Alan H. Guth ’69, PhD ’72

Výzkumné zájmy

Většina výzkumu profesora Gutha se soustředí na aplikaci teoretické částicové fyziky na raný vesmír: co nám může částicová fyzika říci o historii vesmíru a co nám může kosmologie říci o základních zákonech přírody? V roce 1981 navrhl, že mnoho rysů našeho vesmíru, včetně toho, jak vznikl tak jednotný a proč začal tak blízko kritické hustoty, lze vysvětlit pomocí nového kosmologického modelu, který nazval inflace. Inflace je modifikací konvenční teorie velkého třesku, která navrhuje, že rozpínání vesmíru bylo poháněno odpudivou gravitační silou generovanou exotickou formou hmoty. Ačkoli byl Guthův původní návrh chybný (jak upozornil ve svém původním článku), tento nedostatek byl brzy překonán vynálezem „nové inflace“ Andrejem Lindem v Sovětském svazu a nezávisle na něm Andreasem Albrechtem a Paulem Steinhardtem v USA. Po téměř 40 letech vývoje a zkoumání vypadají nyní důkazy pro inflační model vesmíru lépe než kdy dříve.

Jedním ze zajímavých důsledků inflace je, že kvantové fluktuace v raném vesmíru mohou být roztaženy do astronomických rozměrů, což poskytuje zárodky velkorozměrové struktury vesmíru. Předpokládané spektrum těchto fluktuací vypočítali Guth a další v roce 1982. Tyto fluktuace lze dnes pozorovat jako vlnění v záření kosmického pozadí, ale amplituda těchto slabých vln je jen asi jedna část ze 100 000. V současné době je možné tyto fluktuace pozorovat jako vlnění v záření kosmického pozadí. Přesto byly tyto pulzace detekovány družicí COBE v roce 1992 a nyní byly s mnohem větší přesností změřeny družicemi WMAP a Planck a dalšími experimenty. Zjistilo se, že vlastnosti záření jsou ve vynikajícím souladu s předpověďmi nejjednodušších modelů inflace .

Spolupracoval s profesorem Edwardem Farhim a dalšími a zkoumal otázku, zda je v principu možné zažehnout inflaci v hypotetické laboratoři, a vytvořit tak nový vesmír. Odpověď zní jednoznačně možná. Ukázali, že to nelze provést klasicky, ale pomocí kvantového tunelování by to teoreticky možné bylo. Nový vesmír, pokud by se jej podařilo vytvořit, by neohrozil náš vlastní vesmír. Místo toho by proklouzl červí dírou a rychle se zcela odpojil.

Dalším zajímavým rysem inflace je, že téměř všechny verze inflace jsou věčné – jakmile inflace začne, nikdy se zcela nezastaví. V naší části vesmíru inflace skončila, ale velmi daleko lze očekávat, že inflace pokračuje a bude pokračovat navždy. Je tedy možné, že inflace je věčná i do minulosti? Guth spolupracoval s Alexem Vilenkinem (Tufts) a Arvindem Bordem (Southampton College), aby ukázal, že inflační oblast prostoročasu musí mít hranici v minulosti a že k jejímu pochopení bude zapotřebí nějaké nové fyziky, možná kvantové teorie stvoření.

Velká část Guthovy současné práce se týká také studia fluktuací hustoty vznikajících při inflaci: Jaké jsou důsledky nových forem inflace? Lze zpřesnit základní teorii?

Guthova dřívější práce zahrnovala studium mřížkové teorie měření, magnetických monopólů a instantonů, Gottových strojů času a řady dalších témat teoretické fyziky.

Biografický nástin

Profesor Alan Guth se narodil v roce 1947 v New Brunswicku ve státě New Jersey. Vyrůstal a navštěvoval státní školy v Highland Parku ve státě New Jersey, ale vynechal poslední ročník střední školy a začal studovat na Massachusettském technologickém institutu. Na MIT studoval v letech 1964 až 1971 a získal tituly S.B., S.M. a Ph.D., všechny v oboru fyziky. Ve své doktorské práci, kterou vypracoval pod vedením Francise Lowa, se zabýval raným modelem toho, jak se kvarky spojují a vytvářejí elementární částice, které pozorujeme.

Během následujících devíti let Guth působil jako postdoktorand na Princetonské univerzitě, Kolumbijské univerzitě, Cornellově univerzitě a ve Stanfordském centru lineárních urychlovačů (SLAC), kde pracoval převážně na poměrně abstraktních matematických problémech v teorii elementárních částic. Během působení na Cornellu však Gutha oslovil jeho kolega, postdoktorand Henry Tye, a přesvědčil ho, aby se k němu připojil při studiu vzniku magnetických monopólů v raném vesmíru. Tato práce změnila směr Guthovy kariéry. Následující rok na SLAC pokračoval v práci s Tyem na magnetických monopolech. Zjistili, že standardní předpoklady částicové fyziky a kosmologie by vedly k fantastické nadprodukci magnetických monopólů, k čemuž o něco dříve dospěl John Preskill, tehdy na Harvardu (nyní na Caltechu). Guth a Tye začali hledat alternativy, které by se vyhnuly problému nadprodukce magnetických monopólů, a na základě této práce Guth vymyslel modifikaci teorie velkého třesku nazvanou inflační vesmír.

V září následujícího roku (1980) se Guth vrátil na MIT jako docent.

.