Alan H. Guth ’69, PhD ’72

Interese de cercetare

Cele mai multe dintre cercetările profesorului Guth s-au axat pe aplicarea fizicii teoretice a particulelor la universul timpuriu: ce ne poate spune fizica particulelor despre istoria universului și ce ne poate spune cosmologia despre legile fundamentale ale naturii? În 1981 a propus că multe caracteristici ale universului nostru, inclusiv modul în care a ajuns să fie atât de uniform și de ce a început atât de aproape de densitatea critică, pot fi explicate printr-un nou model cosmologic pe care l-a numit inflație. Inflația este o modificare a teoriei convenționale a big bang-ului, propunând că expansiunea universului a fost propulsată de o forță gravitațională repulsivă generată de o formă exotică de materie. Deși propunerea inițială a lui Guth era imperfectă (așa cum a subliniat în lucrarea sa originală), imperfecțiunea a fost depășită în scurt timp prin inventarea „noii inflații”, de către Andrei Linde în Uniunea Sovietică și, în mod independent, de către Andreas Albrecht și Paul Steinhardt în SUA. După aproape 40 de ani de dezvoltare și examinare, dovezile pentru modelul universului inflaționist arată acum mai bine ca niciodată.

Una dintre consecințele intrigante ale inflației este că fluctuațiile cuantice din universul timpuriu pot fi extinse până la proporții astronomice, furnizând semințele pentru structura la scară mare a universului. Spectrul prezis al acestor fluctuații a fost calculat de Guth și alții în 1982. Aceste fluctuații pot fi observate astăzi sub forma unor ondulații în radiația cosmică de fond, dar amplitudinea acestor ondulații slabe este de doar o parte la 100.000. Cu toate acestea, aceste ondulații au fost detectate de satelitul COBE în 1992, iar acum au fost măsurate cu o precizie mult mai mare de sateliții WMAP și Planck, precum și de alte experimente. S-a constatat că proprietățile radiațiilor sunt în acord excelent cu predicțiile celor mai simple modele de inflație .

Lucrând cu profesorul Edward Farhi și alții, Guth a explorat problema dacă este în principiu posibil să se declanșeze inflația într-un laborator ipotetic, creând astfel un nou univers. Răspunsul este un „poate” categoric. Ei au arătat că acest lucru nu poate fi realizat în mod clasic, dar cu ajutorul tunelării cuantice ar putea fi teoretic posibil. Noul univers, dacă poate fi creat, nu ar pune în pericol propriul nostru univers. În schimb, ar aluneca printr-o gaură de vierme și s-ar deconecta rapid complet.

O altă caracteristică intrigantă a inflației este că aproape toate versiunile inflației sunt eterne – odată ce inflația începe, nu se oprește niciodată complet. Inflația s-a încheiat în partea noastră de univers, dar foarte departe ne așteptăm ca inflația să continue și va continua pentru totdeauna. Este posibil, atunci, ca inflația să fie, de asemenea, eternă în trecut? Guth a colaborat cu Alex Vilenkin (Tufts) și Arvind Borde (Southampton College) pentru a demonstra că regiunea de spațiu-timp care se umflă trebuie să aibă o limită trecută și că ar fi nevoie de o nouă fizică, poate o teorie cuantică a creației, pentru a o înțelege.

Major parte din activitatea actuală a lui Guth se referă, de asemenea, la studiul fluctuațiilor de densitate care rezultă din inflație: Care sunt implicațiile unor forme noi de inflație? Poate fi făcută teoria de bază mai riguroasă?

Lucrările anterioare ale lui Guth au inclus studiul teoriei lattice gauge, monopoli magnetici și instantoni, mașini ale timpului Gott și o serie de alte subiecte din fizica teoretică.

Schemă biografică

Profesorul Alan Guth s-a născut în New Brunswick, New Jersey, în 1947. A crescut și a frecventat școlile publice din Highland Park, New Jersey, dar a sărit peste ultimul an de liceu pentru a începe studiile la Massachusetts Institute of Technology. A rămas la MIT din 1964 până în 1971, obținând diplomele S.B., S.M. și Ph.D., toate în domeniul fizicii. Teza sa de doctorat, realizată sub supravegherea lui Francis Low, a fost o explorare a unui model timpuriu al modului în care quarcii se combină pentru a forma particulele elementare pe care le observăm.

În următorii nouă ani, Guth a ocupat poziții postdoctorale la Universitatea Princeton, Universitatea Columbia, Universitatea Cornell și la Centrul Acceleratorului Liniar Stanford (SLAC), lucrând mai ales la probleme matematice destul de abstracte în teoria particulelor elementare. Cu toate acestea, în timp ce se afla la Cornell, Guth a fost abordat de un coleg fizician postdoctoral, Henry Tye, care l-a convins pe Guth să i se alăture pentru a studia producția de monopoli magnetici în universul timpuriu. Această lucrare a schimbat direcția carierei lui Guth. În anul următor, la SLAC, a continuat să lucreze cu Tye la monopoli magnetici. Au descoperit că ipotezele standard din fizica particulelor și cosmologie ar duce la o supraproducție fantastică de monopoli magnetici, o concluzie la care ajunsese puțin mai devreme John Preskill, pe atunci la Harvard (acum la Caltech). Guth și Tye au început o căutare de alternative care ar putea evita problema supraproducției de monopoli magnetici, iar din această lucrare Guth a inventat o modificare a teoriei big bang-ului numită univers inflaționist.

În septembrie următor (1980), Guth s-a întors la MIT ca profesor asociat.