플라즈마 우주론

Plasma cosmology
Hannes Alfén은 스케일링 실험실 결과를 우주의 스케일까지 추론할 수 있다고 제안했다. 자기권역까지 추론하기9 위해서는 10배율의 스케일링 점프, 은하조건까지 추론하기 위한 두 번째 점프, 허블 거리까지 추론하기 위한 세 번째 점프가 필요했다.[1]

플라즈마 우주론은 비표준 우주론인데, 그 중심 가설은 이온화된 기체와 플라스마의 역학이 지배적이지는 않지만 태양계 너머 우주의 물리학에 중요한 역할을 한다는 것이다.[2][unreliable source?][3] 이와는 대조적으로, 현재 우주학자와 천체물리학자의 관측과 모델은 중력(알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 있어서의 그것의 공식화 포함)과 쌍변물리학의 영향을 받아 우주에서 천문체와 대규모 구조물의 형성, 발달, 진화를 설명한다.[4]

플라즈마 우주론에 관한 일부 이론적 개념은 실험실 실험과 플라즈마 물리학 관찰의 결과를 추론하고 우주에서 관측 가능한 가장 큰 물체(상자[1] 참조)에 이르기까지 많은 수의 순서에 걸쳐 플라즈마 스케일링을 사용할 것을 잠정적으로[5] 제안했던 Hannes Alfén에서 비롯되었다.

플라즈마 우주론을 평가해 온 우주학자와 천체물리학자들은 그것이 현재의 우주론 이론뿐만 아니라 천체물리학적 현상의 관측과 일치하지 않기 때문에 이를 거부한다. 플라즈마 우주론을 지지하는 논문은 1990년대 중반 이후 거의 문헌에 나타나지 않았다.

플라즈마 우주라는 용어는 우주에서 플라즈마에 대한 대체적인 설명으로 플라즈마 우주론의 동의어로 쓰이기도 한다.[2][3]

알펜-클레인 우주론

1960년대 플라즈마 우주론의 이면에 있는 이론은 자기유체역학 연구로 1970년 노벨 물리학상을 수상한 플라즈마 전문가[7] 알펜에 의해 소개되었다.[6] 1971년 스웨덴의 이론 물리학자 오스카 클라인은 초기 제안들을 확장하여 우주의 알프벤-클레인 모델,[8] 즉 우리의 입자 지평선 너머 부분을 포함한 우주 전체를 포함한 우주의 경험적으로 접근하기 쉬운 부분을 지칭하는 데 사용된 초기 용어인 "메타갈락시"를 개발하였다.[9][7] 클라인-알프벤 우주론이라고도 불리는 이 알프벤-클레인 우주론에서 우주는 물질과 반물질의 영역 사이의 경계가 이중 층에 의해 형성된 우주 전자기장에 의해 묘사되는 등 동일한 양의 물질과 반물질로 구성되어 있다.이 경계 영역들 사이의 상호작용은 방사선을 발생시킬 것이고, 이것은 플라즈마를 형성할 것이다. 알펜은 물질과 반물질로 구성된 플라즈마에 암비플라즈마라는 용어를 도입했고, 따라서 이중층이 암비플라즈마로 형성된다. 알펜에 따르면 이러한 암비플라즈마는 성분 입자와 항정신병 입자가 너무 뜨겁고 밀도가 낮아 서로를 급속하게 소멸시킬 수 없기 때문에 비교적 오래 살 것이다. 이중 층은 반대 유형의 구름을 밀어내는 작용을 하지만 같은 유형의 구름을 결합하여 물질과 반물질의 더 많은 영역을 생성한다. 암비플라즈마 아이디어는 더 나아가 무거운 암비플라즈마(프로톤-안티프로톤)와 가벼운 암비플라즈마(전자-양전자)의 형태로 발전되었다.[6]

알펜-클레인 우주론은 부분적으로 물질과 반물질 사이의 정확한 대칭의 초기 조건에서 출발하여 우주에서 관찰된 바론 비대칭성을 설명하기 위해 제안되었다. 알펜과 클라인에 따르면, 앰비플라즈마는 경계에서 물질과 반물질 사이의 섬멸이 이중 층에서 일어나면서 밖으로 확장되는 반물질의 주머니와 주머니를 자연스럽게 형성할 것이라고 한다. 그들은 우리가 마침 항균성보다는 주로 중뿔형인 주머니 중 하나에서 살 수밖에 없다는 결론을 내리고 중뿔형의 비대칭성을 설명하였다. 물질이나 반물질의 주머니, 즉 거품이 경계에서의 섬멸 때문에 팽창할 것이고, 알펜은 이 현상을 관측된 우주의 팽창에 대한 가능한 설명으로 간주했는데, 이는 훨씬 더 큰 역사의 국지적인 국면에 지나지 않을 것이다. 알펜은 인과관계 논쟁과 빅뱅과 같은 전 니힐로 모델의 거부로 인해 우주가 항상 존재해왔다고 가정했다.[12][13] 폭발하는 이중층도 우주선, X선 폭발, 감마선 폭발의 발생 가능한 메커니즘으로 알펜에 의해 제안되었다.[15]

1993년 이론 우주학자 짐 피블스는 알펜-클레인 우주론을 비판하면서 "우주 마이크로파 배경 복사 및 X선 배경의 동위원소 성분과 결과가 일치할 수 있는 방법은 없다"[16]고 썼다. 그는 또한 그의 저서에서 알펜의 모델들이 허블의 법칙, 빛의 원소의 풍부함, 우주 마이크로파 배경의 존재를 예측하지 못한다는 것을 보여주었다. 암비플라즈마 모델의 또 다른 어려움은 물질-항습기 섬멸로 인해 예측된 양에서 관측되지 않는 고에너지 광자가 생성된다는 것이다. 국소적인 "물질 중심" 세포가 관측 가능한 우주보다 단순히 더 클 수 있지만, 이 명제는 관측 테스트에 도움이 되지 않는다.

플라즈마 우주론과 은하계의 연구

1960년대부터 1980년대까지 Hannes Alfén은 행성간 및 성간 전하 입자에 작용하는 경우 전자기력이 중력보다 훨씬 중요하기 때문에 플라즈마가 우주에서 지배적이지는 않더라도 중요한 역할을 했다고 주장했다.[17] 그는 더 나아가 그것들이 성간 구름의 수축을 촉진하고 심지어 항성 형성을 시작하며 수축의 주요 메커니즘을 구성할 수도 있다는 가설을 세웠다.[18] 현재의 표준관점은 자기장이 붕괴를 방해할 수 있으며, 대규모 버클랜드 전류가 관측되지 않았으며, 충전중립성을 위한 길이 척도가 관련 우주적 척도보다 훨씬 작을 것으로 예측된다는 것이다.[19]

1980년대와 1990년대 로스앨러모스 국립연구소의 플라즈마 물리학자 알펜과 앤서니 페라트는 그들이 "플라즈마 우주"[20][21][22]라고 부르는 프로그램의 개요를 설명했다. 플라즈마 우주 제안에서는 다양한 플라즈마 물리학 현상들이 천체물리학적 관찰과 연관되어 1980년대와 1990년대에 천체물리학에서 뛰어난 현대의 미스터리와 문제들을 설명하는 데 사용되었다. 여러 장소에서 페라트는 천체물리학과 우주론에 적용된 주류 모델에 대한 대안적 관점으로 특징지어지는 것을 프로파일링했다.[21][22][23][11]

예를 들어, 페라트는 암흑 물질의 추가와 함께 은하계의 별과 가스의 중력 모델링에 의존했던 은하 역학에 대한 주류 접근법은 플라즈마 물리학의 아마도 주요한 기여를 간과하고 있다고 제안했다. 그는 1950년대 윈스턴 H. 보스틱의 실험실 실험에서 은하처럼 보이는 플라즈마 방출을 만들어냈다고 언급한다.[24][25] 페르라트는 자신이 보고한 플라즈마 구름 충돌에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 실시했는데, 이 역시 은하의 모양을 흉내 낸 것이라고 한다.[26] 페라트는 플라즈마 필라멘트가 z-pinch로 결합되어 형성된 은하로, 필라멘트는 30만 광년 떨어져서 시작하여 10암페어의18 버클랜드 전류를 가지고 있다고 제안했다.[27][28] 페라트는 또한 퀘이사와 초질량 블랙홀이 없는 활성 은하핵과 비교했을 때 중심 완충 지역에서 떠오르는 물질들을 보여주는 시뮬레이션을 했다고 보고했다. 페라트는 은하 진화의 순서를 제안했다. "이중 무선 은하의 라디오 쿼사로의 전환은 특이하고 세이페르트 은하로 끝나게 된다."[29] 그는 또한 평평한 은하 회전 곡선이 암흑 물질 없이 시뮬레이션되었다고 보고했다.[27][dubious – discuss] 이와 동시에 독립 플라즈마 연구자이자 페라트의 사상을 지지하는 에릭 레너(Eric Lerner)는 촘촘한 플라즈마 포커스를 바탕으로 한 퀘이사(Quasar)용 플라즈마 모델을 제안했다.[30]

주류 천체물리학과의 비교

표준 천문학 모델링과 이론은 알려진 모든 물리학을 관측된 현상에 대한 설명과 설명에 통합하려고 시도하는데, 중력은 천체 역학과 역학뿐만 아니라 가장 큰 규모에서도 지배적인 역할을 한다. 이를 위해 케플러의 궤도와 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론 모두 일반적으로 천체물리학적 시스템과 구조 형성을 모델링하는 기본 틀로 사용되며, 우주론의 고에너지 천문학 및 입자물리학은 플라즈마 물리학과 복사전환을 포함한 전자기적 과정에 추가로 호소한다.per는 X선과 감마선에서 관측된 비교적 작은 규모의 에너지 프로세스를 설명한다. 전체적인 전하중립성 때문에 플라즈마물리학은 우주 물질의 많은 부분이 플라즈마임에도 불구하고 천체물리학에서 매우 장기적인 상호작용을 제공하지 않는다.[31] (자세한 내용은 천체물리학적 플라즈마를 참조하십시오.)

플라즈마 우주론 지지자들은 우주의 구조를 설명하는 데 있어 중력만큼이나 전기역학이 중요하다고 주장하며, 그것이 은하[29] 진화와 성간 구름의 초기 붕괴에 대한 대체적인 설명을 제공한다고 추측한다.[18] 특히 플라즈마 우주론은 나선은하의 평평한 회전 곡선에 대한 대안적인 설명을 제공하고, 은하의 암흑물질의 필요성과 은하중심부의 초질량 블랙홀의 필요를 제거하여 퀘이사와 활성 은하핵에 동력을 공급한다고 주장한다.[28][29] 그러나 이론적 분석은 "초기의 [우주의] 전류의 생존과 지속가능성에 의존하는 종자 자기장 생성을 위한 많은 시나리오"[19] 즉, 은하 형성에 필요한 규모의 버클랜드 전류(메가파르초의 척도보다 10암페어18)는 존재하지 않는다는 것을 보여준다.[32] 또한 우주 극초단파 배경과 퀘이사의 성격에 관한 불일치를 포함하여 1980년대와 1990년대에 불가사의했던 많은 문제들은, 더 자세하게, 우주에 거리 및 시간 척도를 제공한다는 더 많은 증거로 해결되었다.

플라즈마 우주론 서포터즈가 표준 설명과 가장 대립하는 곳으로는 빅뱅 핵합성 없이 자신의 모델이 경원소 생산을 해야 하는 필요성 등이 있는데, 알펜-클레인 우주론의 맥락에서 관측된 것 이상으로 과도한 X선과 감마선을 생성하는 것으로 나타났다.[33][34] 플라즈마 우주론 지지자들은 빛 원소 부족을 설명하기 위한 추가 제안을 했지만, 수반되는 문제는 완전히 다루어지지 않았다.[35] 1995년에 Eric Lerner는 우주 마이크로파 배경 방사선에 대한 그의 대체 설명을 발표했다.[36] 그는 1:10의5 동위원소 수준이 다른 어떤 대안 모델에서도 그 정밀도로 설명되지 않지만, 자신의 모델이 CMB 스펙트럼의 충실도를 검정 몸체와 발견된 낮은 수준의 비등각으로 설명했다고 주장했다. 또한, CMB 음이소트로피 측정의 민감도와 분해능은 WMAP와 플랑크 위성에 의해 크게 진전되었고 신호의 통계는 빅뱅 모델의 예측과 너무나 일치하여, CMB는 대안의 손상에 대한 빅뱅 모델의 주요한 확인으로서 예고되어 왔다.[37] 초기 우주의 음향 피크는 빅뱅 모델의 예측에 의해 높은 정확도로 적합하며, 현재까지 플라즈마 우주론이나 다른 대체 우주론 모델의 틀 안에서 음이소트로피의 상세한 스펙트럼을 설명하려는 시도는 없었다.

참조 및 참고 사항

  1. ^ a b Alfvén, Hannes (1983). "On hierarchical cosmology". Astrophysics and Space Science. 89 (2): 313–324. Bibcode:1983Ap&SS..89..313A. doi:10.1007/bf00655984. S2CID 122396373.
  2. ^ a b Anthony, L.P. (February 1992). "Plasma Cosmology" (PDF). Sky & Telescope. Retrieved 26 May 2012. 재검표: 1992년 2월호 스카이 앤드 텔레스코프("플라즈마 우주론")에서 이렇게 설명되었고, 1980년대 앤서니 페라트가 이를 "비표준화"로 기술하였다. λCDM 모델 빅뱅 그림은 일반적으로[permanent dead link] 우주론의 "콘코드 모델", "표준 모델" 또는 "표준 패러다임"으로 설명된다.
  3. ^ a b Alfven, H.O.G. (1990). "Cosmology in the plasma universe – an introductory exposition". IEEE Transactions on Plasma Science. 18: 5–10. Bibcode:1990ITPS...18....5A. doi:10.1109/27.45495.
  4. ^ Chan, T. K.; Keres, D.; Oñorbe, J.; Hopkins, P. F.; Muratov, A. L.; Faucher-Giguère, C.-A.; Quataert, E. (2015-12-01). "The impact of baryonic physics on the structure of dark matter haloes: the view from the FIRE cosmological simulations". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 454 (3): 2981–3001. arXiv:1507.02282. Bibcode:2015MNRAS.454.2981C. doi:10.1093/mnras/stv2165. ISSN 0035-8711. S2CID 8867296.
  5. ^ Alfven, H.O G (1987). "Plasma universe" (PDF). Physica Scripta. T18: 20–28. Bibcode:1987PhST...18...20A. doi:10.1088/0031-8949/1987/t18/002.
  6. ^ a b H., Alfvén (1966). Worlds-antiworlds: antimatter in cosmology. Freeman.
  7. ^ a b Kragh, H.S. (1996). Cosmology and Controversy: The Historical Development of Two Theories of the Universe. Vol. 23. Princeton University Press. pp. 482–483. ISBN 978-0-691-00546-1.
  8. ^ Klein, O. (1971). "Arguments concerning relativity and cosmology". Science. 171 (3969): 339–45. Bibcode:1971Sci...171..339K. doi:10.1126/science.171.3969.339. PMID 17808634. S2CID 22308581.
  9. ^ Alfvén, H.; Falthammar, C.-G. (1963). Cosmic electrodynamics. Oxford: Clarendon Press.
  10. ^ Alfvén, H. (1988). "Has the Universe an Origin? (Trita-EPP)" (PDF). p. 6.
  11. ^ a b Peratt, A.L. (1995). "Introduction to Plasma Astrophysics and Cosmology" (PDF). Astrophysics and Space Science. 227 (1–2): 3–11. Bibcode:1995Ap&SS.227....3P. doi:10.1007/bf00678062. ISBN 978-94-010-4181-2. S2CID 118452749.
  12. ^ Alfvén, H. (1992). "Cosmology: Myth or Science?". IEEE Transactions on Plasma Science. 20 (6): 590–600. Bibcode:1992ITPS...20..590A. doi:10.1109/27.199498.
  13. ^ Alfvén, H. (1984). "Cosmology - Myth or science?". Journal of Astrophysics and Astronomy. 5 (1): 79–98. Bibcode:1984JApA....5...79A. doi:10.1007/BF02714974. ISSN 0250-6335. S2CID 122751100.
  14. ^ H., Alfvén (1981). Cosmic plasma. Taylor & Francis. pp. IV.10.3.2, 109. 재검표: "이중 레이어는 또한 극도로 높은 에너지를 생산할 수 있다. 이는 태양 플레어에서 일어나는 것으로 알려져 있는데, 이 플레어는 최대 109~10eV의10 태양 우주선을 발생시킨다."
  15. ^ Alfvén, H. (1986). "Double layers and circuits in astrophysics". IEEE Transactions on Plasma Science. PS-14 (6): 779–793. Bibcode:1986ITPS...14..779A. doi:10.1109/TPS.1986.4316626. S2CID 11866813.
  16. ^ Pebbles, P.J.E. (1993). Principles of Physical Cosmology. Princeton University Press. p. 207. ISBN 978-0-691-07428-3.
  17. ^ H. Alfén과 C.-G. Palthammar, 우주 전기역학 (제2판, Clarendon press, 옥스포드, 1963) "우주물리학에서 전자기 현상이 중요한 기본적인 이유는 우주에 전하 입자의 움직임에 영향을 미치는 천체 자기장이 존재하기 때문이다. 행성간 자기장의 강도는 10가우스−4(10나노텔라)의 순서로, [중력력에 대한 자기력의 비율] ≈ 10을7 나타낸다. 이는 물질이 이온화되는 한 중력에 비해 행성간 자기장과 성간 자기장의 엄청난 중요성을 보여준다."(p.2-3)
  18. ^ a b Alfvén, H.; Carlqvist, P. (1978). "Interstellar clouds and the formation of stars". Astrophysics and Space Science. 55 (2): 487–509. Bibcode:1978Ap&SS..55..487A. doi:10.1007/BF00642272. S2CID 122687137.
  19. ^ a b Siegel, E. R.; Fry, J. N. (Sep 2006). "Can Electric Charges and Currents Survive in an Inhomogeneous Universe?". arXiv:astro-ph/0609031. Bibcode:2006astro.ph..9031S. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  20. ^ Alfvén, H. (1986). "Model of the Plasma Universe" (PDF). IEEE Transactions on Plasma Science. PS-14 (6): 629–638. Bibcode:1986ITPS...14..629A. doi:10.1109/tps.1986.4316614. S2CID 31617468.[영구적 데드링크]
  21. ^ a b A. L. Peratt, Plasma Cosmology: Part I, Visible Universe, World & I, vol. 8, 페이지 294–301, 1989년 8월. [1]
  22. ^ a b A. L. 페라트, 플라즈마 우주론:제2부, The Universe는 전기로 충전된 입자의 바다, 월드 & I, Vol. 9, 페이지 306–317, 1989년 9월 [2]
  23. ^ A.L. Peratt, Plasma Cosmology, Sky & Tel. 1992년 2월
  24. ^ A. Peratt (1986). "Evolution of the plasma universe. I – Double radio galaxies, quasars, and extragalactic jets" (PDF). IEEE Transactions on Plasma Science. PS-14 (6): 639–660. Bibcode:1986ITPS...14..639P. doi:10.1109/TPS.1986.4316615. ISSN 0093-3813. S2CID 30767626.
  25. ^ Bostick, W. H. (1986). "What laboratory-produced plasma structures can contribute to the understanding of cosmic structures both large and small". IEEE Transactions on Plasma Science. PS-14 (6): 703–717. Bibcode:1986ITPS...14..703B. doi:10.1109/TPS.1986.4316621. S2CID 25575722.
  26. ^ AL Peratt, J Green and D Nielson (20 June 1980). "Evolution of Colliding Plasmas". Physical Review Letters. 44 (26): 1767–1770. Bibcode:1980PhRvL..44.1767P. doi:10.1103/PhysRevLett.44.1767.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  27. ^ a b E. J. Lerner (1991). The Big Bang Never Happened. New York and Toronto: Random House. ISBN 978-0-8129-1853-3.
  28. ^ a b AL Peratt and J Green (1983). "On the Evolution of Interacting, Magnetized, Galactic Plasmas". Astrophysics and Space Science. 91 (1): 19–33. Bibcode:1983Ap&SS..91...19P. doi:10.1007/BF00650210. S2CID 121524786.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  29. ^ a b c A. Peratt (1986). "Evolution of the Plasma Universe: II. The Formation of Systems of Galaxies" (PDF). IEEE Transactions on Plasma Science. PS-14 (6): 763–778. Bibcode:1986ITPS...14..763P. doi:10.1109/TPS.1986.4316625. ISSN 0093-3813. S2CID 25091690.
  30. ^ E.J. Lerner (1986). "Magnetic Self‑Compression in Laboratory Plasma, Quasars and Radio Galaxies". Laser and Particle Beams. 4 part 2 (2): 193‑222. Bibcode:1986LPB.....4..193L. doi:10.1017/S0263034600001750.
  31. ^ Frank, Juhan; Frank, Carlos; Frank, J. R.; King, A. R.; Raine, Derek J. (1985-04-18). Accretion Power in Astrophysics. CUP Archive. p. 25. ISBN 9780521245302.
  32. ^ Colafrancesco, S, 조르다노, F(2006년)."자기장의 클러스터 M– T관계에 미치는 영향".천문학과 천체 물리학. 454(3):L131–134. arXiv:astro-ph/0701852.Bibcode:2006A&A...454L.131C. doi:10.1051/0004-6361:20065404.S2CID 1477289. 다시 세다:"수치적인 시뮬레이션을 가진 거대 성단에서 광범위하게 자기장일 5수준에서 −은 은하단 질량의 나무들이unmagnetized 가치 10%를 생산해 보여 주었다... 그러한 변화는 대규모 클러스터의 상대적 [대량 온도] 관계에 강한 변화를 일으키지 않을 것으로 예상된다."
  33. ^ Audouze, J.; Lindley, D.; Silk, J. (1985). "Big Bang Photosynthesis and Pregalactic Nucleosynthesis of Light Elements". Astrophysical Journal. 293: L53–L57. Bibcode:1985ApJ...293L..53A. doi:10.1086/184490.
  34. ^ 엡스타인,(알.(1976년)."중수소의 기원은".자연.263(5574):198–202.Bibcode:1976Natur.263..198E. doi:10.1038/263198a0.S2CID 4213710. 지점인지 양성자 에너지와 함께 fluxes보다 500백만 일렉트론 볼트 충분히 중수소의 관찰된 수준을 위해 치열한 유의하였습니다, 또한 1000배나 많은 감마선보다 관측된다 생산할 것이다.
  35. ^ "요소 형성의 은하계 모델"(Lerner, Plasma Science Vol. 17, No. 2, 1989년 4월 [3] 웨이백 기계에 보관된 2006-12-29)의 10번 참조는 J이다.오두제와 J.실크, 프로크의 "중수소 사전 은하 합성" "기본 헬륨"에 관한 ESO 워크샵, 1983 페이지 71–75 [4] Lerner는 "D 생산에서 감마선"에 관한 단락을 포함하며, 여기서 예상 감마선 레벨이 관측치와 일치한다고 주장한다. 그는 이런 맥락에서 오두제나 엡스타인을 인용하지 않으며, 왜 그의 결과가 그들의 결과와 모순되는지 설명하지 않는다.
  36. ^ Lerner, Eric (1995). "Intergalactic Radio Absorption and the COBE Data" (PDF). Astrophysics and Space Science. 227 (1–2): 61–81. Bibcode:1995Ap&SS.227...61L. doi:10.1007/bf00678067. S2CID 121500864. Archived from the original (PDF) on 2011-07-15. Retrieved 2012-05-30.
  37. ^ Spergel, D. N.; et al. (2003). "(WMAP collaboration), "First year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: Determination of cosmological parameters". Astrophysical Journal Supplement Series. 148 (1): 175–194. arXiv:astro-ph/0302209. Bibcode:2003ApJS..148..175S. doi:10.1086/377226. S2CID 10794058.

추가 읽기

외부 링크