Cosmologia del plasma

Hannes Alfvén usò i risulati di laboratorio sulla scala del plasma per estrapolare la struttura a larga scala dell'universo.

La cosmologia del plasma o cosmologia di Alfvén-Klein, talvolta chiamata universo elettrico in alcune teorizzazioni, è un modello cosmologico proposto dal premio Nobel per la fisica Hannes Alfvén, assieme a Oskar Klein e Carl-Gunne Fälthammar, la cui caratteristica principale è l'affermazione che, nella struttura a larga scala dell’universo, i fenomeni di natura elettromagnetica giocano un ruolo altrettanto importante di quello della gravitazione.

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"). 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 sarebbe solo uno dei momenti di creazione dovuto a uno di questi scontri. Tuttavia, le poche conferme empiriche e la vicinanza alle pseudoscienze di alcuni sostenitori hanno reso poco considerata la proposta. Come la teoria dello stato stazionario, la cosmologia del plasma implica un forte principio cosmologico perfetto, che presuppone che l'universo sia isotropo nel tempo e nello spazio. Si presume esplicitamente che la materia sia sempre esistita, o almeno che 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 del Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE.

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. A quel tempo c’era 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.

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.

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 intese nella cosmologia mainstream attuale), a cui è comunque legata.

Per Alfven, la cosmologia doveva basarsi solo sulle osservazioni dirette, dato che i fenomeni che avvengono nell'universo sono sempre gli stessi, nel tempo e nello spazio. Il comportamento del plasma è lo stesso ovunque; inizialmente, egli studiò le aurore boreali, osservando che i campi elettromagnetici possono concentrare la materia molto più della gravità poiché le correnti producono dei filamenti di plasma che si muovono lungo le linee di un campo magnetico. Al centro del filamento gli elettroni fluiscono in linea retta, generando un campo magnetico nel quale si muovono gli elettroni periferici, che a loro volta generano un altro campo. Il risultato finale è un moto elicoidale che "strizza" il filamento.

In tempi sufficientemente lunghi possono aver formato tutte le strutture dell'universo. Alcuni esperimenti di laboratorio (Peratt, 1979) sostengono di avere osservato la formazione di galassie in miniature, dentro plasmi percorsi da correnti molto intense. Nell'universo queste correnti sarebbero prodotte dai campi magnetici estremamente potenti presenti (brillamenti nel sistema solare, campo galattico nelle galassie, campi magnetici intergalattici e campi elettrici nell'universo, specialmente nelle radiogalassie).

Critiche

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).

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.

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. Le prove a suo favore non sono state ritenute sufficienti:

• il solo risultato osservato è la presenza di superstrutture galattiche spiegabili anche con altre teorie cosmologiche, compresa quella del Big Bang
• é il modello teorico non è abbastanza sviluppato da consentire simulazioni e predizioni
• non spiega il lensing gravitazionale, spiegabile con la presenza di materia oscura
• la nucleosintesi degli elementi leggeri senza Big Bang dovrebbe produrre un universo con emissioni molto forti di raggi X e gamma, mai osservati
• non spiega i risultati osservativi la radiazione di fondo
• non si osservano annichilazioni materia-antimateria
• non spiega il redshift osservato
• 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 lo sono

Risposte ai critici

Eric Lerner ha risposto spesso alle obiezioni dei critici ribadendo la validità del modello.

==Note

Bibliografia

• (EN) Alfvén D. Hannes, Cosmic Plasma, Reidel Pub Co., February 1981. ISBN 90-277-1151-8
• Eric J. Lerner, Il big bang non c'è mai stato, Dedalo, 1994
• (EN) Lerner, E. J. "Radio absorption by the intergalactic medium." ApJ 361 (1990), 63-68.

Voci correlate

• Teoria dell'universo stazionario
• Cosmologia non standard
• Cosmologia del potenziale quantistico
• Big Bang
• Cosmologia ciclica conforme
• Big Bounce
• Universo oscillante

Collegamenti esterni

• Sito sulla cosmologia del plasma
• Sito di Eric J. Lerner