C'est en fait sans danger de créer un univers dans votre sous-sol.
Alan Harvey Guth est un physicien théoricien et cosmologue américain. Guth a mené des recherches sur la théorie des particules élémentaires et sur la façon dont la théorie des particules s'applique à l'univers primordial. Il est professeur Victor Weisskopf de physique au Massachusetts Institute of Technology. Avec Alexei Starobinsky et Andrei Linde, il a remporté le prix Kavli 2014 « pour avoir été un pionnier de la théorie de l'inflation cosmique ».
Il a obtenu son diplôme du MIT en 1968 en physique et y est resté pour recevoir une maîtrise et un doctorat, également en physique.
En tant que jeune physicien des particules, Guth a développé l'idée de l'inflation cosmique en 1979 à Cornell et a donné son premier séminaire sur le sujet en janvier 1980. En se rendant à Stanford University, Guth a formellement proposé l'idée de l'inflation cosmique en 1981, l'idée que l'univers naissant a traversé une phase d'expansion exponentielle qui était entraînée par une densité d'énergie du vide positive et une pression du vide négative. Les résultats de la mission WMAP en 2006 ont rendu le cas de l'inflation cosmique très convaincant.
Jeunesse et éducation
Guth est né dans une famille juive à New Brunswick, New Jersey en 1947 et a grandi de l'autre côté de la rivière Raritan à Highland Park, où il a fréquenté les écoles publiques locales. Après sa troisième année à la Highland Park High School, il a quitté l'école et s'est inscrit à un programme de cinq ans au Massachusetts Institute of Technology où il pourrait obtenir son diplôme de premier cycle et sa maîtrise après deux années supplémentaires. Guth a obtenu un diplôme de premier cycle et une maîtrise en 1969 et un doctorat en 1972. En 1971, il a épousé Susan Tisch, sa petite amie du lycée. Ils ont deux enfants : Lawrence né en 1977 et Jennifer née en 1983.
Guth a été à Princeton de 1971 à 1974, à Columbia de 1974 à 1977, à Cornell de 1977 à 1979, et au Stanford Linear Accelerator Center SLAC de 1979 à 1980. Comme beaucoup d'autres jeunes physiciens de l'ère du baby-boom, il a eu du mal à trouver un emploi permanent, car il y avait beaucoup moins de postes de professeur adjoint que de jeunes scientifiques cherchant ces postes, un phénomène qui a été appelé la « génération des savants perdus ».
Au début de sa carrière, Guth a étudié la physique des particules, non la cosmologie physique. Les premiers travaux de Guth à Princeton concernaient l'étude des quarks, les particules élémentaires qui composent les protons et les neutrons. À Columbia, Guth a étudié la grande unification GUT, en se concentrant sur les transitions de phase générées par la brisure spontanée de symétrie. La plupart des GUT prédisent la génération de monopoles magnétiques lors de la brisure spontanée de symétrie, mais aucun n'avait jamais été détecté — le problème du monopole.
Carrière
Théorie de l'inflation
La première étape de Guth vers le développement de sa théorie de l'inflation s'est produite à Cornell en 1978, lorsqu'il a assisté à une conférence de Robert Dicke sur le problème de la planéité de l'univers. Dicke a expliqué comment le problème de la planéité montrait que quelque chose de significatif manquait à la théorie du Big Bang de l'époque. Le destin de l'univers dépendait de sa densité. Si la densité de l'univers était suffisamment grande, elle s'effondrerait en une singularité, et si la densité réelle de la matière dans le cosmos était inférieure à la densité critique, l'univers deviendrait de plus en plus grand.
La partie suivante du chemin de Guth est venue quand il a entendu une conférence de Steven Weinberg au début de 1979. Weinberg a parlé en deux conférences de la Grande Théorie Unifiée GUT qui avait été développée depuis 1974, et de la façon dont elle pouvait expliquer l'énorme quantité de matière dans l'univers par rapport à la quantité d'antimatière. La GUT a expliqué toutes les forces fondamentales connues en science sauf la gravité. Elle a établi que dans des conditions très chaudes, comme celles après le Big Bang, l'électromagnétisme, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible étaient unis pour former une force. Weinberg a également été celui qui a souligné l'idée que l'univers traverse des transitions de phase, similaires aux phases de la matière, lors du passage d'une énergie élevée à une énergie faible. La discussion de Weinberg sur la raison pour laquelle la matière domine tellement l'antimatière a montré à Guth comment obtenir des calculs précis sur les particules en étudiant les premières secondes de l'univers.
Guth a décidé de résoudre ce problème en suggérant un refroidissement excessif pendant une transition de phase retardée. Cela semblait très prometteur pour résoudre le problème du monopole magnétique. Au moment où Guth et son collaborateur Henry Tye ont trouvé cela, Guth était allé au Stanford Linear Accelerator Center SLAC pour un an. Tye a suggéré qu'ils vérifient que l'expansion de l'univers ne serait pas affectée par le refroidissement excessif. L'état surrefroidi est un faux vide : c'est un vide en ce sens que c'est l'état de la plus basse densité d'énergie possible ; c'est « faux » puisqu'il n'est pas un état permanent. Les faux vides se désintègrent, et Guth découvrirait que, remarquablement, la désintégration du faux vide au début de l'univers produirait une expansion exponentielle de l'espace. Cela a résolu le problème du monopole, car l'expansion réduit proportionnellement la densité du monopole.
Guth s'est rendu compte de sa théorie que la raison pour laquelle l'univers semble être plat était qu'il s'était agrandi à une taille si écrasante par rapport à sa taille d'origine. La perspective est analogue à l'apparente planéité de la Terre, à l'échelle humaine, lorsqu'elle est vue de sa surface. L'univers observable n'était en réalité qu'une très petite partie de l'univers réel. La théorie traditionnelle du Big Bang a trouvé les valeurs d'oméga près de 1 déconcertantes, car toute déviation par rapport à 1 deviendrait rapidement beaucoup, beaucoup plus importante. Dans la théorie de l'inflation, peu importe où oméga commence, il approcherait 1 en raison de l'ampleur de l'expansion de l'univers. En fait, une prédiction majeure de la théorie de l'inflation est que oméga sera trouvée pour être précisément 1.
Malgré son nom, la théorie du big bang n'est pas vraiment une théorie d'un bang du tout. C'est vraiment seulement une théorie des conséquences d'un bang.
Deux semaines plus tard, Guth a entendu des collègues discuter de quelque chose appelé le problème de l'horizon. Le rayonnement de fond micro-ondes découvert par Arno Penzias et Robert Woodrow Wilson semblait extrêmement uniforme, avec presque aucune variance. Cela semblait très paradoxal car lorsque le rayonnement a été libéré environ 300 000 ans après le Big Bang, l'univers observable avait un diamètre de 90 millions d'années-lumière. Il n'y avait pas de temps pour qu'une extrémité du cosmos communique avec l'autre extrémité, car l'énergie ne peut pas se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière. Le paradoxe a été résolu, comme Guth l'a bientôt réalisé, par la théorie de l'inflation. Puisque l'inflation a commencé avec une quantité de matière bien inférieure à celle que le Big Bang avait supposée, une quantité si petite que toutes les parties auraient été en contact les unes avec les autres. L'univers s'est ensuite gonflé, à un taux correspondant à un milliard de fois la vitesse de la lumière, et l'homogénéité est restée intacte. L'univers après l'inflation aurait été très uniforme, même si ses parties n'étaient plus capables de s'influencer mutuellement.
Guth a d'abord rendu publiques ses idées sur l'inflation dans un séminaire au SLAC en janvier 1980. Il a ignoré les monopoles magnétiques car ils étaient basés sur les hypothèses de la GUT, qui était en dehors de la portée du discours. En août 1980, il a soumis son article, intitulé « Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems » à la revue Physical Review. Dans cet article, Guth a postulé que l'inflation de l'univers pourrait être expliquée si l'univers était refroidi à l'excès 28 ordres de grandeur en dessous des températures critiques requises pour un changement de phase.
L'espace est certainement quelque chose de plus compliqué que ce que la personne moyenne réaliserait probablement. L'espace n'est pas seulement un arrière-plan vide dans lequel les choses se produisent.
En décembre 1981, Guth a lu un article du physicien moscovite Andrei Linde disant que l'univers entier est dans une seule bulle, donc rien n'est détruit par les collisions de paroi. Cette conclusion a été obtenue en utilisant un champ de Higgs avec un graphique d'énergie qui avait été proposé à l'origine par Sidney Coleman et Erick Weinberg. Guth en a discuté avec Linde, qui avait indépendamment travaillé sur l'inflation à bulles, mais sans considérer le problème de la planéité. Linde et Guth ont finalement échangé des articles sur le sujet.
D'ici 1983, Guth avait publié un article décrivant comment son scénario d'univers refroidi à l'excès n'était pas idéal, car le « mécanisme de déclenchement » pour sortir d'un tel état nécessiterait un « ajustement fin extrême des paramètres » et il sentait qu'une solution plus naturelle était nécessaire. Cependant, cela ne l'a pas dissuadé de la conviction que l'univers s'est gonflé exponentiellement dans un vide au début de son existence.
Intérêts actuels
Par le passé, Guth a étudié la théorie des jauges sur réseau, les monopoles magnétiques et les instantons, les machines à temps de Gott, et un certain nombre d'autres sujets en physique théorique. Une grande partie du travail actuel de Guth comprend l'extrapolation des fluctuations de densité provenant de diverses versions de l'inflation, pour tester par rapport aux observations, et l'investigation de l'inflation dans les modèles de « monde à branes ».
Guth est le professeur Victor F. Weisskopf de physique au Massachusetts Institute of Technology MIT. Il a écrit plus de 60 articles techniques liés aux effets de l'inflation et ses interactions avec la physique des particules.
Honneurs et récompenses
Il a remporté de nombreux prix et médailles, notamment la Médaille du Centre international de physique théorique, Trieste, Italie, avec Andrei Linde et Paul Steinhardt et la Médaille Eddington en 1996, et la Médaille Isaac Newton 2009, décernée par l'Institut de physique britannique.
En juillet 2012, il a été l'un des récipiendaires inauguraux du Fundamental Physics Prize, création du physicien et entrepreneur internet Yuri Milner.
En 2014, il a été co-bénéficiaire du prix Kavli décerné par l'Académie norvégienne des sciences et des lettres, conjointement avec Andrei Linde de Stanford University et Alexei Starobinsky de l'Institut Landau de physique théorique, « pour avoir été un pionnier de la théorie de l'inflation cosmique ». Cette même année, Guth a reçu le Golden Plate Award de l'American Academy of Achievement.
En 2005, Guth a remporté le prix du bureau le plus désordonné de Boston, organisé par le Boston Globe. Il a été inscrit par des collègues qui espéraient que cela le honte en le poussant à ranger, mais Guth est assez fier du prix.
Publications
- Guth, Alan 1997. The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Perseus Books.
- Guth, Alan Fall 2002. « Inflation and the New Era of High-Precision Cosmology » PDF. physics@mit. MIT Department of Physics.
