È effettivamente sicuro creare un universo nel tuo seminterrato.
Alan Harvey Guth è un fisico teorico e cosmologo americano. Guth ha condotto ricerche sulla teoria delle particelle elementari e su come la teoria delle particelle sia applicabile all'universo primordiale. È professore Victor Weisskopf di Fisica al Massachusetts Institute of Technology. Insieme a Alexei Starobinsky e Andrei Linde, ha vinto il Kavli Prize 2014 "per aver pionierato la teoria dell'inflazione cosmica."
Si è laureato al MIT nel 1968 in fisica e ha continuato a ricevere un master's e un dottorato, anche in fisica.
Come giovane fisico delle particelle, Guth ha sviluppato l'idea dell'inflazione cosmica nel 1979 a Cornell e ha tenuto il suo primo seminario sull'argomento nel gennaio 1980. Trasferitosi alla Stanford University, Guth ha formalmente proposto l'idea dell'inflazione cosmica nel 1981, l'idea che l'universo nascente ha attraversato una fase di espansione esponenziale guidata da una densità di energia del vuoto positiva e una pressione del vuoto negativa. I risultati della missione WMAP nel 2006 hanno reso il caso per l'inflazione cosmica molto convincente.
Primi anni di vita ed educazione
Guth è nato in una famiglia ebrea a New Brunswick, New Jersey nel 1947 e è cresciuto dall'altra parte del Raritan River a Highland Park, dove ha frequentato le scuole pubbliche locali. Dopo il suo terzo anno alla Highland Park High School, ha lasciato la scuola e si è iscritto a un programma di cinque anni al Massachusetts Institute of Technology dove poteva ottenere il suo bachelor's e master's dopo altri due anni. Guth ha ottenuto una laurea triennale e una magistrale nel 1969 e un dottorato nel 1972. Nel 1971, ha sposato Susan Tisch, la sua ragazza del liceo. Hanno due figli: Lawrence nato nel 1977 e Jennifer nata nel 1983.
Guth è stato a Princeton dal 1971 al 1974, a Columbia dal 1974 al 1977, a Cornell dal 1977 al 1979, e allo Stanford Linear Accelerator Center SLAC dal 1979 al 1980. Come molti altri giovani fisici dell'era del baby boom, ha avuto difficoltà a trovare un lavoro permanente, perché c'erano molti meno incarichi di professore assistente di quanti fossero i giovani scienziati che cercavano tali posti, un fenomeno che è stato definito la "generazione di studiosi perduti."
All'inizio della sua carriera, Guth ha studiato fisica delle particelle, non cosmologia fisica. Il primo lavoro di Guth a Princeton era nello studio dei quark, le particelle elementari che compongono protoni e neutroni. A Columbia, Guth ha studiato la grande unificazione GUTs, concentrandosi sulle transizioni di fase generate dalla rottura della simmetria spontanea. La maggior parte dei GUTs predicono la generazione di monopoli magnetici durante la rottura della simmetria spontanea, ma nessuno era mai stato rilevato—il problema dei monopoli.
Carriera
Teoria inflazionaria
Il primo passo di Guth nello sviluppo della sua teoria dell'inflazione è avvenuto a Cornell nel 1978, quando ha assistito a una lezione di Robert Dicke sul problema della planarità dell'universo. Dicke ha spiegato come il problema della planarità mostrava che qualcosa di significativo mancava dalla teoria del Big Bang dell'epoca. Il destino dell'universo dipendeva dalla sua densità. Se la densità dell'universo era abbastanza grande, collasserebbe in una singolarità, e se la densità effettiva della materia nel cosmo era inferiore alla densità critica, l'universo diventerebbe sempre più grande.
La parte successiva nel percorso di Guth è arrivata quando ha ascoltato una lezione di Steven Weinberg all'inizio del 1979. Weinberg ha parlato in due lezioni sulla Grande Teoria Unificata GUT che era stata sviluppata dal 1974, e su come potesse spiegare l'enorme quantità di materia nell'universo rispetto alla quantità di antimateria. La GUT ha spiegato tutte le forze fondamentali conosciute nella scienza ad eccezione della gravità. Ha stabilito che in condizioni molto calde, come quelle dopo il Big Bang, l'elettromagnetismo, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole erano unite per formare una sola forza. Weinberg è stato anche colui che ha enfatizzato l'idea che l'universo attraversa transizioni di fase, simili alle fasi della materia, quando passa da alta energia a bassa energia. La discussione di Weinberg sul perché la materia è così dominante sull'antimateria ha mostrato a Guth come ottenere precisi calcoli su particelle studiando i primi secondi dell'universo.
Guth ha deciso di risolvere questo problema suggerendo un sottoraffreddamento durante una transizione di fase ritardata. Questo sembrava molto promettente per risolvere il problema del monopolo magnetico. Nel momento in cui Guth e il suo collaboratore Henry Tye hanno raggiunto quella conclusione, Guth era andato allo Stanford Linear Accelerator Center SLAC per un anno. Tye ha suggerito che controllassero che l'espansione dell'universo non sarebbe stata influenzata dal sottoraffreddamento. Lo stato sottoraffreddato è un vuoto falso: è un vuoto nel senso che è lo stato della più bassa densità di energia possibile; è "falso" poiché non è uno stato permanente. I vuoti falsi decadono, e Guth scoprirebbe che sorprendentemente, il decadimento del vuoto falso all'inizio dell'universo avrebbe prodotto un'espansione esponenziale dello spazio. Questo ha risolto il problema del monopolo, poiché l'espansione riduce proporzionalmente la densità del monopolo.
Guth si è reso conto dalla sua teoria che la ragione per cui l'universo appare piatto era che si era ingrandito a un punto così travolgente rispetto alle sue dimensioni originali. La prospettiva è analoga alla planarità apparente della Terra, su scala umana, vista dalla sua superficie. L'universo osservabile era effettivamente solo una parte molto piccola dell'universo effettivo. La teoria tradizionale del Big Bang ha trovato valori di omega prossimi a 1 enigmatici, perché qualsiasi deviazione da 1 diventerebbe rapidamente molto, molto più grande. Nella teoria dell'inflazione, indipendentemente da dove omega inizia, si avvicinerebbe a 1 a causa della scala dell'espansione dell'universo. In effetti, una previsione importante della teoria dell'inflazione è che omega sarà trovato essere precisamente 1.
Nonostante il suo nome, la teoria del big bang non è davvero una teoria di un'esplosione in assoluto. È davvero solo una teoria delle conseguenze di un'esplosione.
Due settimane dopo, Guth ha sentito colleghi discutere di qualcosa chiamato il problema dell'orizzonte. La radiazione di fondo a microonde scoperta da Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson appariva estremamente uniforme, con quasi nessuna varianza. Questo sembrava molto paradossale perché quando la radiazione è stata rilasciata circa 300.000 anni dopo il Big Bang, l'universo osservabile aveva un diametro di 90 milioni di anni luce. Non c'era tempo per un'estremità del cosmo di comunicare con l'altra estremità, perché l'energia non può muoversi più veloce della velocità della luce. Il paradosso è stato risolto, come Guth presto si è reso conto, dalla teoria dell'inflazione. Poiché l'inflazione è iniziata con una quantità di materia molto più piccola di quella che il Big Bang aveva presupposto, una quantità così piccola che tutte le parti sarebbero state in contatto tra loro. L'universo si è poi inflazionato, a una velocità corrispondente a un miliardo di volte la velocità della luce, e l'omogeneità è rimasta ininterrotta. L'universo dopo l'inflazione sarebbe stato molto uniforme, anche se le sue parti non erano più in grado di influenzarsi a vicenda.
Guth ha reso pubbliche per la prima volta le sue idee sull'inflazione in un seminario allo SLAC nel gennaio 1980. Ha ignorato i monopoli magnetici perché erano basati su assunzioni di GUT, che era al di fuori dell'ambito del discorso. Nell'agosto 1980, ha inviato il suo articolo, intitolato "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems" alla rivista Physical Review. In questo articolo Guth ha postulato che l'inflazione dell'universo potrebbe essere spiegata se l'universo fosse stato sottoraffreddato 28 ordini di grandezza al di sotto delle temperature critiche richieste per un cambiamento di fase.
Lo spazio è certamente qualcosa di più complicato di quanto la persona media probabilmente realizzerebbe. Lo spazio non è solo uno sfondo vuoto in cui le cose accadono.
Nel dicembre 1981, Guth ha letto un articolo del fisico di Mosca Andrei Linde dicendo che l'intero universo si trova all'interno di una sola bolla, quindi nulla viene distrutto dalle collisioni di muri. Questa conclusione è stata fatta utilizzando un campo di Higgs con un grafico energetico che era stato originariamente proposto da Sidney Coleman e Erick Weinberg. Guth ha discusso questo con Linde, che era stato indipendentemente lavorando sull'inflazione della bolla, ma senza considerare il problema della planarità. Linde e Guth alla fine hanno scambiato articoli sull'argomento.
Nel 1983 Guth aveva pubblicato un articolo descrivendo come lo scenario dell'universo sottoraffreddato non era ideale, poiché il "meccanismo di attivazione" per uscire da tale stato richierebbe "un fine tuning estremo dei parametri" e sentiva che una soluzione più naturale era richiesta. Tuttavia, questo non lo ha dissuaso dalla convinzione che l'universo si sia espanso esponenzialmente nel vuoto nella sua prima vita.
Interessi attuali
In passato Guth ha studiato la teoria del reticolo di gauge, i monopoli magnetici e gli istantoni, le macchine del tempo di Gott, e un numero di altri argomenti in fisica teorica. Gran parte del lavoro attuale di Guth include l'estrapolazione delle fluttuazioni di densità derivanti da varie versioni dell'inflazione, per testare contro le osservazioni, e l'indagine dell'inflazione nei modelli di "brane world".
Guth è il Professore Victor F. Weisskopf di Fisica al Massachusetts Institute of Technology MIT. Ha scritto più di 60 articoli tecnici relativi agli effetti dell'inflazione e alle sue interazioni con la fisica delle particelle.
Onori e premi
Ha vinto molti premi e medaglie, inclusa la Medaglia dell'International Center for Theoretical Physics, Trieste, Italia, con Andrei Linde e Paul Steinhardt e la Medaglia Eddington nel 1996, e il 2009 Isaac Newton Medal, assegnato dal British Institute of Physics.
Nel luglio 2012, è stato un beneficiario inaugurale del Fundamental Physics Prize, la creazione del fisico e imprenditore di internet Yuri Milner.
Nel 2014, è stato un co-destinatario del Kavli Prize assegnato dall'Accademia norvegese delle scienze e delle lettere, insieme a Andrei Linde della Stanford University e Alexei Starobinsky dell'Istituto Landau per la fisica teorica, "per aver pionierato la teoria dell'inflazione cosmica." Quello stesso anno, Guth ha ricevuto il Golden Plate Award dell'American Academy of Achievement.
Nel 2005 Guth ha vinto il premio per l'ufficio più disordinato di Boston, organizzato dal Boston Globe. È stato inserito dai colleghi che speravano lo avrebbe vergognato a mettere in ordine, ma Guth è piuttosto orgoglioso del premio.
Pubblicazioni
- 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.
