Alan H. Guth ’69, PhD ’72

Intereses de investigación

La mayor parte de la investigación del profesor Guth se ha centrado en la aplicación de la física teórica de partículas al universo primitivo: ¿qué puede decirnos la física de partículas sobre la historia del universo y qué puede decirnos la cosmología sobre las leyes fundamentales de la naturaleza? En 1981 propuso que muchas características de nuestro universo, entre ellas cómo llegó a ser tan uniforme y por qué empezó tan cerca de la densidad crítica, pueden explicarse mediante un nuevo modelo cosmológico que denominó inflación. La inflación es una modificación de la teoría convencional del big bang, que propone que la expansión del universo fue impulsada por una fuerza gravitatoria repulsiva generada por una forma exótica de materia. Aunque la propuesta inicial de Guth era defectuosa (como señaló en su artículo original), el defecto fue pronto superado por la invención de la «nueva inflación», por Andrei Linde en la Unión Soviética e independientemente por Andreas Albrecht y Paul Steinhardt en Estados Unidos. Tras casi 40 años de desarrollo y escrutinio, las pruebas del modelo de universo inflacionario parecen ahora mejores que nunca.

Una de las intrigantes consecuencias de la inflación es que las fluctuaciones cuánticas del universo primitivo pueden estirarse hasta alcanzar proporciones astronómicas, proporcionando las semillas de la estructura a gran escala del universo. El espectro previsto de estas fluctuaciones fue calculado por Guth y otros en 1982. Estas fluctuaciones pueden verse hoy en día como ondulaciones en la radiación cósmica de fondo, pero la amplitud de estas débiles ondulaciones es sólo de una parte entre 100.000. Sin embargo, estas ondulaciones fueron detectadas por el satélite COBE en 1992, y ahora han sido medidas con mucha mayor precisión por los satélites WMAP y Planck, y otros experimentos. Las propiedades de la radiación concuerdan perfectamente con las predicciones de los modelos más simples de inflación.

Trabajando con el profesor Edward Farhi y otros, Guth ha explorado la cuestión de si en principio es posible encender la inflación en un laboratorio hipotético, creando así un nuevo universo. La respuesta es un claro «quizás». Demostraron que no puede hacerse de forma clásica, pero con la tunelización cuántica podría ser teóricamente posible. El nuevo universo, si se puede crear, no pondría en peligro nuestro propio universo. En cambio, se deslizaría a través de un agujero de gusano y se desconectaría rápidamente por completo.

Otra característica intrigante de la inflación es que casi todas las versiones de la misma son eternas: una vez que la inflación comienza, nunca se detiene por completo. La inflación ha terminado en nuestra parte del universo, pero muy lejos se espera que la inflación continúe, y continuará para siempre. ¿Es posible, entonces, que la inflación sea también eterna en el pasado? Guth ha trabajado con Alex Vilenkin (Tufts) y Arvind Borde (Southampton College) para demostrar que la región inflacionaria del espaciotiempo debe tener un límite en el pasado, y que se necesitaría una nueva física, tal vez una teoría cuántica de la creación, para entenderla.

Muchos de los trabajos actuales de Guth también se refieren al estudio de las fluctuaciones de densidad que surgen de la inflación: ¿Cuáles son las implicaciones de las nuevas formas de inflación? Puede hacerse más rigurosa la teoría subyacente?

Los trabajos anteriores de Guth incluyen el estudio de la teoría gauge de celosía, los monopolos magnéticos y los instantones, las máquinas del tiempo de Gott y una serie de otros temas de la física teórica.

Esbozo biográfico

El profesor Alan Guth nació en New Brunswick, Nueva Jersey, en 1947. Creció y asistió a las escuelas públicas de Highland Park, NJ, pero se saltó su último año de instituto para comenzar sus estudios en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Permaneció en el MIT de 1964 a 1971, donde obtuvo los títulos de licenciado, maestro y doctor, todos ellos en física. Su tesis doctoral, realizada bajo la supervisión de Francis Low, fue una exploración de un primer modelo de cómo los quarks se combinan para formar las partículas elementales que observamos.

Durante los siguientes nueve años, Guth ocupó puestos de postdoctorado en la Universidad de Princeton, la Universidad de Columbia, la Universidad de Cornell y el Centro del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC), trabajando principalmente en problemas matemáticos bastante abstractos en la teoría de las partículas elementales. Sin embargo, durante su estancia en Cornell, un físico postdoctoral, Henry Tye, se puso en contacto con Guth para que se uniera a él en el estudio de la producción de monopolos magnéticos en el universo primitivo. Este trabajo cambió el rumbo de la carrera de Guth. Al año siguiente, en el SLAC, siguió trabajando con Tye sobre los monopolos magnéticos. Descubrieron que los supuestos estándar de la física de partículas y la cosmología conducirían a una fantástica sobreproducción de monopolos magnéticos, una conclusión a la que había llegado un poco antes John Preskill, entonces en Harvard (ahora en Caltech). Guth y Tye iniciaron una búsqueda de alternativas que pudieran evitar el problema de la sobreproducción de monopolos magnéticos, y a partir de este trabajo Guth inventó una modificación de la teoría del big bang llamada universo inflacionario.

En septiembre siguiente (1980), Guth regresó al MIT como profesor asociado.