppo calde e troppo a bassa densità per annientarsi rapidamente. I doppi strati agiranno per respingere nubi di tipo opposto, ma combinano le nuvole dello stesso tipo, creando sempre più grandi regioni di materia e antimateria. L'idea di ambiplasma è stata sviluppata ulteriormente nelle forme di ambiplasma pesanti (protoni-antiprotoni) e ambiplasma leggeri (elettroni-positroni).H. Alfvén (1966). Worlds-antiworlds: antimatter in cosmology. Freeman.
La cosmologia di Alfven venne proposta per spiegare innanzitutto l'asimmetria barionica nell'universo, a partire da una condizione iniziale di esatta simmetria tra materia e antimateria. Secondo Alfvén e Klein, l'ambiplasma naturalmente forma sacche o bolle di materia e bolle di antimateria che potrebbero espandersi verso l'esterno tramite l'annichilazione tra materia e antimateria, verificata nel doppio strato ai confini. Essi conclusero che la Via Lattea si trova in una bolla molto più barionica piuttosto che antibarionica, spiegando l'asimmetria dell'universo osservabile (sarebbe presente comunque anche plasma di antimateria osservabile, seppur di bassa densità rispetto alla materia, visto che non ci sono grandi annichilazioni che sarebbero distruttive; sul Sole è stato ipotizzato, in seguito a osservazioni, che esista circa 0,5 kg di antimateria). La cosmologia del plasma accetta quindi il principio cosmologico perfetto e rifiuta il principio copernicano, sostenendo che il sistema solare si trova in una posizione particolare di osservazione.
Anche la radiazione cosmica di fondo sarebbe un residuo dell'annichilazione (non diversamente dal modello del Big Bang, ma con alcune fondamentali differenze, tra cui la presenza delle due plasmi caricati in maniera opposta), ma sarebbe alimentata anche da flussi derivanti da piccole annichilazioni, che avvengono specialmente nelle radiogalassie e nelle varie radiosorgenti.