من الآمن فعلاً إنشاء كون في قبو منزلك.
Alan Harvey Guth فيزيائي نظري وعالم كونيات أمريكي. درس Guth نظرية الجزيئات الأولية وكيفية تطبيق نظرية الجزيئات على الكون المبكر. وهو أستاذ Victor Weisskopf للفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. فاز مع Alexei Starobinsky و Andrei Linde بجائزة Kavli لعام 2014 "لريادتهم في نظرية التضخم الكوني."
تخرج من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام 1968 في الفيزياء وبقي هناك للحصول على درجة الماجستير والدكتوراه، أيضاً في الفيزياء.
كفيزيائي جزيئات شاب، طور Guth فكرة التضخم الكوني عام 1979 في Cornell وألقى حلقته النقاشية الأولى حول الموضوع في يناير 1980. انتقل إلى Stanford University وقدم Guth الفكرة الرسمية للتضخم الكوني عام 1981، وهي الفكرة القائلة بأن الكون الناشئ مرّ بمرحلة من التوسع الأسي دفعتها كثافة طاقة فراغية موجبة وضغط فراغي سالب. جعلت نتائج بعثة WMAP عام 2006 حالة التضخم الكوني مقنعة جداً.
الحياة المبكرة والتعليم
وُلد Guth لعائلة يهودية في New Brunswick، نيوجيرسي عام 1947 وترعرع عبر نهر Raritan في Highland Park، حيث التحق بالمدارس العامة المحلية. بعد السنة الثالثة من المرحلة الثانوية في Highland Park High School، ترك المدرسة والتحق ببرنامج مدته خمس سنوات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حيث كان يمكنه الحصول على درجة البكالوريوس والماجستير بعد سنتين إضافيتين. حصل Guth على درجة البكالوريوس والماجستير عام 1969 وعلى الدكتوراه عام 1972. في عام 1971، تزوج Susan Tisch، حبيبته من المدرسة الثانوية. لديهما طفلان: Lawrence وُلد عام 1977 و Jennifer وُلدت عام 1983.
كان Guth في Princeton من 1971 إلى 1974، وColumbia من 1974 إلى 1977، و Cornell من 1977 إلى 1979، و Stanford Linear Accelerator Center SLAC من 1979 إلى 1980. مثل العديد من الفيزيائيين الشباب الآخرين من جيل طفرة المواليد، واجه صعوبة في إيجاد وظيفة دائمة، لأن عدد وظائف الأستاذ المساعد كان أقل بكثير من عدد العلماء الشباب الذين يسعون إلى مثل هذه الوظائف، وهي ظاهرة أُطلق عليها "جيل العلماء المفقودين."
في بداية حياته المهنية، درس Guth فيزياء الجزيئات، وليس الكونيات الفيزيائية. كان أول عمل له في Princeton هو دراسة الكواركات، الجزيئات الأولية التي تشكل البروتونات والنيوترونات. في Columbia، درس Guth توحيد القوى الكبرى GUTs، مركزاً على انتقالات الطور الناتجة عن كسر التماثل التلقائي. تتنبأ معظم GUTs بتوليد أحاديات قطبية مغناطيسية أثناء كسر التماثل التلقائي، لكن لم يتم اكتشاف أي منها قط - مشكلة الأحادي القطبي.
الحياة المهنية
نظرية التضخم
كانت الخطوة الأولى لـ Guth نحو تطوير نظرية التضخم في Cornell عام 1978، عندما حضر محاضرة لـ Robert Dicke حول مشكلة تسطيح الكون. شرح Dicke كيف أظهرت مشكلة التسطيح أن شيئاً مهماً كان ناقصاً من نظرية الانفجار الكبير في ذلك الوقت. اعتمد مصير الكون على كثافته. إذا كانت كثافة الكون كبيرة بما يكفي، فستنهار إلى نقطة التفرد، وإذا كانت الكثافة الفعلية للمادة في الكون أقل من الكثافة الحرجة، فسيستمر الكون في التوسع بشكل أكبر بكثير.
جاء الجزء التالي في مسار Guth عندما سمع محاضرة لـ Steven Weinberg في أوائل عام 1979. تحدث Weinberg في محاضرتين عن نظرية التوحيد الكبرى GUT التي تم تطويرها منذ عام 1974، وكيف يمكنها شرح الكمية الضخمة من المادة في الكون مقارنة بكمية المادة المضادة. شرحت نظرية التوحيد الكبرى جميع القوى الأساسية المعروفة في العلم باستثناء الجاذبية. وأرست أنه في ظروف حارة جداً، مثل تلك بعد الانفجار الكبير مباشرة، كانت الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية والقوة النووية الضعيفة موحدة لتشكيل قوة واحدة. كان Weinberg أيضاً من أكد على فكرة أن الكون يمر عبر انتقالات طورية، مشابهة لأطوار المادة، عند الانتقال من طاقة عالية إلى طاقة منخفضة. أظهر نقاش Weinberg عن سبب هيمنة المادة على المادة المضادة لـ Guth كيفية الحصول على حسابات دقيقة حول الجزيئات من خلال دراسة أول ثوانٍ قليلة من الكون.
قرر Guth حل هذه المشكلة بواسطة اقتراح فرط تبريد أثناء انتقال طوري متأخر. بدا هذا واعداً جداً لحل مشكلة الأحادي القطبي المغناطيسي. بحلول الوقت الذي توصل فيه Guth ومتعاونه Henry Tye إلى ذلك، كان Guth قد ذهب إلى Stanford Linear Accelerator Center SLAC لمدة سنة واحدة. اقترح Tye أن يتحققا من أن توسع الكون لن يتأثر بفرط التبريد. الحالة المفرطة التبريد هي فراغ كاذب: إنه فراغ بمعنى أنه حالة أقل كثافة طاقة ممكنة؛ وهو "كاذب" لأنه ليس حالة دائمة. تتحلل الفراغات الكاذبة، وسيجد Guth أنه بشكل مذهل، فإن تحلل الفراغ الكاذب في بداية الكون سينتج عنه توسع أسي للفضاء. حل هذا مشكلة الأحادي القطبي، لأن التوسع يقلل كثافة الأحادي القطبي بشكل متناسب.
أدرك Guth من نظريته أن السبب في أن الكون يبدو مسطحاً هو أنه قد تضخم إلى حجم مذهل مقارنة بحجمه الأصلي. المنظور مشابه لتسطح الأرض الواضح، على المقياس البشري، عند رؤيتها من سطحها. كان الكون المرئي في الواقع جزء صغير جداً من الكون الفعلي. وجدت نظرية الانفجار الكبير التقليدية قيم أوميجا بالقرب من 1 محيّرة، لأن أي انحرافات عن 1 ستصبح أكبر بكثير وأكبر بكثير بسرعة. في نظرية التضخم، بغض النظر عن مكان بدء أوميجا، فإنها ستقترب من 1 بسبب حجم توسع الكون. في الواقع، أحد التنبؤات الرئيسية لنظرية التضخم هو أن يوجد أوميجا بدقة 1.
على الرغم من اسمها، فإن نظرية الانفجار الكبير ليست حقاً نظرية انفجار على الإطلاق. إنها في الواقع مجرد نظرية عن عواقب انفجار.
بعد أسبوعين، سمع Guth زملاء يناقشون شيئاً يُدعى مشكلة الأفق. بدت إشعاعات الخلفية الدقيقة التي اكتشفها Arno Penzias و Robert Woodrow Wilson موحدة بشكل مذهل، دون أي تباين تقريباً. بدا هذا متناقضاً جداً لأن الإشعاع عند إطلاقه حوالي 300,000 سنة بعد الانفجار الكبير، كان قطر الكون المرئي 90 مليون سنة ضوئية. لم يكن هناك وقت لأحد طرفي الكون للتواصل مع الطرف الآخر، لأن الطاقة لا يمكن أن تتحرك بسرعة أسرع من سرعة الضوء. تم حل التناقض، كما أدرك Guth قريباً، بواسطة نظرية التضخم. نظراً لأن التضخم بدأ بكمية أقل بكثير من المادة مما فترضته نظرية الانفجار الكبير، كمية صغيرة جداً بحيث كانت جميع الأجزاء على اتصال مع بعضها البعض. ثم تضخم الكون بمعدل يقابل مليار مرة سرعة الضوء، وبقيت التجانسية سليمة. كان الكون بعد التضخم موحداً جداً، على الرغم من أن أجزاؤه لم تعد قادرة على التأثير على بعضها البعض.
أعلن Guth لأول مرة عن أفكاره حول التضخم في حلقة نقاشية في SLAC في يناير 1980. تجاهل الأحاديات القطبية المغناطيسية لأنها كانت مبنية على افتراضات نظرية التوحيد الكبرى، وهي خارج نطاق الحديث. في أغسطس 1980، قدم ورقته، بعنوان "الكون المتضخم: حل ممكن لمشاكل الأفق والتسطيح" إلى مجلة Physical Review. في هذه الورقة افترض Guth أن تضخم الكون يمكن تفسيره إذا كان الكون مفرط التبريد بمقدار 28 رتبة من حيث الحجم أقل من درجات الحرارة الحرجة المطلوبة لتغيير الطور.
الفضاء بالتأكيد شيء أكثر تعقيداً مما قد يدرك الشخص العادي. الفضاء ليس مجرد خلفية فارغة يحدث فيها الأشياء.
في ديسمبر 1981، قرأ Guth ورقة من الفيزيائي الروسي Andrei Linde تقول بأن الكون كله موجود داخل فقاعة واحدة فقط، وبالتالي لا شيء يُدمر من خلال اصطدامات الجدران. تم التوصل إلى هذا الاستنتاج باستخدام حقل Higgs برسم بياني للطاقة تم اقتراحه في الأصل بواسطة Sidney Coleman و Erick Weinberg. ناقش Guth هذا مع Linde، الذي كان يعمل بشكل مستقل على تضخم الفقاعة، لكن دون الأخذ في الاعتبار مشكلة التسطيح. في النهاية، تبادل Linde و Guth الأوراق حول الموضوع.
بحلول عام 1983، نشر Guth ورقة توصف كيف أن سيناريو الكون المفرط التبريد لم يكن مثالياً، حيث أن "آلية التشغيل" للخروج من هذه الحالة ستتطلب "ضبطاً دقيقاً للغاية للمعاملات" وشعر بأن حلاً أكثر طبيعياً مطلوب. ومع ذلك، هذا لم يثنِ Guth عن اعتقاده بأن الكون تضخم بشكل أسي في فراغ في حياته المبكرة.
الاهتمامات الحالية
في الماضي، درس Guth نظرية المقياس الشبكي، والأحاديات القطبية المغناطيسية والمثيلات، وآلات Gott الزمنية، وعدد من المواضيع الأخرى في الفيزياء النظرية. يتضمن الكثير من عمل Guth الحالي استقراء تقلبات الكثافة الناشئة من نسخ مختلفة من التضخم، للاختبار مقابل الملاحظات، والتحقيق في التضخم في نماذج "عالم الغشاء."
Guth هو أستاذ Victor F. Weisskopf للفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT. لقد كتب أكثر من 60 ورقة تقنية تتعلق بآثار التضخم وتفاعلاته مع فيزياء الجزيئات.
الأوسمة والجوائز
فاز بالعديد من الجوائز والميداليات، بما في ذلك ميدالية المركز الدولي للفيزياء النظرية، Trieste، إيطاليا، مع Andrei Linde و Paul Steinhardt وميدالية Eddington في عام 1996، وميدالية Isaac Newton لعام 2009، التي منحتها المعهد البريطاني للفيزياء.
في يوليو 2012، كان من بين الحائزين الأول على جائزة الفيزياء الأساسية، من إنشاء الفيزيائي ورجل الأعمال في الإنترنت، Yuri Milner.
في عام 2014، كان مستقبلاً مشاركاً لجائزة Kavli التي منحتها الأكاديمية النرويجية للعلوم والآداب، جنباً إلى جنب مع Andrei Linde من Stanford University و Alexei Starobinsky من معهد Landau للفيزياء النظرية، "لريادتهم في نظرية التضخم الكوني." في نفس العام، تلقى Guth جائزة Golden Plate من أكاديمية الإنجاز الأمريكية.
في عام 2005 فاز Guth بجائزة المكتب الأكثر فوضى في Boston، نظمتها Boston Globe. تم إدراجه من قبل زملاء أملوا أن يخجله ذلك إلى تنظيف الأشياء، لكن Guth فخور جداً بالجائزة.
المنشورات
- Guth, Alan 1997. الكون المتضخم: البحث عن نظرية جديدة لأصول الكون. Perseus Books.
- Guth, Alan Fall 2002. "التضخم وعصر جديد من الكونيات عالية الدقة" PDF. physics@mit. MIT Department of Physics.
