Alan H. Guth ’69, PhD ’72

Kutatási érdeklődés

Guth professzor kutatásainak középpontjában az elméleti részecskefizika alkalmazása áll a korai világegyetemre: mit tud a részecskefizika mondani az univerzum történetéről, és mit tud a kozmológia a természet alapvető törvényeiről? 1981-ben azt javasolta, hogy világegyetemünk számos jellemzője – többek között az, hogy hogyan lett ilyen egységes, és miért kezdődött olyan közel a kritikus sűrűséghez – egy új kozmológiai modellel magyarázható, amelyet ő inflációnak nevezett el. Az infláció a hagyományos ősrobbanás-elmélet módosítása, amely azt javasolja, hogy a világegyetem tágulását az anyag egy egzotikus formája által keltett taszító gravitációs erő hajtotta. Bár Guth eredeti javaslata hibás volt (amint arra az eredeti tanulmányában rámutatott), a hibát hamarosan kiküszöbölte az “új infláció” feltalálása, amelyet a Szovjetunióban Andrej Linde, az Egyesült Államokban pedig tőle függetlenül Andreas Albrecht és Paul Steinhardt talált fel. Közel 40 évnyi fejlesztés és vizsgálat után az inflációs univerzummodell bizonyítékai ma jobbnak tűnnek, mint valaha.

Az infláció egyik érdekes következménye, hogy a korai univerzumban a kvantumfluktuációk csillagászati méretűre nyúlhatnak, ami a világegyetem nagy léptékű szerkezetének magvát adja. Ezeknek az ingadozásoknak a megjósolt spektrumát Guth és mások 1982-ben kiszámították. Ezek az ingadozások ma a kozmikus háttérsugárzás fodrozódásaként láthatók, de ezeknek a halvány fodrozódásoknak az amplitúdója csak körülbelül egy a 100 000-hez. Ennek ellenére ezeket a hullámzásokat 1992-ben a COBE műhold észlelte, és ma már sokkal nagyobb pontossággal mérik a WMAP és a Planck műholdak, valamint más kísérletek. A sugárzás tulajdonságai kiváló összhangban vannak az infláció legegyszerűbb modelljeinek előrejelzéseivel.

Edward Farhi professzorral és másokkal együttműködve Guth azt a kérdést vizsgálta, hogy elvileg lehetséges-e az infláció beindítása egy hipotetikus laboratóriumban, és ezáltal egy új világegyetem létrehozása. A válasz határozottan talán. Kimutatták, hogy klasszikusan nem lehetséges, de kvantumalagutazással elméletileg lehetséges lehet. Az új univerzum, ha létre lehetne hozni, nem veszélyeztetné a saját univerzumunkat. Ehelyett átcsúszna egy féreglyukon, és gyorsan teljesen szétkapcsolódna.

Az infláció másik érdekes tulajdonsága, hogy az infláció szinte minden változata örökké tart – ha egyszer elkezdődik az infláció, soha nem áll le teljesen. Az infláció a mi világegyetemünkben véget ért, de nagyon messze az ember azt várja, hogy az infláció folytatódik, és örökké fog folytatódni. Lehetséges tehát, hogy az infláció a múltba is örökkévaló? Guth Alex Vilenkinnel (Tufts) és Arvind Borde-dal (Southampton College) együttműködve kimutatta, hogy a téridő felfúvódó régiójának kell, hogy legyen egy múltbeli határa, és hogy ennek megértéséhez valamilyen új fizikára, talán a teremtés kvantumelméletére lenne szükség.

Guth jelenlegi munkájának nagy része az inflációból eredő sűrűségingadozások vizsgálatával is foglalkozik: Milyen következményei lehetnek az infláció újszerű formáinak? Lehet-e az alapul szolgáló elméletet szigorúbbá tenni?

Guth korábbi munkái közé tartozott a rácsos mérőelmélet, a mágneses monopólusok és instantonok, a Gott-időgépek és az elméleti fizika számos más témakörének vizsgálata.

Élettani vázlat

Alan Guth professzor 1947-ben született New Brunswickban, New Jersey államban. Highland Parkban (NJ) nőtt fel és járt állami iskolába, de a középiskola utolsó évét kihagyta, hogy a Massachusetts Institute of Technology-n kezdje meg tanulmányait. Az MIT-n maradt 1964-től 1971-ig, ahol S.B., S.M. és Ph.D. fokozatot szerzett, mindegyiket fizikából. Doktori disszertációja, amelyet Francis Low felügyelete alatt készített, annak a korai modellnek a vizsgálata volt, hogy a kvarkok hogyan egyesülnek az általunk megfigyelt elemi részecskékké.

A következő kilenc évben Guth posztdoktori állásokat töltött be a Princeton Egyetemen, a Columbia Egyetemen, a Cornell Egyetemen és a Stanford Lineáris Gyorsító Központban (SLAC), ahol főként az elemi részecskék elméletének meglehetősen elvont matematikai problémáin dolgozott. A Cornell Egyetemen azonban megkereste Guthot egy posztdoktori fizikustársa, Henry Tye, aki meggyőzte Guthot, hogy csatlakozzon hozzá a mágneses monopólusok keletkezésének tanulmányozásában a korai világegyetemben. Ez a munka megváltoztatta Guth karrierjének irányát. A következő évben a SLAC-ben folytatta Tye-vel a mágneses monopólusokkal kapcsolatos munkát. Azt találták, hogy a részecskefizika és a kozmológia standard feltételezései a mágneses monopólusok fantasztikus túltermeléséhez vezetnek, és erre a következtetésre valamivel korábban John Preskill jutott, akkoriban a Harvardon (most a Caltech-en). Guth és Tye olyan alternatívák keresésébe kezdett, amelyek elkerülhetik a mágneses monopólusok túltermelésének problémáját, és ebből a munkából kiindulva Guth kitalálta az ősrobbanás elméletének az inflációs univerzumnak nevezett módosítását.

A következő szeptemberben (1980) Guth visszatért az MIT-re docensként.