Forskningsintressen
Den största delen av professor Guths forskning har varit inriktad på tillämpningen av teoretisk partikelfysik på det tidiga universum: vad kan partikelfysiken berätta för oss om universums historia och vad kan kosmologin berätta för oss om de grundläggande naturlagarna? År 1981 föreslog han att många egenskaper hos vårt universum, bland annat hur det blev så enhetligt och varför det började så nära den kritiska densiteten, kan förklaras av en ny kosmologisk modell som han kallade inflation. Inflation är en modifiering av den konventionella big bang-teorin, där man föreslår att universums expansion drivs av en repulsiv gravitationskraft som genereras av en exotisk form av materia. Även om Guths ursprungliga förslag var bristfälligt (vilket han påpekade i sin ursprungliga artikel), övervanns bristerna snart genom uppfinningen av den ”nya inflationen” av Andrei Linde i Sovjetunionen och oberoende av Andreas Albrecht och Paul Steinhardt i USA. Efter nästan 40 års utveckling och granskning ser bevisen för den inflationära universummodellen nu bättre ut än någonsin.
En av de fascinerande konsekvenserna av inflationen är att kvantfluktuationer i det tidiga universum kan utsträckas till astronomiska proportioner, vilket ger frön till universums storskaliga struktur. Det förutspådda spektrumet av dessa fluktuationer beräknades av Guth och andra 1982. Dessa fluktuationer kan i dag ses som krusningar i den kosmiska bakgrundsstrålningen, men amplituden hos dessa svaga krusningar är bara ungefär en del på 100 000. Trots detta upptäcktes dessa krusningar av COBE-satelliten 1992, och de har nu mätts med mycket högre precision av WMAP- och Planck-satelliterna och andra experiment. Strålningens egenskaper visar sig stämma utmärkt överens med förutsägelserna i de enklaste inflationsmodellerna.
I samarbete med professor Edward Farhi och andra har Guth undersökt frågan om det i princip är möjligt att sätta igång inflationen i ett hypotetiskt laboratorium och på så sätt skapa ett nytt universum. Svaret är ett definitivt kanske. De visade att det inte kan göras klassiskt, men med kvanttunnling kan det vara teoretiskt möjligt. Det nya universumet, om det kan skapas, skulle inte äventyra vårt eget universum. Istället skulle det glida genom ett maskhål och snabbt kopplas bort helt.
En annan fascinerande egenskap hos inflationen är att nästan alla versioner av inflationen är eviga – när inflationen väl börjar slutar den aldrig helt. Inflationen har upphört i vår del av universum, men mycket långt borta förväntar man sig att inflationen fortsätter och kommer att fortsätta för evigt. Är det då möjligt att inflationen också är evig in i det förflutna? Guth har samarbetat med Alex Vilenkin (Tufts) och Arvind Borde (Southampton College) för att visa att den uppblåsta regionen i rumtiden måste ha en gräns i det förflutna, och att det skulle behövas någon ny fysik, kanske en kvantteori om skapelse, för att förstå den.
En stor del av Guths nuvarande arbete handlar också om studiet av de densitetsfluktuationer som uppstår vid inflation: Vilka är konsekvenserna av nya former av inflation? Kan den underliggande teorin göras mer rigorös?
Guths tidigare arbete har omfattat studiet av gittermåttteori, magnetiska monopoler och instantoner, Gott-tidsmaskiner och ett antal andra ämnen inom teoretisk fysik.
Biografisk skiss
Professor Alan Guth föddes i New Brunswick, New Jersey, 1947. Han växte upp och gick i de offentliga skolorna i Highland Park, NJ, men hoppade över sitt sista år i high school för att börja studera vid Massachusetts Institute of Technology. Han stannade kvar vid MIT från 1964 till 1971 och tog en S.B., S.M. och Ph.D. examen, alla i fysik. Hans doktorsavhandling, som gjordes under överinseende av Francis Low, var en undersökning av en tidig modell för hur kvarkar kombineras för att bilda de elementarpartiklar som vi observerar.
Under de följande nio åren innehade Guth postdoktorsanställningar vid Princeton University, Columbia University, Cornell University och Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), där han mestadels arbetade med ganska abstrakta matematiska problem inom teorin om elementarpartiklar. När Guth arbetade på Cornell University kontaktades han dock av en annan postdoktoral fysiker, Henry Tye, som övertalade Guth att tillsammans med honom studera produktionen av magnetiska monopoler i det tidiga universum. Detta arbete ändrade inriktningen på Guths karriär. Följande år vid SLAC fortsatte han att arbeta med Tye om magnetiska monopoler. De fann att standardantaganden inom partikelfysik och kosmologi skulle leda till en fantastisk överproduktion av magnetiska monopoler, en slutsats som John Preskill, då vid Harvard (nu vid Caltech), kommit fram till något tidigare. Guth och Tye började söka efter alternativ som skulle kunna undvika problemet med överproduktion av magnetiska monopoler, och utifrån detta arbete uppfann Guth en modifiering av big bang-teorin som kallas det inflationära universumet.
I september följande år (1980) återvände Guth till MIT som biträdande professor.
Courtesy of The Kavli Prize | YouTube