Алан Харви Гут ( / ɡ uː θ / ; родился 27 февраля 1947 года) — американский физик-теоретик и космолог , профессор физики имени Виктора Вайскопфа в Массачусетском технологическом институте . Вместе с Алексеем Старобинским и Андреем Линде он выиграл премию Кавли 2014 года «за пионерскую теорию космической инфляции». [1] Исследования Гута сосредоточены на теории элементарных частиц и на том, как теория частиц применима к ранней Вселенной .
В 1968 году он окончил Массачусетский технологический институт по специальности «Физика» и остался там, чтобы получить степень магистра и доктора наук, также по физике.
Будучи младшим физиком-теоретиком, Гут разработал идею космической инфляции в 1979 году в Корнелле и провел свой первый семинар по этой теме в январе 1980 года. [2] [3] Перейдя в Группу теории SLAC в Стэнфордском университете , Гут официально предложил идею космической инфляции в 1981 году, идею о том, что зарождающаяся Вселенная прошла через фазу экспоненциального расширения, которое было вызвано положительной плотностью энергии вакуума (отрицательным давлением вакуума). Результаты миссии WMAP в 2006 году сделали доводы в пользу космической инфляции весьма убедительными.
Гут родился в еврейской семье [4] в Нью-Брансуике, штат Нью-Джерси, в 1947 году и вырос за рекой Раритан в Хайленд-Парке , где он посещал местные государственные школы. [5] После третьего года обучения в средней школе Хайленд-Парка [ 6] он оставил школу и поступил на пятилетнюю программу в Массачусетский технологический институт , где он мог получить степень бакалавра и магистра еще через два года. [7] Гут получил степень бакалавра и магистра в 1969 году и докторскую степень в 1972 году. В 1971 году он женился на Сьюзан Тиш, своей школьной возлюбленной. [6] У них двое детей: Лоуренс (родился в 1977 году) и Дженнифер (родился в 1983 году). [8]
Гут работал в Принстоне с 1971 по 1974 год, в Колумбийском университете с 1974 по 1977 год, в Корнелле с 1977 по 1979 год и в Стэнфордском центре линейных ускорителей (SLAC) с 1979 по 1980 год. Как и многим другим молодым физикам эпохи бэби-бума , ему было трудно найти постоянную работу, поскольку было гораздо меньше должностей доцентов, чем молодых ученых, ищущих такую работу, — явление, которое называют «поколением потерянных ученых». [9]
В начале своей карьеры Гут изучал физику элементарных частиц , а не физическую космологию . Самая ранняя работа Гута в Принстоне была посвящена изучению кварков , элементарных частиц, из которых состоят протоны и нейтроны. В Колумбийском университете Гут изучал теории великого объединения (GUT), сосредоточившись на космологических фазовых переходах , вызванных спонтанным нарушением симметрии . Большинство GUT предсказывают генерацию магнитных монополей во время спонтанного нарушения симметрии, но ни один из них не был обнаружен — проблема монополей .
Первый шаг Гута к разработке его теории инфляции был сделан в Корнелле в 1978 году, когда он посетил лекцию Роберта Дикке о проблеме плоскостности Вселенной. [10] Дикке объяснил, как проблема плоскостности показала, что в то время в теории Большого взрыва отсутствовало что-то существенное . Судьба Вселенной зависела от ее плотности. Если бы плотность Вселенной была достаточно большой, она бы коллапсировала в сингулярность , а если бы фактическая плотность материи в космосе была ниже критической плотности, Вселенная бы становилась все больше и больше.
Следующим этапом на пути Гута стала лекция Стивена Вайнберга в начале 1979 года. [11] Вайнберг рассказал в двух лекциях о Великой объединенной теории (GUT), которая разрабатывалась с 1974 года, и о том, как она могла бы объяснить огромное количество материи во Вселенной по сравнению с количеством антиматерии. GUT объяснила все фундаментальные силы, известные науке, за исключением гравитации. Она установила, что в очень жарких условиях, таких как после Большого взрыва, электромагнетизм, сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие объединяются в одну силу. Вайнберг также был тем, кто подчеркивал идею о том, что Вселенная проходит через фазовые переходы , подобные фазам материи, при переходе от высокой энергии к низкой. Обсуждение Вайнбергом того, почему материя так доминирует над антиматерией, показало Гуту, как точные расчеты относительно частиц могут быть получены путем изучения первых нескольких секунд Вселенной.
Гут решил решить эту проблему, предположив переохлаждение во время задержанного фазового перехода. Это казалось очень многообещающим для решения проблемы магнитного монополя . К тому времени, как Гут и его коллега Генри Тай придумали это, Гут уже год как уехал в Стэнфордский центр линейных ускорителей (SLAC). Тай предложил им проверить, что переохлаждение не повлияет на расширение Вселенной. Переохлажденное состояние — это ложный вакуум : это вакуум в том смысле, что это состояние с наименьшей возможной плотностью энергии; оно «ложное», поскольку его состояние не является постоянным. Ложные вакуумы распадаются, и Гут обнаружил, что распад ложного вакуума в начале Вселенной приведет к экспоненциальному расширению пространства. Это решило проблему монополя , поскольку расширение пропорционально уменьшает плотность монополя.
Гут понял из своей теории, что причина, по которой Вселенная кажется плоской, заключается в том, что она увеличилась до таких подавляющих размеров по сравнению с ее первоначальным размером. Перспектива аналогична кажущейся плоской Земле в человеческом масштабе, если смотреть с ее поверхности. Наблюдаемая Вселенная на самом деле была лишь очень малой частью реальной Вселенной. Традиционная теория Большого взрыва обнаружила, что значения омеги, близкие к 1, вызывают недоумение, потому что любые отклонения от 1 быстро станут намного, намного больше. В теории инфляции, независимо от того, где начинается омега, она будет приближаться к 1 из-за масштаба расширения Вселенной. Фактически, основным предсказанием инфляционной теории является то, что омега будет найдена равной точно 1.
Две недели спустя Гут услышал, как коллеги обсуждают то, что называется проблемой горизонта . Микроволновое фоновое излучение, открытое Арно Пензиасом и Робертом Вудро Вильсоном, казалось чрезвычайно однородным, почти без отклонений. Это казалось очень парадоксальным, потому что, когда излучение было выпущено примерно через 300 000 лет после Большого взрыва, наблюдаемая вселенная имела диаметр 90 миллионов световых лет . У одного конца космоса не было времени, чтобы связаться с другим концом, потому что энергия не может двигаться быстрее скорости света. Парадокс был разрешен, как вскоре понял Гут, теорией инфляции. Поскольку инфляция началась с гораздо меньшего количества материи, чем предполагал Большой взрыв, количества настолько малого, что все части соприкасались [ неопределенно ] друг с другом. Затем вселенная раздулась со скоростью, соответствующей миллиарду скоростей света, и однородность осталась ненарушенной. Вселенная после инфляции была бы очень однородной, даже если бы ее части больше не могли влиять друг на друга.
Гут впервые обнародовал свои идеи об инфляции на семинаре в SLAC в январе 1980 года. Он проигнорировал магнитные монополи, поскольку они основывались на предположениях GUT, что выходило за рамки его речи. В августе 1980 года он представил свою статью под названием «Инфляционная вселенная: возможное решение проблем горизонта и плоскостности» в журнал Physical Review . [12] В этой статье Гут постулировал, что инфляцию Вселенной можно объяснить, если Вселенная будет переохлаждена на 28 порядков ниже критических температур, необходимых для фазового перехода.
В декабре 1981 года Гут прочитал статью московского физика Андрея Линде , в которой говорилось, что вся вселенная находится в пределах одного пузыря, поэтому столкновения со стенками ничего не разрушают. Этот вывод был сделан с использованием поля Хиггса с энергетическим графиком, который изначально был предложен Сиднеем Коулменом и Эриком Вайнбергом . Гут обсудил это с Линде, который независимо работал над инфляцией пузыря, но не рассматривал проблему плоскостности. Линде и Гут в конечном итоге обменялись статьями по этой теме.
К 1983 году Гут опубликовал статью, в которой описал, что его сценарий переохлажденной Вселенной не идеален, поскольку «пусковой механизм» для выхода из такого состояния потребовал бы «чрезвычайно тонкой настройки параметров», и он считал, что необходимо более естественное решение. [1] [13] [14] Однако это не помешало ему отказаться от убеждения, что Вселенная экспоненциально расширялась в вакууме на ранних этапах своего существования. [15]
В прошлом Гут изучал теорию калибровочной решетки , магнитные монополи и инстантоны , машины времени Готта и ряд других тем в теоретической физике. Большая часть текущей работы Гута включает экстраполяцию флуктуаций плотности, возникающих из различных версий инфляции, для проверки наблюдений и исследования инфляции в моделях « бранного мира ».
Он является профессором физики имени Виктора Ф. Вайскопфа в Массачусетском технологическом институте (MIT). Он написал более 60 технических работ, связанных с эффектами инфляции и ее взаимодействием с физикой элементарных частиц.
Гут завоевал множество наград и медалей, в том числе медаль Международного центра теоретической физики в Триесте, Италия , совместно с Андреем Линде и Полом Стейнхардтом, а также медаль Эддингтона в 1996 году и медаль Исаака Ньютона 2009 года , врученную Британским институтом физики .
В июле 2012 года он стал первым лауреатом Премии за прорыв в фундаментальной физике , учрежденной физиком и интернет-предпринимателем Юрием Мильнером . [16] [17]
В 2014 году он стал одним из лауреатов премии Кавли , присуждаемой Норвежской академией наук и литературы , вместе с Андреем Линде из Стэнфордского университета и Алексеем Старобинским из Института теоретической физики Ландау «за новаторскую разработку теории космической инфляции». [1] [18] [19] В том же году Гут получил премию «Золотая пластина» Американской академии достижений . [20]
В 2005 году Гут выиграл награду за самый грязный офис в Бостоне, организованную The Boston Globe . Его ввели коллеги, которые надеялись, что это пристыдит его и заставит навести порядок, [21] но Гут очень гордится наградой. [22]
люди говорили, что гравитационные волны станут неопровержимым доказательством инфляции, я отвечал, что, по-моему, комната и так уже довольно заполнена дымом.
Эти девять человек являются лауреатами Премии по фундаментальной физике, учрежденной Юрием Мильнером, российским студентом-физиком, который бросил аспирантуру в 1989 году и позже заработал миллиарды, инвестируя в интернет-компании, такие как Facebook и Groupon.
не первый раз, когда работа Гута была отмечена. В прошлом году он получил премию в размере 3 миллионов долларов от Фонда премии по фундаментальной физике. В то время он сказал The New York Times, что баланс его банковского счета вырос с 200 до 3 000 200 долларов.
