Alan H. Guth ’69, PhD ’72

Interesses de Pesquisa

A maior parte da pesquisa do Professor Guth tem se centrado na aplicação da física teórica de partículas ao universo inicial: o que a física de partículas pode nos dizer sobre a história do universo, e o que a cosmologia pode nos dizer sobre as leis fundamentais da natureza? Em 1981 ele propôs que muitas características do nosso universo, incluindo como ele veio a ser tão uniforme e porque ele começou tão perto da densidade crítica, pode ser explicado por um novo modelo cosmológico que ele chamou de inflação. A inflação é uma modificação da teoria convencional do big bang, propondo que a expansão do universo foi impulsionada por uma força gravitacional repulsiva gerada por uma forma exótica de matéria. Embora a proposta inicial de Guth fosse falha (como ele apontou em seu trabalho original), a falha foi logo superada pela invenção da “nova inflação”, por Andrei Linde na União Soviética e independentemente por Andreas Albrecht e Paul Steinhardt nos EUA. Após quase 40 anos de desenvolvimento e escrutínio, a evidência para o modelo inflacionário do universo agora parece melhor do que nunca.

Uma das consequências intrigantes da inflação é que as flutuações quânticas no início do universo podem ser esticadas a proporções astronômicas, fornecendo as sementes para a estrutura em grande escala do universo. O espectro previsto dessas flutuações foi calculado por Guth e outros em 1982. Essas flutuações podem ser vistas hoje como ondulações na radiação cósmica de fundo, mas a amplitude dessas ondulações fracas é apenas cerca de uma parte em 100.000. No entanto, estas ondulações foram detectadas pelo satélite COBE em 1992, e agora foram medidas com muito mais precisão pelos satélites WMAP e Planck, e outras experiências. As propriedades da radiação estão em excelente concordância com as previsões dos modelos mais simples de inflação .

Trabalhando com o Prof. Edward Farhi e outros, Guth explorou a questão de se em princípio é possível inflamar a inflação num laboratório hipotético, criando assim um novo universo. A resposta é um talvez definitivo. Eles mostraram que isso não pode ser feito classicamente, mas com túneis quânticos isso pode ser teoricamente possível. O novo universo, se ele puder ser criado, não poria em perigo o nosso próprio universo. Em vez disso, ele deslizaria através de um buraco de minhoca e rapidamente se desconectaria completamente.

Uma outra característica intrigante da inflação é que quase todas as versões da inflação são eterna – desde que a inflação começa, ela nunca pára completamente. A inflação terminou em nossa parte do universo, mas muito longe se espera que a inflação continue, e continuará para sempre. É possível, então, que a inflação também seja eterna para o passado? Guth tem trabalhado com Alex Vilenkin (Tufts) e Arvind Borde (Southampton College) para mostrar que a região inflável do espaço-tempo deve ter um limite passado, e que alguma nova física, talvez uma teoria quântica da criação, seria necessária para entendê-la.

Much of Guth’s current work also concerns the study of density fluctuations arising from inflation: Quais são as implicações de novas formas de inflação? A teoria subjacente pode ser tornada mais rigorosa?

O trabalho anterior de Guth incluiu o estudo da teoria do calibre da malha, monopólios magnéticos e instantâneos, máquinas do tempo Gott, e uma série de outros tópicos em física teórica.

Biographical Sketch

Professor Alan Guth nasceu em New Brunswick, New Jersey, em 1947. Ele cresceu e freqüentou as escolas públicas em Highland Park, NJ, mas saltou o último ano do ensino médio para começar a estudar no Massachusetts Institute of Technology. Ele permaneceu no MIT de 1964 a 1971, adquirindo diplomas de S.B., S.M., e Ph.D., todos em física. Sua tese de doutorado, feita sob a supervisão de Francis Low, foi uma exploração de um modelo inicial de como os quarks se combinam para formar as partículas elementares que observamos.

Durante os nove anos seguintes, Guth ocupou posições de pós-doutorado na Princeton University, Columbia University, Cornell University, e no Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), trabalhando principalmente em problemas matemáticos bastante abstratos na teoria das partículas elementares. Enquanto estava em Cornell, no entanto, Guth foi abordado por um colega físico pós-doutorando, Henry Tye, que convenceu Guth a se juntar a ele no estudo da produção de monopolos magnéticos no início do universo. Este trabalho mudou a direção da carreira de Guth. No ano seguinte no SLAC ele continuou a trabalhar com Tye em monopolos magnéticos. Eles descobriram que suposições padrão em física de partículas e cosmologia levariam a uma fantástica superprodução de monopolos magnéticos, uma conclusão que foi alcançada um pouco antes por John Preskill, então em Harvard (agora na Caltech). Guth e Tye começaram uma busca por alternativas que pudessem evitar o problema da superprodução de monopólios magnéticos, e a partir deste trabalho Guth inventou uma modificação da teoria do big bang chamada universo inflacionário.

Setembro seguinte (1980), Guth retornou ao MIT como professor associado.