Плазмова космологія — нестандартна космологія, центральним постулатом якої є те, що динаміка іонізованих газів і плазми відіграє важливу, якщо не домінуючу, роль у фізиці Всесвіту на міжзоряному та міжгалактичному масштабах recount: It was described as this in the February 1992 issue of Sky & Telescope («Plasma Cosmology»), and by Anthony Peratt in the 1980s, who describes it as a «nonstandard picture». The ΛCDM model big bang picture is typically described as the «concordance model», «standard model» or «standard paradigm» of cosmology here, and here.. На противагу цьому, сучасні спостереження та космологічні моделі пояснюють формування, розвиток та еволюцію великомасштабних структур домінантним впливом гравітації.
Первинний варіант цієї теорії, відомий як космологія Альвена — Клейна, розробили Ганнес Альвен та Оскар Клейн у 1960-х і 1970-х роках. Згідно з нею, на надвеликих масштабах речовина й антиречовина існують у рівних кількостях, Всесвіт вічний і не має часових меж у вигляді Великого вибуху, а розширення спостережуваного Всесвіту спричинене взаємною анігіляцією речовини й антиречовини.
Космологи й астрофізики відкинули плазмову космологію, оскільки вона узгоджується зі спостереженнями астрофізичних явищ значно гірше за загальновизнану модель Великого вибуху. Починаючи з середини 1990-х років у науковій літературі з'явилися лише поодинокі праці на підтримку плазмової космології.
Термін плазмовий Всесвіт інколи вживають як синонім плазмової космології для альтернативного опису плазми у Всесвіті. Плазмову космологію слід відрізняти від псевдонаукових концепцій, об'єднаних назвою «Електричний Всесвіт», хоча прихильники обох підходів нерідко висловлюють взаємну симпатію. Ці псевдонаукові погляди бувають найрізноманітнішимиBridgman, William T., Stuart Robbins, and C. Alex Young. «Crank Astronomy As A Teaching Tool.» American Astronomical Society Meeting Abstracts# 215. Vol. 215. 2010., проте зазвичай зводяться до твердження, ніби зорі живляться електричним струмом ззовні, подібно до електричних лампочок. Це прямо суперечить як загальновизнаним науковим теоріям, так і спостереженням, які доводять, що джерелом енергії зір є термоядерний синтез.
Космологія Альвена — Клейна
У 1960-х роках теоретичні засади плазмової космології заклав Ганнес Альвен — дослідник фізики плазми, нагороджений Нобелівською премією з фізики 1970 року за праці в галузі магнітної гідродинаміки. Він запропонував застосувати , щоб поширити результати лабораторних експериментів та спостережень у галузі фізики плазми на багато порядків величини аж до найбільших спостережуваних об'єктів Всесвіту. 1971 року шведський фізик-теоретик Оскар Клейн розвинув ці ідеї та сформулював модель Всесвіту (або «метагалактики» — термін, яким тоді позначали емпірично доступну частину Всесвіту на противагу всьому простору за межами горизонту часток) Альвена — Клейна.
Згідно з цією моделлю, Всесвіт містить рівні частки речовини й антиречовини. Їхні області розмежовують космічні електромагнітні поля, утворені подвійними електричними шарами — тонкими структурами з двох паралельних шарів із протилежними електричними зарядами. Взаємодія між цими межовими ділянками генерує випромінювання й формує плазму. Для плазми, що складається з речовини й антиречовини, Альвен увів назву амбіплазма; отже, подвійні шари виникають саме з неї. За Альвеном, така амбіплазма існує відносно довго, адже через високу температуру й низьку густину її частинки та античастинки не можуть швидко анігілювати. Подвійні шари відштовхують хмари різного типу й водночас зливають хмари одного типу, утворюючи дедалі більші скупчення речовини й антиречовини. Надалі концепцію амбіплазми розділили на важку (протон-антипротонну) та легку (електрон-позитронну).
Космологію Альвена — Клейна запропонували зокрема для того, щоб пояснити спостережувану баріонну асиметрію Всесвіту, виходячи з початкової точної симетрії між речовиною та антиречовиною. На думку Альвена та Клейна, в амбіплазмі природним шляхом утворювалися відокремлені осередки речовини й антиречовини, які згодом розширювалися через постійну анігіляцію в подвійних шарах на їхніх межах. Дослідники дійшли висновку, що ми випадково опинилися в тій ділянці, де переважають баріони, а не антибаріони, чим і пояснюється баріонна асиметрія. Розширення таких осередків (або бульбашок) речовини чи антиречовини внаслідок анігіляції на стиках Альвен розглядав як можливе пояснення спостережуваного розширення Всесвіту, вважаючи його лише локальним етапом набагато масштабнішої еволюції. Спираючись на принцип причинності та відкидаючи ідею створення з нічого () — зокрема концепцію Великого вибуху, яку він вважав завуальованою формою креаціонізму, — Альвен стверджував, що Всесвіт існував завжди. Вибуховий розпад подвійних шарів Альвен також розглядав як імовірне джерело походження космічних променів recount: «Double layers may also produce extremely high energies. This is known to take place in solar flares, where they generate solar cosmic rays up to 109 to 1010 eV.», рентгенівських спалахів та гамма-спалахів.
1993 року астрофізик-теоретик Джим Піблс розкритикував космологію Альвена — Клейна, зазначивши, що «її результати жодним чином не узгоджуються з ізотропією космічного мікрохвильового фонового випромінювання та ». У своїй праці він також показав, що моделі Альвена не передбачають закону Габбла, поширеності легких хімічних елементів та існування самого реліктового випромінювання. Ще одна суттєва вада моделі амбіплазми полягає в тому, що під час анігіляції речовини й антиречовини вивільняються високоенергетичні фотони, яких у Всесвіті не виявлено в передбаченій кількості. Хоча можна припустити, що наша місцева комірка з переважанням звичайної речовини просто перевищує розміри видимого Всесвіту, цю гіпотезу неможливо підтвердити спостереженнями.
Плазмова космологія та дослідження галактик Із 1960-х по 1980-ті роки Ганнес Альвен доводив, що плазма відіграє вагому, якщо не провідну роль у Всесвіті. Він стверджував, що під час взаємодії з міжпланетними та міжзоряними зарядженими частинками електромагнітні сили значно переважають гравітаціюH. Alfvén and C.-G. Falthammar, Cosmic electrodynamics(2nd edition, Clarendon press, Oxford, 1963). «The basic reason why electromagnetic phenomena are so important in cosmical physics is that there exist celestial magnetic fields which affect the motion of charged particles in space … The strength of the interplanetary magnetic field is of the order of 10−4 gauss (10 nanoteslas), which gives the [ratio of the magnetic force to the force of gravity] ≈ 107. This illustrates the enormous importance of interplanetary and interstellar magnetic fields, compared with gravitation, as long as the matter is ionized.» (p.2-3). Він також висунув гіпотезу, що ці сили можуть сприяти стисненню міжзоряних хмар і навіть бути основним рушієм цього процесу, започатковуючи зореутворення. Утім нині загальновизнано, що магнітні поля радше перешкоджають колапсу, масштабних виявити не вдалося, а масштаби порушення зарядової нейтральності виявляються значно меншими за відповідні космологічні відстані.
У 1980-х і 1990-х роках Альвен разом з , фізиком із Лос-Аламоської національної лабораторії, окреслив наукову програму під назвою «плазмовий Всесвіт»A. L. Peratt, Plasma Cosmology: Part I, Interpretations of a Visible Universe, World & I, vol. 8, pp. 294—301, August 1989. A. L. Peratt, Plasma Cosmology:Part II, The Universe is a Sea of Electrically Charged Particles, World & I, vol. 9, pp. 306—317, September 1989.. У межах цього підходу різні явища фізики плазми пов'язували з астрофізичними спостереженнями, намагаючись пояснити тодішні нерозв'язані загадки та проблеми астрофізики. На різних наукових майданчиках Ператт відстоював погляди, які розглядав як альтернативу панівним теоріям астрофізики та космології.
Зокрема, Ператт припускав, що класичний підхід до динаміки галактик, який спирався на гравітаційне моделювання зір і газу з додаванням темної матерії, нехтує потенційно вагомим внеском фізики плазми. Він посилався на лабораторні експерименти Вінстона Бостіка 1950-х років, у яких плазмові розряди зовні нагадували форму галактик. Ператт здійснив комп'ютерне моделювання зіткнення плазмових хмар і повідомив, що воно також відтворює форму галактик. Він припустив, що галактики зароджуються через злиття плазмових волокон під час z-пінчу, причому ці нитки перебувають на відстані 300 000 світлових років одна від одної та переносять струми Біркеланда силою до 1018 амперів. За даними моделювання, Ператт також зафіксував викиди струменів речовини з центральної буферної зони, які він зіставив із квазарами та активними ядрами галактик, пояснюючи їх без залучення надмасивних чорних дір. Науковець запропонував таку послідовність еволюції галактик: «перехід подвійних радіогалактик у радіоквазари, згодом у радіотихі квазари, далі у пекулярні та сейфертівські галактики й нарешті у спіральні галактики». Він також зазначав, що плоскі криві обертання галактик вдалося змоделювати без використання концепції темної матерії. Водночас незалежний дослідник плазми та прибічник ідей Ператта запропонував плазмову модель квазарів на основі .
Порівняння з класичною астрофізикою Класичні астрономічні моделі та теорії залучають усі відомі розділи фізики для пояснення спостережуваних явищ, відводячи гравітації провідну роль як на найбільших масштабах, так і в небесній механіці та зоряній динаміці. Для моделювання астрофізичних систем і утворення великомасштабної структури науковці зазвичай беруть за основу закони руху Кеплера та загальну теорію відносності Альберта Айнштайна. Водночас астрофізика високих енергій і космологія частинок залучають електромагнітні процеси, зокрема фізику плазми та перенесення випромінювання, щоб пояснювати високоенергетичні процеси порівняно меншого масштабу, що спостерігаються в рентгенівському та гамма-діапазонах. Попри те, що більша частина речовини у Всесвіті є плазмою, через загальну електронейтральність явища фізики плазми не зумовлюють далекодійної взаємодії в масштабах усього космосу.
Прихильники плазмової космології стверджують, що електродинаміка не поступається гравітації у формуванні структури Всесвіту, і розглядають її як альтернативне пояснення еволюції галактик та початкового колапсу міжзоряних хмар. Зокрема, плазмова космологія претендує на альтернативне пояснення плоских кривих обертання спіральних галактик, відкидаючи потребу в темній матерії всередині галактик та в надмасивних чорних дірах у їхніх центрах для живлення квазарів та активних ядер галактик. Однак теоретичний аналіз засвідчив, що багато сценаріїв генерації первинних магнітних полів, які припускають існування та збереження струмів на ранніх етапах Всесвіту, не можуть реалізовуватися в дійсності, тобто струми Біркеланда необхідної сили (1018 ампер на мегапарсекових масштабах) для утворення галактик відсутні recount: «Numerical simulations have shown that the wide-scale magnetic fields in massive clusters produce variations of the cluster mass at the level of ~ 5 − 10 % of their unmagnetized value … Such variations are not expected to produce strong variations in the relative [mass-temperature] relation for massive clusters.». Крім того, більшість питань, що лишалися загадковими у 1980-х і 1990-х роках — зокрема розбіжності щодо реліктового випромінювання та природи квазарів, — науковці успішно розв'язали завдяки новим спостережним даним, які встановили точні шкали відстаней і часу для Всесвіту.