Sjećate li se plazmatske kugle i sjajnih filamenata koji povezuju središnju elektrodu s vanjskim plastičnim slojem kugle? To je tipičan izboj struje u plazmi. Ali zašto struje plazme imaju takav oblik filamenta? Da bi razumjeli ovu pojavu moramo se sjetiti srednjoškolske fizike, posebno lekcije o elektromagnetizmu i kako žice kojima teče struja stvaraju elektromagnetsko polje.

Obilne, rekordne proljetne snježne padaline, izbijanja razarajućih tornada, avioni koji padaju s neba, katastrofalne poplave na svim kontinentima, metalni "nebeski zvukovi" zabilježeni na različitim lokacijama, višestruka opažanja meteorskih vatrenih kugli, masovni pomori životinja, pukotine koje gutaju vozila u pokretu...
Ovo su bili samo neki od znakova vremena u ožujku 2016...

Donedavno se svemir smatrao potpuno praznim, savršenim vakuumom. Ovaj stav je još uvijek jako raširen, iako to nije u potpunosti točno, kao što sam sugerirao u prethodnim poglavljima. Svemir nije prazan. Ispunjen je plazmom. Ta plazma u prostoru najčešće je sastavljena od vrlo laganih molekula: iona vodika i helija zajedno s elektronima, a njegova koncentracija je oko jedne (ionizirane) čestice po kubnom centimeteru.¹ Za usporedbu, koncentracija atmosferskog zraka je oko 10¹³ čestica po kubnom centimetru.

Kao što to na gornjoj slici prikazuje Birkelandova struja koja prelazi svjetlosne godine "praznog" vanjskog svemira, ta vrlo niska koncentracija prostorne plazme ne sprječava pojavu električnih fenomena. Sjećate li se Millikanovog eksperimenta i kako je elektromagnetska sila samo jednog elektrona utjecala na veliki dio prostora koji ga je okruživao? Na kozmičkim skalama, električna svojstva plazme u prostoru dopuštaju električnim strujama da teku između nebeskih tijela jer je takva plazma jako provodljiva. To omogućuje električne razmjene između površine nebeskog tijela i vanjskog sloja njegovog DL-a, kao i svega drugog unutar tog DL-a.

Razlog zašto se kondenzatori mogu više puta isprazniti, a ipak zadržati razliku električnog potencijala između svojih anoda i katoda, je zato što su priključeni na vanjski izvor energije. Pa, odakle dolazi sav taj elektricitet u našem Sunčevom sustavu? Astrofizičar sa Sveučilišta u Michiganu, Michael J. Longo je temeljito proučio više od 40 000 galaksija.¹ Slijedeći brojne korake u obradi i analizi podataka - poštedjet ću vas pojedinosti o njegovim izračunima koje možete provjeriti u njegovom radu - njegov zaključak je bio sljedeći:

Na zabrinjavajuće poravnanje ekvinocija i ekliptike s osi ekliptike se sada gleda kao na slučajnost zbog definicije ekliptike duž rektascenzije = 180° i 0°, u blizini galaktičkih polova. To nije znak ozbiljne pristranosti u podacima WMAP-a. Sva se poravnanja mogu objasniti kozmičkim magnetskim poljem koje poravnava osi elektronskih ciklotronskih orbita i utiskuje svoje multipole na CMB.²

Jednostavnije objašnjeno, ono što je Longo zaključio je da su osi rotacije galaksija poravnate duž iste krivulje i da to poravnanje ne može biti slučajno. Uz Longoa, i Alfven,³ Campanelli⁴, te Schwarz⁵ snažno sugeriraju da se poravnavanje osi rotacija galaksija događa zbog divovskog prstena električne struje. Iako krajnji izvor tog divovskog električnog prstena koji kruži kozmičkom "prazninom" još uvijek nije poznat, poravnanje osi rotacija galaksija je indirektni dokaz za njegovo postojanje. Donja slika prikazuje to poravnanje osi galaktičke rotacije duž prstenaste međugalaktičke struje (ružičasta boja).

Kao što se navodi u prijašnjim poglavljima, većina svemira se sastoji od plazme. To se također odnosi i na Sunčev sustav. Prema tome, u toj ioniziranoj okolini, električni naboji su gotovo posvuda. U ovom poglavlju pokušat ćemo bolje razumjeti relativne električne naboje različitih nebeskih tijela (kometa, mjeseca (satelita), planeta, zvijezda, galaksija) u njihovim jezgrama, na njihovim površinama, te u njihovim dvoslojima (DL-ovima).

Valja imati na umu da 'relativni naboj' ne znači 'apsolutni naboj'. Drugim riječima, reći da je A pozitivnije nabijen nego B ne znači nužno da je sveukupni naboj A pozitivan u apsolutnom smislu, što se tiče svemira. To samo znači da je pozitivniji nego B ili manje negativan nego B s kojim je u odnosu ili u odnosu na kojeg se "relativno" promatra.

Naposljetku, ovi relativni naboji su ono što je zaista bitno jer je upravo razlika u relativnim nabojima ta koja uzrokuje električne struje kakvi god da su apsolutni naboji (pozitivni ili negativni). Budući da je naš cilj ovdje bolje razumjeti razlike između površinskog naboja, naboja dvosloja, naboja jezgre, itd., fokusirat ćemo se na relativni naboj.

Osim njenog vrlo niskog električnog otpora, još jedna karakteristika plazme je njena sposobnost da stvori neku vrstu "izoliranog mjehurića" oko nabijenih tijela:

Irving Langmuir je otkrio da je jedno od najvažnijih svojstava plazme njena sposobnost da električki izolira jedan dio sebe od drugog dijela sebe. Odvajajući zid se sastoji od dva sloja smještena blizu jedan drugome, jedan se sastoji od pozitivnih, a drugi od negativnih naboja. Langmuir je taj zid nazvao dvostruki omotač. Danas se on naziva dvosloj (engl. double layer, DL; op. prev.).

Budući da su plazme izvrsni vodiči, prilikom prolaska struje neće doći do značajnog pada napona u njima. Ako između dvije lokacije unutar plazme postoji značajna razlika napona, DL će se formirati između njih i većina razlike napona će se zadržati u njemu. Drugim riječima, DL je mjesto gdje se u plazmi nalazi najjače električno polje. Plazma ima gotovo magičnu sposobnost da se izolira od stranih uljeza.¹

Valja primijetiti da kada se električni potencijal nebeskog tijela izjednači s potencijalom okolne plazme, izolirani mjehurić nestaje. To je slučaj s našim Mjesecem koji je lišen bilo kakvog izoliranog mjehurića.²

Vrlo zanimljivo svojstvo plazme je njena skalarnost. To znači da plazma pokazuje slično ponašanje i svojstva bez obzira koliko je primjer velik ili malen: u kozmosu ili u laboratoriju. Činjenica jest da se plazma pojavljuje u širokom rasponu veličina od onih ispod atomske skale (odnosno od disociranih elektrona i njihovih atomskih jezgara). Taj se raspon veličina proteže od 10^-10 metara promjera pa sve do galaktičke skale koja, u slučaju naše Mliječne staze, iznosi oko 10²⁰ metara u promjeru.

To znači da se plazma proteže preko 30 redova veličine (10³⁰, ili 1-pa-30-nula) što se tiče skale veličina. Plazma pokazuje slična svojstva duž cijelog ovog raspona. Donja slika ilustrira analogiju između mikroskopske plazme (atomska skala) i makroskopske plazme (skala Sunčevog sustava).

Plazma prikazuje različite načine izboja, ovisno o gustoći struje (ampera po kvadratnom metru), koja njome prolazi.

Plazme pokazuju vrlo specifična električna svojstva. One nisu izolatori (koji imaju jako visoki otpor) kao neionizirani plinovi, a nisu ni supravodiči (koji ne pružaju nikakav otpor), već su vrlo dobri vodiči, čak bolji od bakra ili zlata. Tipična električna impedancija plazme je oko 30 ohma.¹ Za usporedbu, tipična impedancija² bakra je u rasponu između 300 i 600 ohma.³

Električna struja, uključujući struju plazme, događa se između dva tijela koja imaju različite električne naboje. U tom slučaju, tijelo koje je pozitivno nabijeno (odnosno vjerojatno će primiti elektrone kako bi uravnotežilo svoj naboj) naziva se "anoda", a tijelo koje je negativno nabijeno (odnosno vjerojatno će dati elektrone) naziva se "katoda".

Prije nego što krenemo dalje, predstavit ćemo jednog od glavnih likova ove knjige, odnosno "plazmu", ili ionizirani plin. Kako bismo razumjeli električnu prirodu svemira prvo moramo razumjeti prirodu njegovog glavnog konstituenta. Irving Langmuir skovao je termin "plazma" zbog sličnosti ioniziranog plina živim krvnim stanicama. Doista, svojstva plazme koja podsjećaju na život¹ su prilično neobična u usporedbi s drugim stanjima materije:

U Laboratoriju za zračenje Sveučilišta u Berkeleyu, SAD, [David] Bohm je započeo ono što će postati njegov temeljni rad o plazmama. Plazma je plin visoke gustoće elektrona i pozitivnih iona, atoma koji imaju pozitivan naboj. Na svoje iznenađenje, Bohm je otkrio da kada su elektroni u stanju plazme, prestaju se ponašati kao jedinke i počinju se ponašati kao da su dio veće i međusobno povezane cjeline. Iako se njihovo pojedinačno gibanje čini slučajnim, velik broj elektrona je u stanju proizvesti efekte koje su iznenađujuće dobro organizirani. Poput nekakvog stvorenja nalik amebi, plazma se stalno regenerira i okružuje sve nečistoće u svojevrsnu karantenu na isti način kako biološki organizam može izolirati stranu tvar u cistu. Bohm je bio toliko zapanjen ovim organskim osobinama da je kasnije napomenuo da je često imao dojam da je more elektrona bilo "živo".²