El ambiplasma, también conocido como "universo eléctrico", es una teoría cosmológica no convencional,Es descrita por partes iguales por sus seguidores y sus críticos. En el número de febrero de 1992 de Sky & Telescope ("Plasma Cosmology"), Anthony Peratt la describió como un "dibujo no convencional". La carta abierta el www.cosmologystatement.org –que ha sido firmada por Peratt y Lerner– denota que "hoy, virtualmente todos los recursos experimentales financiados están en cosmología están dedicados a estudios del Big Bang". El dibujo del Big Bang del Modelo Lambda-CDM es descrito típicamente como el "modelo de concordancia", el "modelo convencional" o el "paradigma estándar" de la cosmología y aquí. generalmente atribuida a Hannes Alfvén en los años 1960.Helge S. Kragh, Cosmología y Controversia: El Desarrollo Histórico de Dos Teorías del Universo, 1996 Princeton University Press, 488 páginas, ISBN 0-691-00546-X (pp.482-483) Esta teoría intenta explicar el desarrollo del universo visible a través de la interacción de fuerzas electromagnéticas en plasma astrofísico.Alfven, Hannes O. G., "Cosmología en el plasma del universo - una exposición introductoria", IEEE Transactions en Ciancia del Plasma (ISSN 0093-3813), vol. 18, Feb. 1990, p. 5-10. Alfvén desarrolló sus ideas cosmológicas basadas en el escalado de observaciones desde laboratorios terrestres y experimentos espaciales a escalas cosmológicas con órdenes de magnitud mayores. Su propuesta cosmológica más famosa fue que el Universo era una mezcla equitativa de materia y antimateria en la forma llamada ambiplasma que se habría separado de manera natural cuando ocurrieron las reacciones de aniquilación acompañadas por una tremenda liberación de energía. En este concepto, el Universo siempre ha existido (preexiste) y no posee un punto común de origen.
El ambiplasma contradice el actual consenso de la astrofísica que dice que la relatividad general de Einstein explica el origen y evolución del Universo en sus mayores escalas, confiando en vez de ello en los desarrollos posteriores de la mecánica clásica y la electrodinámica clásica como aplicaciones a plasmas astrofísicos. Mientras que a finales de la década de 1980 y principios de la década de 1990 la discusión se limitaba a las ventajas de la cosmología del plasma, hoy los defensores de estas ideas son generalmente ignorados por los cosmólogos profesionales de la comunidad científica. La cosmología del plasma defendida por Anthony Peratt y Eric Lerner, en una carta abierta consignada por un total de 34 autores, expone "Un intercambio abierto de ideas ausente en la mayoría de conferencias", y "Actualmente, prácticamente todos los recursos experimentales financiados en cosmología están dedicados a estudios del Big Bang". Tom Van Flandern escribe en Los 30 Principales Problemas con el Big Bang , "Para la mayoría, estas cuatro alternativas cosmológicas [incluyendo la Cosmología del Plasma] son ignoradas por los astrónomos".
Plasma cósmico
Hannes Alfvén dedicó gran parte de su carrera profesional a intentar caracterizar el plasma por el que fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1970. Sin embargo, mientras que la física del plasma no está controvertidamente aceptada para desempeñar un papel importante en muchos fenómenos astrofísicos debido en parte a la ubicuidad del plasma, Alfvén siguió firme en unas cuantas ideas que no han sido aceptadas por la comunidad científica. Entre estas ideas, la principal es la afirmación de que las fuerzas electromagnéticas son iguales en importancia que la gravedad en las grandes escalas.H. Alfvén y C.-G. Falthammar, Electrodinámica cósmica (2ª edición, Clarendon press, Oxford, 1963). "La razón básica por la que los fenómenos electromagnéticos son tan importantes en la física cósmica es que existen campos magnéticos celestes que afectan el movimiento de partículas cargadas en el espacio. La fuerza de los campos magnéticos interplanetarios es del orden de 10-4 gauss, de lo que una relación de la fuerza magnética on la fuerza gravitatoria ≈ 107. Esto ilustra la enorme importancia de los campos magnéticos interplanetarios e interestelares, comparadas con la gravedad, tanto más según la materia está ionizada." (p.2-3) Alfvén llegó a esta conclusión simplemente extrapolando el fenómeno del plasma a pequeña escala a gran escala. Hannes Alfvén, "Sobre la jerarquía cosmológica" (1983) Astrofísica y Ciencia Espacial (ISSN 0004-640X), vol. 89, no. 2, Ene. 1983, p. 313-324. Mientras los campos magnéticos se consideran de interés en la astrofísica moderna en muchos modelos convencionales de estructuras astrofísicas a pequeña escala con corrientes de Foucault acelerando el colapso gravitacional transfiriendo el momento angular desde los objetos contraídos, los modelos de estructuras a gran escala convencionales normalmente no consideran los campos magnéticos lo suficientemente grandes como para ayudar en la transferencia de momento angular por procesos viriales en cúmulos.Colafrancesco, S. y Giordano, F. El impacto de los campos magnéticos en la relación M - T de los cúmulos Astronomía y Astrofísica, Volumen 454, Número 3, agosto II 2006, pp.L131-L134. recuento: "Las simulaciones numéricas has demostrado que los campos magnéticos de escala estrecha en cúmulos masivos producen variaciones de la masa del cúmulo a un nivel de ~ 5−10 % de su valor desmagnetizado.... Tales variaciones no se esperan que produzcan fuertes variaciones en la relación relativa masa-temperatura para cúmulos masivos". La investigación en estos temas está en curso, pero no se considera que los procesos del plasma desempeñen un papel importante en el modelado teórico de estructuras o formación de galaxias.Ver por ejemplo: Dekel, A. y Silk, J. El origen de galaxias enanas, materia oscura fria y formación parcial de galaxias Astrophysical Journal, Parte 1 (ISSN 0004-637X), vol. 303, 1 de abril de 1986, p. 39-55. donde modelan los procesos del plasma en la formación de galaxias que está liderado principalmente por la gravedad de la materia oscura fría. Los modelos de Alfvén no proporcionan ninguna predicción que pueda ser tomada en cuenta en muchas observaciones cosmológicas ley de Hubble, la abundancia de elementos pesados, o la existencia del fondo cósmico de microondas.
Algunas de las propuestas más provocadoras de Alfvén son las explicaciones cualitativas de la formación estelar utilizando corrientes de Birkeland.Alfvén, H.; Carlqvist, P., "Nubes interstelares y la formación de estrellas" Astrofísica y Ciencia Espacial, vol. 55, no. 2, mayo de 1978, p. 487-509. Estas corrientes de plasma fueron considerados por Alfvén y sus seguidores como responsables de muchas estructuras filamentarias vistas en observaciones astrofísicas. Sin embargo, continúa sin haber ninguna prueba observacional directa de tales corrientes a gran escala de plasma y las explicaciones astrofísicas dominantes para fenómenos a gran escala no incluyen mecanismos de corrientes de plasma.
Teoría del ambiplasma de Alfvén
Los orígenes conceptuales de la cosmología del plasma fueron desarrollados en 1965 por Alfvén en su libro Mundos-Antimundos, basándose parte de su trabajo en ideas de Kristian Birkeland descritas a principios de siglo y una propuesta anterior de Oskar Klein en la que el plasma astrofísico jugaba un papel importante en la formación y evolución de galaxias. En 1971, Klein extendió las propuestas de Alfvén y desarrolló el "modelo Alfvén-Klein" de la cosmología. Su cosmología se basa en explosiones astrofísicas gigantes resultantes de una mezcla hipotética de materia y antimateria que creó el Universo o meta-galaxia como ellos preferían especular (ver el debate Shapley-Curtis para una información más amplia de la historia de distinción entre el Universo y la Vía Láctea). Esta hipotética sustancia que engendró el Universo se llamó ambiplasma y tomó las formas de protones-antiprotones (ambiplasma pesado) y electrones-positrones (ambiplasma ligero). El ambiplasma se divide en regiones celulares de materia y antimateria. En la cosmología de Alfvén, el Universo contenía ambiplasma simétrico pesado con ambiplasma ligero protector, separados por dobles capas. De acuerdo con Alfvén, tal ambiplasma tendría una vida relativamente larga, ya que el componente de las partículas y las antipartículas estaría demasiado caliente y tendría una densidad demasiado baja como para aniquilarse las unas con las otras rápidamente. Esta aniquilación puede causar una rápida expansión del universo. La radiación de aniquilación emanaría de las capas dobles de plasma y antiplasma. La explosión de la doble capa también fue sugerida por Alfvén como un posible mecanismo de generación de rayos cósmicos, ráfagas de rayos X y GRB.Alfvén, H., "Capas dobles y circuitos en astrofísica", (1986) IEEE Transactions on Plasma Science (ISSN 0093-3813), vol. PS-14, Dic. 1986, p. 779-793. Basado en la conferencia patrocinada por la NASA "Capas Dobles en Astrofísica" (1986) Alfvén hizo hincapié en la importancia de la naturaleza celular y filamentosa del plasma a cualquier escala, desde el laboratorio hasta lo galáctico.
El ambiplasma fue propuesto en parte para explicar la asimetría bariónica observada en el Universo que es debida a una condición inicial de la simetría exacta entre materia y antimateria.H. Alfvén y C.-G. Falthammar, Cosmic electrodynamics (Clarendon press, Oxford, 1963). H. Alfvén, Worlds-antiworlds: antimatter in cosmology, (Freeman, 1966). O. Klein, "Arguments concerning relativity and cosmology," Science 171 (1971), 339. De acuerdo con Alfvén y Klein, el ambiplasma formaría naturalmente bolsas de materia y antimateria que se expandiría hacia afuera según ocurriera la aniquilación entre materia y antimateria. Por tanto, concluyeron que la vida tiene que ocurrir en un bolsillo principalmente bariónico en vez de antibariónico. Los procesos de la evolución y características del Universo en su mayor escala estarían gobernados principalmente por esta característica.
Alfvén postuló que el Universo siempre ha existidoHannes Alfvén, "Tiene el Universo un Origen" (1988) Trita-EPP, 1988, 07, p. 6. Véase también Anthony L. Peratt, "Introducción a la Astrofísica y Cosmología del Plasma" (1995) Astrofísica y Ciencia Espacial, v. 227, p. 3-11: "cuestiona ahora un debate centenario incluyendo la cosmología traditional del plasma rehúsa reivindicar cualquier conocimiento sobre un 'origen' del Universo (p.ej., Alfvén, 1988). debido a los argumentos causales y el rechazo de modelos ex nihilo como una forma sigilosa de creacionismo.Alfvén, Hannes, "Cosmología: ¿Mito o Ciencia?" (1992) IEEE Transactions on Plasma Science (ISSN 0093-3813), vol. 20, no. 6, p. 590-600. Véase también Las regiones celulares exclusivamente de materia o antimateria parecerían expandirse en regiones locales de aniquilación, que Alfvén consideraba como una posible explicación para la aparentemente observada expansión del Universo como una simple fase local de una historia mucho más larga. Segundo, el modelo no necesita de físicas exóticas (más allá de la antimateria, que se ha verificado en la Tierra en colisiones de alta energía), sino que modeliza el universo utilizando las ya conocidas fuerzas electromagnéticas junto con la gravedad. De hecho, Alfvén basó sus ideas en trabajos experimentales sobre la física del plasma aquí en la Tierra. Él siempre defendió el trabajo experimental como una parte necesaria y primordial de cualquier teoría. Incluso en el campo de la física del plasma en la Tierra, tuvo que sobreponerse a la inercia de los enfoques puramente teóricos de sus colegas, cuyos análisis no pudieron obtener predicciones precisas.
Desarrollos posteriores