지하실에서 우주를 만드는 것은 실제로 안전합니다.
Alan Harvey Guth는 미국의 이론 물리학자이자 우주론자입니다. Guth는 기본 입자 이론과 입자 이론이 초기 우주에 어떻게 적용되는지를 연구했습니다. 그는 매사추세츠 공과대학교의 Victor Weisskopf 물리학 교수입니다. Alexei Starobinsky와 Andrei Linde와 함께 그는 "우주 팽창 이론의 개척"으로 2014년 Kavli Prize를 수상했습니다.
그는 1968년 MIT에서 물리학으로 졸업했으며, 물리학 석사 및 박사 학위도 같은 학교에서 취득했습니다.
주니어 입자 물리학자로서 Guth는 1979년 Cornell에서 우주 팽창의 개념을 개발했으며 1980년 1월에 이 주제에 대한 첫 번째 세미나를 했습니다. Stanford University로 옮긴 Guth는 1981년에 우주 팽창의 개념을 공식적으로 제안했으며, 이는 초기 우주가 양의 진공 에너지 밀도 음의 진공 압력에 의해 구동되는 지수적 팽창 단계를 거쳤다는 개념입니다. 2006년 WMAP 미션의 결과는 우주 팽창의 사례를 매우 설득력 있게 만들었습니다.
초기 생활 및 교육
Guth는 1947년 뉴저지 주 New Brunswick의 유대인 가정에서 태어났으며 Raritan River 건너편 Highland Park에서 자라났으며, 그곳의 공립학교에 다녔습니다. Highland Park High School 3학년을 마친 후, 그는 학교를 떠나 매사추세츠 공과대학교의 5년 프로그램에 등록했으며, 2년 후 학사 학위와 석사 학위를 취득할 수 있었습니다. Guth는 1969년에 학사 및 석사 학위를, 1972년에 박사 학위를 취득했습니다. 1971년에 그는 고등학교 친구인 Susan Tisch와 결혼했습니다. 그들은 1977년 태어난 Lawrence와 1983년 태어난 Jennifer, 두 명의 자녀를 두고 있습니다.
Guth는 1971년부터 1974년까지 Princeton에, 1974년부터 1977년까지 Columbia에, 1977년부터 1979년까지 Cornell에, 1979년부터 1980년까지 Stanford Linear Accelerator Center SLAC에 있었습니다. 베이비붐 세대의 많은 다른 젊은 물리학자들처럼, 그는 영구적인 직업을 찾기가 어려웠습니다. 왜냐하면 조교수 직책이 그러한 직책을 추구하는 젊은 과학자들보다 훨씬 적었기 때문이며, 이 현상은 "잃어버린 학자의 세대"라고 불려왔습니다.
그의 경력 초기에 Guth는 물리 우주론이 아닌 입자 물리학을 연구했습니다. Princeton에서의 Guth의 초기 작업은 양성자와 중성자를 구성하는 기본 입자인 쿼크 연구에 관한 것이었습니다. Columbia에서 Guth는 자발적 대칭 깨짐에 의해 생성되는 위상 전이에 초점을 맞춘 대통일 GUTs을 연구했습니다. 대부분의 GUT는 자발적 대칭 깨짐 중에 자기 단극자의 생성을 예측했지만, 아직 검출된 것은 없었습니다—자기 단극자 문제입니다.
경력
팽창 이론
Guth의 팽창 이론 개발을 향한 첫 번째 단계는 1978년 Cornell에서 발생했으며, 그때 그는 Robert Dicke의 우주의 평탄성 문제에 관한 강연에 참석했습니다. Dicke는 평탄성 문제가 당시 Big Bang 이론에서 뭔가 중요한 것이 빠져 있었음을 보여주는 방법을 설명했습니다. 우주의 운명은 그 밀도에 달려 있었습니다. 우주의 밀도가 충분히 크다면, 그것은 특이점으로 붕괴될 것이며, 우주의 실제 물질 밀도가 임계 밀도보다 낮다면, 우주는 점점 더 커질 것입니다.
Guth의 길에서 다음 부분은 1979년 초 Steven Weinberg의 강연을 들었을 때 왔습니다. Weinberg는 1974년 이후 개발된 대통일 이론 GUT과 그것이 우주의 막대한 물질량을 물질 반물질의 양과 비교하여 어떻게 설명할 수 있는지에 관한 두 개의 강연에서 이야기했습니다. GUT은 중력을 제외한 과학에서 알려진 모든 기본 힘을 설명했습니다. Big Bang 이후의 매우 뜨거운 조건과 같은 매우 뜨거운 조건에서 전자기, 강한 핵력, 그리고 약한 핵력이 하나의 힘을 형성하기 위해 통합되었음을 확립했습니다. Weinberg는 또한 우주가 고에너지에서 저에너지로 이동할 때 물질의 위상과 유사한 위상 전이를 거친다는 개념을 강조한 사람이었습니다. Weinberg의 물질이 반물질보다 왜 그렇게 지배적인지에 대한 논의는 Guth에게 우주의 처음 몇 초를 연구함으로써 입자에 관한 정확한 계산을 얻을 수 있는 방법을 보여주었습니다.
Guth는 지연된 위상 전이 중에 과냉각을 제안함으로써 이 문제를 해결하기로 결정했습니다. 이는 자기 단극자 문제를 해결하기에 매우 유망해 보였습니다. Guth와 그의 협력자 Henry Tye가 그것을 내놓았을 때쯤, Guth는 Stanford Linear Accelerator Center SLAC로 1년을 갔습니다. Tye는 우주의 팽창이 과냉각의 영향을 받지 않을 것을 확인할 것을 제안했습니다. 과냉각된 상태는 거짓 진공입니다: 그것은 에너지 밀도가 가장 낮은 상태라는 의미에서 진공이며, 영구적인 상태가 아니라는 의미에서 "거짓"입니다. 거짓 진공은 붕괴되고, Guth는 우주의 시작 부분에서 거짓 진공의 붕괴가 공간의 지수적 팽창을 생성할 것임을 놀랍게도 발견할 것입니다. 이는 팽창이 단극자 밀도를 비례적으로 감소시키므로 단극자 문제를 해결했습니다.
Guth는 그의 이론에서 우주가 평탄해 보이는 이유는 그것이 원래 크기에 비해 매우 압도적인 크기로 확대되었기 때문임을 깨달았습니다. 이 관점은 표면에서 보았을 때 인간 규모에서 지구의 명백한 평탄성과 유사합니다. 관찰 가능한 우주는 실제 우주의 매우 작은 부분에 불과했습니다. 전통적인 Big Bang 이론은 오메가 값이 1 근처에 있는 것을 수수께끼로 생각했으며, 1에서의 어떤 편차도 빠르게 훨씬 더 커질 것이기 때문입니다. 팽창 이론에서, 오메가가 어디서 시작하든, 우주의 팽창 규모 때문에 1에 접근할 것입니다. 사실, 팽창 이론의 주요 예측은 오메가가 정확히 1로 발견될 것이라는 것입니다.
이름과는 달리 Big Bang 이론은 실제로는 방음에 관한 이론이 아닙니다. 그것은 실제로 방음 이후의 여파에 관한 이론일 뿐입니다.
2주 후, Guth는 동료들이 지평선 문제라고 불리는 것에 대해 논의하는 것을 들었습니다. Arno Penzias와 Robert Woodrow Wilson이 발견한 마이크로파 배경 방사선은 거의 분산이 없는 매우 균일하게 나타났습니다. 방사선이 Big Bang 약 300,000년 후에 방출되었을 때 관찰 가능한 우주의 직경이 9000만 광년이었기 때문에 이는 매우 역설적으로 보였습니다. 에너지가 빛의 속도보다 빠르게 이동할 수 없기 때문에 우주의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이 통신할 시간이 없었습니다. 역설은 Guth가 곧 깨달았듯이 팽창 이론에 의해 해결되었습니다. 팽창이 Big Bang이 전제한 것보다 훨씬 적은 양의 물질로 시작했기 때문에, 모든 부분이 서로 접촉했을 정도로 작은 양입니다. 우주는 빛의 속도의 10억 배에 해당하는 비율로 팽창했으며, 균질성은 깨지지 않았습니다. 팽창 후 우주는 매우 균일했을 것이며, 비록 그것의 부분들이 더 이상 서로 영향을 미칠 수 없었지만 말입니다.
Guth는 1980년 1월 SLAC에서의 세미나에서 팽창에 관한 자신의 생각을 처음 공개했습니다. 그는 자기 단극자를 무시했습니다. 왜냐하면 그것들이 GUT의 가정에 기초했기 때문이며, 이는 연설의 범위를 벗어났습니다. 1980년 8월에, 그는 "팽창 우주: 지평선 및 평탄성 문제에 대한 가능한 해결책"이라는 제목의 논문을 Physical Review 저널에 제출했습니다. 이 논문에서 Guth는 우주가 위상 변화에 필요한 임계 온도 아래 28 자릿수만큼 과냉각되었다면 우주의 팽창을 설명할 수 있다고 가정했습니다.
공간은 확실히 평균적인 사람이 아마 깨닫게 될 것보다 훨씬 더 복잡한 무언가입니다. 공간은 단순한 빈 배경이 아닙니다.
1981년 12월, Guth는 Moscow 물리학자 Andrei Linde의 논문을 읽었으며, 전체 우주가 하나의 거품 내에 있으므로 벽 충돌로 아무것도 파괴되지 않는다고 말했습니다. 이 결론은 원래 Sidney Coleman과 Erick Weinberg가 제안한 에너지 그래프가 있는 Higgs 필드를 사용하여 만들어졌습니다. Guth는 독립적으로 거품 팽창에 대해 일해온 Linde와 이 문제에 대해 논의했지만, 평탄성 문제를 고려하지는 않았습니다. Linde와 Guth는 결국 이 주제에 관한 논문을 교환했습니다.
1983년까지 Guth는 그의 과냉각된 우주 시나리오가 이상적이지 않다는 것을 설명하는 논문을 발표했으며, "트리거 메커니즘"이 그러한 상태를 빠져나가려면 "매개변수의 극단적인 미세 조정"이 필요할 것이며, 더 자연스러운 해결책이 필요하다고 느꼈습니다. 하지만, 이것이 그를 우주가 그것의 초기 생애에 진공에서 지수적으로 확대되었다는 믿음에서 억제하지 않았습니다.
현재 관심사
과거에 Guth는 격자 게이지 이론, 자기 단극자 및 순간, Gott 시간 기계, 그리고 이론 물리학의 많은 다른 주제를 연구했습니다. Guth의 현재 작업의 대부분은 팽창의 다양한 버전에서 발생하는 밀도 변동을 관찰과 비교하기 위해 추정하고, "brane world" 모델에서 팽창을 조사하는 것을 포함합니다.
Guth는 매사추세츠 공과대학교 MIT의 Victor F. Weisskopf 물리학 교수입니다. 그는 팽창의 영향과 입자 물리학과의 상호 작용에 관련된 60개 이상의 기술 논문을 작성했습니다.
명예 및 상
그는 Andrei Linde, Paul Steinhardt와 함께 Trieste, Italy의 International Center for Theoretical Physics의 메달, 1996년의 Eddington Medal, 그리고 British Institute of Physics에서 수여한 2009년 Isaac Newton Medal을 포함하여 많은 상과 메달을 수상했습니다.
2012년 7월, 그는 물리학자이자 인터넷 기업가 Yuri Milner의 창작인 Fundamental Physics Prize의 첫 수상자였습니다.
2014년, 그는 Stanford University의 Andrei Linde와 Landau Institute for Theoretical Physics의 Alexei Starobinsky와 함께 Norwegian Academy of Science and Letters에서 수여한 Kavli Prize의 공동 수상자였으며, "우주 팽창 이론의 개척"으로 수상했습니다. 같은 해, Guth는 American Academy of Achievement의 Golden Plate Award를 받았습니다.
2005년 Guth는 Boston Globe에서 주최한 Boston에서 가장 지저분한 사무실에 대한 상을 수상했습니다. 동료들이 그를 정리하도록 부끄럽게 하기를 바라며 그를 지명했지만, Guth는 이 상을 상당히 자랑스러워합니다.
출판물
- 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.
