Алан Харви Гут ( / ɡ uː θ / ; родился 27 февраля 1947) — 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 пионер теории космической инфляции». [1] Исследования Гута сосредоточены на теории элементарных частиц и на том, как теория частиц применима к ранней Вселенной .
Он окончил Массачусетский технологический институт в 1968 году по физике и остался там, чтобы получить степень магистра и доктора, также по физике.
Будучи младшим физиком элементарных частиц, 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 Теоретическую группу SLAC в Стэнфордском университете , Гут официально предложил идея космической инфляции в 1981 году, идея 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 очень 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 посещал местные государственные школы. [5] После первого года обучения в средней школе Хайленд-Парка , [6] он бросил школу и поступил на пятилетнюю программу в Массачусетский технологический институт , где еще через два года смог получить степень бакалавра и магистра . [7] Гут получил степени бакалавра и магистра в 1969 году и докторскую степень в 1972 году. В 1971 году он женился на Сьюзен Тиш, своей школьной возлюбленной. [6] У них двое детей: Лоуренс (1977 г.р.) и Дженнифер (1983 г.р.). [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 постоянное место работы. работу, потому что доцентов было гораздо меньше, чем молодых ученых, ищущих такую работу, - явление, которое получило название «поколение 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), уделяя особое внимание космологическим фазовым переходам , возникающим в результате спонтанного нарушения симметрии . Большинство GUT предсказывают генерацию магнитных монополей во время спонтанного нарушения симметрии, но ни один из них никогда не был обнаружен — проблема монополя .
Первый шаг Гута к разработке своей теории инфляции был сделан в Корнелле в 1978 году, когда он посетил лекцию Роберта Дике о проблеме плоскостности Вселенной. [10] Дике объяснил, как проблема плоскостности показала, что в теории Большого взрыва в то время не хватало чего-то существенного. Судьба Вселенной зависела от ее плотности. Если бы плотность Вселенной была достаточно велика, она бы превратилась в сингулярность , а если бы фактическая плотность материи в космосе была ниже критической плотности, Вселенная стала бы намного больше.
Следующий этап пути Гута наступил, когда он прослушал лекцию Стивена Вайнберга в начале 1979 года . материи во Вселенной по сравнению с количеством антиматерии. GUT объяснил все фундаментальные силы, известные науке, за исключением гравитации. Было установлено, что в очень горячих условиях, например, после Большого взрыва, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия объединились в одну силу. Вайнберг также был тем, кто подчеркнул идею о том, что Вселенная проходит фазовые переходы , подобные фазам материи, при переходе от высокой энергии к низкой энергии. Обсуждение Вайнбергом вопроса о том, почему материя так доминирует над антиматерией, показало Гуту, как точные расчеты частиц можно получить, изучая первые несколько секунд существования Вселенной.
Гут решил решить эту проблему, предложив переохлаждение при замедленном фазовом переходе. Это казалось очень многообещающим для решения проблемы магнитного монополя . К тому времени, когда Гут и его коллега Генри Тай придумали это, Гут уже год учился в Стэнфордском центре линейных ускорителей (SLAC). Тай предложил проверить, не повлияет ли на расширение Вселенной переохлаждение. Переохлажденное состояние — это ложный вакуум : это вакуум в том смысле, что это состояние наименьшей возможной плотности энергии; оно «ложно», поскольку его состояние непостоянно. Ложный вакуум распадается, 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.
На основе своей теории Гут понял, что причина, по которой Вселенная кажется плоской, заключалась в том, что она увеличилась до огромных размеров по сравнению с ее первоначальным размером. Перспектива аналогична кажущейся плоскостности Земли в человеческом масштабе, если смотреть с ее поверхности. Наблюдаемая Вселенная на самом деле представляла собой лишь очень небольшую часть реальной Вселенной . Традиционная теория Большого взрыва обнаружила, что значения омеги, близкие к 1, вызывают недоумение, поскольку 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, главное предсказание инфляционной теории заключается в том, что омега будет равна ровно 1.
Две недели спустя Гут услышал, как коллеги обсуждали так называемую проблему горизонта . Микроволновое фоновое излучение, открытое Арно Пензиасом и Робертом Вудро Вильсоном, оказалось чрезвычайно однородным и почти без отклонений. Это казалось очень парадоксальным, поскольку, когда излучение высвободилось примерно через 300 000 лет после Большого взрыва, наблюдаемая Вселенная имела диаметр 90 миллионов световых лет . У одного конца космоса не было времени связаться с другим концом, потому что энергия не может двигаться быстрее скорости света. Парадокс был разрешен, как вскоре понял Гут, с помощью теории инфляции. Поскольку инфляция началась с гораздо меньшего количества материи, чем предполагал Большой взрыв, количества настолько малого, что все части были бы в контакте [ неопределенно ] друг с другом. Затем Вселенная раздулась со скоростью, в миллиард раз превышающей скорость света, и однородность осталась ненарушенной. Вселенная после инфляции была бы очень однородной, даже несмотря на то, что 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 игнорировал магнитные монополи, поскольку они были основаны на предположениях GUT, что выходило за рамки выступления. 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 была 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 внутри одного пузыря, поэтому ничто не разрушается при столкновении со стенками. Этот вывод был сделан с использованием поля Хиггса с энергетическим графиком, который первоначально был предложен Сидни Коулманом и Эриком Вайнбергом . Гут обсуждал это с Линде, который независимо работал над раздуванием пузыря, но не рассматривал проблему неравномерности. В конце концов Линде и Гут обменялись статьями по этому вопросу.
К 1983 году Гут опубликовал статью, описывающую, что его сценарий переохлажденной Вселенной не был идеальным, поскольку «спусковой механизм» для выхода из такого состояния потребует «чрезвычайно точной настройки параметров», и чувствовал, что требуется более естественное решение. [1] [13] [14] Однако это не помешало ему поверить в то, что Вселенная расширялась экспоненциально в вакууме в начале своего существования. [15]
В прошлом Гут изучал калибровочную теорию решетки , магнитные монополи и инстантоны , машины времени Готта и ряд других тем теоретической физики. Большая часть текущей работы Гута включает экстраполяцию флуктуаций плотности, возникающих в результате различных версий инфляции, для проверки на основе наблюдений и исследование инфляции в моделях « мира бран ».
Он профессор физики имени Виктора Ф. Вайскопфа в Массачусетском технологическом институте (MIT). Он написал более 60 технических статей, посвященных эффектам инфляции и ее взаимодействию с физикой элементарных частиц.
Гут завоевал множество наград и медалей, в том числе медаль Международного центра теоретической физики в Триесте, Италия , вместе с Андреем Линде и Полом Стейнхардтом , а также медаль Эддингтона в 1996 году, а также медаль Исаака Ньютона 2009 года , присуждаемую Британским институтом физики. .
В июле 2012 года он стал первым лауреатом премии «Прорыв в фундаментальной физике» , учрежденной физиком и интернет-предпринимателем Юрием Мильнером . [16] [17]
В 2014 году он был соучредителем 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 теорию космической инфляции». ." [1] [18] [19] В том же году Гут получил премию «Золотая тарелка» Американской академии достижений . [20]
В 2005 году Гут получил награду за самый грязный офис в Бостоне, организованную The Boston Globe . Его пригласили коллеги, которые надеялись, что это пристыдит его и заставит навести порядок, [21] но Гут очень гордится этой наградой. [22]
Когда люди говорили, что гравитационные волны станут дымящимся пистолетом для инфляции, я ответил, что, по моему мнению, комната уже довольно заполнена дымом.
Все 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 такие интернет-компании, как Facebook и Groupon.
Это не первый раз, когда работа Гута удостаивается такой награды. В прошлом году он получил награду в размере 3 миллионов долларов от Фонда премии фундаментальной физики. Тогда он рассказал The New York Times, что баланс его банковского счета увеличился с 200 до 3 000 200 долларов.
