実は、地下室で宇宙を創造することは安全です。
Alan Harvey Guth はアメリカの理論物理学者で宇宙論者です。Guth は初期素粒子論および粒子論が初期宇宙にどのように適用されるかについて研究しています。彼は Massachusetts Institute of Technology の物理学 Victor Weisskopf 教授です。Alexei Starobinsky および Andrei Linde とともに、彼は2014年の Kavli Prize を「宇宙インフレーション理論の開拓」で受賞しました。
彼は1968年に MIT から物理学の学位を取得し、その後、物理学の修士号と博士号も同大学で取得しました。
初期の粒子物理学者として、Guth は1979年に Cornell で宇宙インフレーションの概念を発展させ、1980年1月にこのテーマについて最初のセミナーを行いました。Stanford University に移った後、Guth は1981年に宇宙インフレーションの概念を正式に提案しました。これは初期宇宙が正の真空エネルギー密度と負の真空圧力によって駆動された指数関数的膨張の段階を経たという概念です。2006年の WMAP ミッションの結果は、宇宙インフレーションの事例を非常に説得力のあるものにしました。
初期の人生と教育
Guth は1947年にニュージャージー州 New Brunswick のユダヤ系家族に生まれ、Raritan River 対岸の Highland Park で育ちました。彼は Highland Park High School に通いました。高校3年生の後、彼は学校を離れ、Massachusetts Institute of Technology の5年間のプログラムに登録しました。そこで、さらに2年後に学士号と修士号を取得できます。Guth は1969年に学士号と修士号を、1972年に博士号を取得しました。1971年に、彼は高校の同級生である Susan Tisch と結婚しました。彼らには2人の子供がいます。Lawrence は1977年生まれ、Jennifer は1983年生まれです。
Guth は Princeton に1971年から1974年、Columbia に1974年から1977年、Cornell に1977年から1979年、そして Stanford Linear Accelerator Center SLAC に1979年から1980年にいました。ベビーブーム時代の多くの他の若い物理学者のように、彼は恒久的な職を見つけるのに苦労しました。なぜなら、助教授職はそのような職を求める若い科学者の数よりはるかに少なかったからです。この現象は「失われた学者の世代」と呼ばれています。
キャリアの初期段階では、Guth は物理宇宙論ではなく、素粒子物理学を研究していました。Princeton での Guth の最初の仕事は、陽子と中性子を構成する素粒子であるクォークの研究でした。Columbia では、Guth は大統一理論 GUTs を研究し、自発的対称性の破れによって生成される相転移に焦点を当てました。ほとんどの GUTs は自発的対称性の破れの間に磁気単極子の生成を予測しますが、検出されたことはありません。これが単極子問題です。
キャリア
インフレーション理論
Guth のインフレーション理論の開発への最初のステップは、1978年に Cornell で起こりました。彼は Robert Dicke による宇宙の平坦性問題についての講演に参加しました。Dicke は平坦性問題が当時のビッグバン理論から何か重要なものが欠けていることを示していると説明しました。宇宙の運命は密度に依存していました。宇宙の密度が十分に大きければ、特異点に崩壊します。宇宙の物質の実際の密度が臨界密度より低ければ、宇宙はますます大きくなるでしょう。
Guth の経路における次のステップは、1979年初頭に Steven Weinberg による講演を聞いた時に来ました。Weinberg は2つの講演で1974年以来開発されてきた大統一理論 GUT について、そしてそれがどのように宇宙の膨大な物質の量を反物質の量と比較して説明できるかについて話しました。GUT は重力を除いて科学で知られているすべての基本的な力を説明しました。それは、ビッグバン後のような非常に高い温度条件下では、電磁気学、強い核力、および弱い核力が1つの力を形成するために結合されたことを確立しました。Weinberg もまた、宇宙が高いエネルギーから低いエネルギーに移行する際に物質の段階に似た相転移を経るという考えを強調した人でした。物質が反物質よりなぜそれほど支配的であるかについての Weinberg の議論は、Guth に宇宙の最初の数秒を研究することによって粒子についての正確な計算がどのように得られるかを示しました。
Guth は遅延相転移中の過冷却を示唆することによってこの問題を解決することを決めました。これは磁気単極子問題を解決するために非常に有望に見えました。Guth と彼の協力者 Henry Tye がそれを思いついた時点では、Guth は Stanford Linear Accelerator Center SLAC に1年間行っていました。Tye は過冷却による宇宙の膨張が影響を受けないことを確認することを示唆しました。過冷却状態は偽真空です。これは最低可能なエネルギー密度の状態という意味で真空です。「偽」なのは、永続的な状態ではないからです。偽真空は崩壊し、Guth は驚いたことに、宇宙の初期での偽真空の崩壊が空間の指数関数的膨張を生成することを発見しました。これは単極子問題を解決しました。なぜなら膨張は単極子密度を比例的に低減させるからです。
Guth は彼の理論から、宇宙が平坦に見える理由は、それが元のサイズと比較して圧倒的に大きなサイズに拡大していたからであると認識しました。この視点は、地球の表面から見た時の地表での見かけ上の平坦性に類似しています。観測可能な宇宙は実際の宇宙の非常に小さな部分でした。伝統的なビッグバン理論は、omega の値が1 に近い値を謎めいたものと考えていました。なぜなら1 からのあらゆる逸脱がすぐに非常に大きくなるからです。インフレーション理論では、omega がどこから始まろうとも、宇宙の膨張の規模のために1 に近づきます。実際、インフレーション理論の主要な予測は、omega が正確に 1 であることが判明するということです。
ビッグバン理論という名前にもかかわらず、それは実際には爆発についての理論ではありません。それは単に爆発の余波についての理論です。
2週間後、Guth は同僚が地平線問題と呼ばれるものについて議論しているのを聞きました。Arno Penzias と Robert Woodrow Wilson によって発見されたマイクロ波背景放射は非常に均一に見えており、ほぼバリエーションがありませんでした。これは非常にパラドックスに見えました。なぜなら放射がビッグバンの約30万年後に放出された時、観測可能な宇宙の直径は9000万光年だったからです。エネルギーは光の速度より速く移動することができないため、宇宙の一端がもう一端と通信する時間がありませんでした。Guth がすぐに気付いたように、パラドックスはインフレーション理論によって解決されました。インフレーションはビッグバンが仮定していたよりはるかに少ない物質の量から開始したので、すべての部分が互いに接触していたほど小さい量でした。宇宙は光の速度の10億倍に相当する速度で膨張し、均質性は壊れていません。インフレーション後の宇宙は非常に均一であったでしょう。その部分はもはや相互に影響を与えることができなかったとしても。
Guth は1980年1月に SLAC でセミナーでインフレーションについてのアイデアを公開しました。彼は GUT の仮定に基づいていたため、磁気単極子を無視しました。それはスピーチの範囲外でした。1980年8月に、彼は「インフレーション宇宙：地平線と平坦性の問題への可能な解決策」というタイトルの論文を Physical Review ジャーナルに提出しました。この論文で Guth は、宇宙が相変化に必要な臨界温度より28桁下に過冷却されれば、宇宙のインフレーションを説明することができるであろうと仮定しました。
空間は確かに平均的な人が可能性は実現するであろうと思うよりも複雑な何かです。空間は単なる空の背景ではなく、そこで物事が起こります。
1981年12月、Guth はモスクワの物理学者 Andrei Linde からの論文を読みました。全宇宙が単なる1つのバブルの中にあるので、何も壁の衝突によって破壊されません。この結論は、Sidney Coleman と Erick Weinberg によって最初に提案されたエネルギーグラフを持つ Higgs 場を使用して作られました。Guth はこれについて Linde と議論しました。Linde は平坦性の問題を考慮することなく、バブルインフレーションについて独立して仕事をしていました。Linde と Guth はやがてこのテーマについて論文を交換しました。
1983年までに、Guth は過冷却された宇宙シナリオが理想的ではないことを説明する論文を発表していました。そのような状態を脱出するための「トリガーメカニズム」は「パラメータの極端な微調整」を必要とし、より自然な解決策が必要だと感じました。しかし、これは彼が宇宙が初期の人生で真空で指数関数的に膨張したという信念から彼を妨げませんでした。
現在の関心
過去に Guth は格子ゲージ理論、磁気単極子とインスタントン、Gott タイムマシン、および理論物理学の多くの他のトピックを研究しています。Guth の現在の仕事の多くは、インフレーションのさまざまなバージョンから生じる密度変動を外挿し、観測に対してテストすること、および「ブレーン・ワールド」モデルのインフレーションを調査することが含まれます。
Guth は Massachusetts Institute of Technology MIT の物理学 Victor F. Weisskopf 教授です。彼はインフレーションの効果とその粒子物理学との相互作用に関連する60以上の技術論文を書いています。
名誉と賞
彼は International Center for Theoretical Physics Medal、Trieste、Italy、Andrei Linde および Paul Steinhardt との受賞者を含む多くの賞と勲章を受賞しており、1996年の Eddington Medal、および2009年の Isaac Newton Medal を受賞しました。British Institute of Physics によって授与されました。
2012年7月、彼は Fundamental Physics Prize の最初の受賞者でした。これは物理学者でインターネット起業家 Yuri Milner の創作です。
2014年、彼は Norwegian Academy of Science and Letters によって授与された Kavli Prize の共同受賞者でした。Stanford University の Andrei Linde およ び Landau Institute for Theoretical Physics の Alexei Starobinsky と共に、「宇宙インフレーション理論の開拓」のためです。その同じ年、Guth は American Academy of Achievement の Golden Plate Award を受け取りました。
2005年に Guth は Boston Globe によって組織された Boston での最も散らかった事務所の賞を受賞しました。彼は同僚によって出品されました。彼を片付けるように恥じさせることを望んでいました。しかし Guth はこの賞をかなり誇りに思っています。
出版物
- Guth, Alan 1997. インフレーション宇宙：宇宙起源の新しい理論への追求. Perseus Books.
- Guth, Alan 2002年秋. "インフレーションと高精度宇宙論の新時代" PDF. physics@mit. MIT 物理学科.
