Алан Гут - Alan Guth

Алан Гут
AlanGuthCambridge.jpg
Родился
Алан Харви Гут

( 1947-02-27 )27 февраля 1947 г. (74 года)
Национальность Американец
Альма-матер Массачусетский Институт Технологий
Известен Космическая инфляция
Теорема Борде – Гута – Виленкина
Инфлатон
Супруг (а)
Сьюзан Тиш
( М.  1971)
Дети 2, в том числе Ларри Гут
Награды Премия Школы наук Массачусетского технологического института за обучение на бакалавриате

Медаль Оскара Клейна (1991 г.)
Медаль Бенджамина Франклина за физику Института Франклина Медаль
Института физики Исаака Ньютона (2009 г.)
Премия Дирака Международного центра теоретической физики в Триесте
Премия Грубера по космологии (2004 г.)
Премия за фундаментальную физику (2012 г.)

Премия Кавли (2014)
Научная карьера
Поля Космология , теоретическая физика , физика элементарных частиц
Учреждения Принстон,
Колумбия,
Корнелл,
Стэнфорд, линейный ускоритель,
Массачусетский технологический институт
Докторант Фрэнсис Э. Лоу
Влияния Роберт Х. Дике

Алан Харви Гут ( / ɡ θ / ; родился 27 февраля 1947 г.) - американский физик-теоретик и космолог . Гут исследовал теорию элементарных частиц (и то, как теория частиц применима к ранней Вселенной ). Это Виктор Вайскопф, профессор физики Массачусетского технологического института . Вместе с Алексеем Старобинским и Андреем Линде он получил премию Кавли 2014 года «за пионерскую теорию космической инфляции».

Он окончил Массачусетский технологический институт в 1968 году по специальности физика и остался, чтобы получить степень магистра и доктора, в том числе по физике.

Будучи младшим физиком по физике элементарных частиц, Гут разработал идею космической инфляции в 1979 году в Корнелле и провел свой первый семинар по этой теме в январе 1980 года. Переходя к теоретической группе SLAC в Стэнфордском университете, Гут официально предложил идею космической инфляции в 1981 году. идея о том, что зарождающаяся Вселенная прошла через фазу экспоненциального расширения, которая была вызвана положительной плотностью энергии вакуума (отрицательным вакуумным давлением). Результаты миссии WMAP в 2006 году сделали аргументы в пользу космической инфляции очень убедительными.

ранняя жизнь и образование

Гут родился в 1947 году в еврейской семье в Нью-Брансуике, штат Нью-Джерси, и вырос на другом берегу реки Раритан в Хайленд-парке , где учился в местных государственных школах. После первого года обучения в средней школе Хайленд-Парк он бросил школу и поступил на пятилетнюю программу в Массачусетский технологический институт, где он мог получить степень бакалавра и магистра еще через два года. 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. У них двое детей: Лоуренс (1977 г.р.) и Дженнифер (1983 г.р.).

Гут работал в Принстоне с 1971 по 1974 год, в Колумбии 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 многие другие молодые физики эпохи бэби-бума , ему было трудно найти постоянный работа, потому что было гораздо меньше доцентов, чем молодых ученых, ищущих такую ​​работу, - явление, которое было названо «поколением потерянных ученых».

В начале своей карьеры Гут изучал физику элементарных частиц , а не физическую космологию . Самая ранняя работа Гута в Принстоне была связана с изучением кварков , элементарных частиц, из которых состоят протоны и нейтроны. В Колумбийском университете Гут изучал великое объединение (GUT), уделяя особое внимание фазовым переходам, вызванным спонтанным нарушением симметрии . Большинство GUT предсказывают генерацию магнитных монополей во время спонтанного нарушения симметрии, но ни один из них никогда не был обнаружен - проблема монополя .

Карьера

Инфляционная теория

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. Дике объяснил, как проблема плоскостности показала, что в то время в теории Большого взрыва не хватало чего-то значительного . Судьба Вселенной зависела от ее плотности. Если бы плотность Вселенной была достаточно большой, она схлопнулась бы в сингулярность , а если бы фактическая плотность материи в космосе была бы ниже критической плотности, Вселенная стала бы намного больше.

Следующим этапом на пути Гута стало то, что он услышал лекцию Стивена Вайнберга в начале 1979 года. В двух лекциях Вайнберг говорил о Теории Великого Объединения (GUT), которая разрабатывалась с 1974 года, и о том, как она может объяснить огромное количество материи в Вселенная по сравнению с количеством антивещества. GUT объяснил все фундаментальные силы, известные в науке, за исключением гравитации. Было установлено, что в очень жарких условиях, например, после Большого взрыва, электромагнетизм, сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие объединяются в одну силу. Вайнберг также был тем, кто подчеркнул идею о том, что Вселенная претерпевает фазовые переходы, подобные фазам материи, при переходе от высокой энергии к низкой. Обсуждение Вайнбергом того, почему материя настолько доминирует над антивеществом, показало Гуту, насколько точные вычисления относительно частиц можно получить, изучая первые несколько секунд Вселенной.

Гут решил решить эту проблему, предложив переохлаждение во время замедленного фазового перехода. Это казалось очень многообещающим для решения проблемы магнитного монополя . К тому времени, когда Гут и его сотрудник Генри Тай придумали это, Гут на год ушел в Стэнфордский центр линейных ускорителей (SLAC). Тай предложил проверить, не повлияет ли переохлаждение на расширение Вселенной. Переохлажденное состояние - это ложный вакуум : это вакуум в том смысле, что это состояние с наименьшей возможной плотностью энергии; оно «ложно», поскольку не является постоянным состоянием. Ложный вакуум распадается, и Гут удивительно обнаружил, что распад ложного вакуума в начале Вселенной приведет к экспоненциальному расширению пространства. Это решило проблему монополя , поскольку расширение пропорционально снижает плотность монополя.

Гут понял из своей теории, что причина, по которой Вселенная кажется плоской, заключалась в том, что она увеличилась до таких огромных размеров по сравнению с ее первоначальным размером. Перспектива аналогична кажущейся плоской поверхности Земли в человеческом масштабе, если смотреть с ее поверхности. Наблюдаемая Вселенная была на самом деле лишь очень небольшая часть 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 приближается к 1 из-за масштаба расширения Вселенной. Фактически, главное предсказание теории инфляции состоит в том, что омега будет точно равна 1.

Две недели спустя Гут услышал, как коллеги обсуждают нечто, называемое проблемой горизонта . Фоновое микроволновое излучение, обнаруженное Арно Пензиасом и Робертом Вудро Вильсоном, выглядело чрезвычайно однородным, почти без изменений. Это казалось очень парадоксальным, потому что, когда излучение вышло примерно через 300 000 лет после Большого взрыва, наблюдаемая Вселенная имела диаметр 90 миллионов световых лет . У одного конца космоса не было времени общаться с другим, 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 вещества, чем предполагал Большой взрыв, количества настолько маленького, что все части должны были бы соприкасаться друг с другом. Затем Вселенная расширилась со скоростью, в миллиард раз превышающей скорость света, и однородность осталась неизменной. Вселенная после инфляции была бы очень однородной, даже если бы ее части больше не могли влиять друг на друга.

Гут впервые обнародовал свои идеи по инфляции на семинаре в SLAC в январе 1980 года. Он проигнорировал магнитные монополи, потому что они были основаны на предположениях о GUT, что выходило за рамки его выступления. В августе 1980 года он представил свою статью под названием «Инфляционная вселенная: возможное решение проблем горизонта и плоскостности» в журнал Physical Review . В этой статье Гут постулировал, что раздувание 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 внутри одного пузыря, поэтому столкновения со стенками ничего не разрушают. Этот вывод был сделан с использованием поля Хиггса с графиком энергии, которое первоначально было предложено Сидни Коулманом и Эриком Вайнбергом . Гут обсудил это с Линде, который независимо работал над раздуванием пузырей, но не рассматривал проблему плоскостности. В конце концов Линде и Гут обменялись документами по этому поводу.

К 1983 году Гут опубликовал статью, в которой описывал, что его сценарий переохлажденной Вселенной не был идеальным, поскольку «пусковой механизм» для выхода из такого состояния потребовал бы «чрезвычайно точной настройки параметров» и чувствовал, что требуется более естественное решение. Однако это не помешало ему поверить в то, что Вселенная экспоненциально расширялась в вакууме в раннем возрасте.

Текущие интересы

В прошлом Гут изучал теорию калибровочной решетки, магнитные монополи и инстантоны , машины времени Готта и ряд других вопросов теоретической физики. Большая часть текущей работы Гута включает экстраполяцию флуктуаций плотности, возникающих из-за различных версий инфляции, для проверки на основе наблюдений и исследования инфляции в моделях « мира бран ».

Он профессор физики в Массачусетском технологическом институте (MIT), профессор Виктора Ф. Вайскопфа . Он написал более 60 технических работ, связанных с эффектами инфляции и ее взаимодействием с физикой элементарных частиц.

Почести и награды

Гут получил множество наград и медалей, в том числе медаль Международного центра теоретической физики, Триест, Италия , с Андреем Линде и Полом Стейнхардтом, а также медаль Эддингтона в 1996 году и медаль Исаака Ньютона в 2009 году , присужденную Британским институтом физики. .

В июле 2012 года он стал первым лауреатом Премии по фундаментальной физике , созданной физиком и интернет-предпринимателем Юрием Мильнером .

В 2014 году вместе с Андреем Линде из Стэнфордского университета и Алексеем Старобинским из Института теоретической физики Ландау он стал со-лауреатом премии Кавли, присужденной Норвежской академией наук и литературы , «за новаторство в теории космической инфляции. . " В том же году Гут получил премию «Золотая тарелка» Американской академии достижений .

В 2005 году Гут получил награду за самый грязный офис в Бостоне, организованную Boston Globe . Его пригласили коллеги, которые надеялись, что ему будет стыдно навести порядок, но Гут весьма гордится наградой.

Публикации

  • Гут, Алан (1997). Инфляционная Вселенная: поиски новой теории космического происхождения . Книги Персея. ISBN 0201328402.
  • Гут, Алан (осень 2002 г.). «Инфляция и новая эра высокоточной космологии» (PDF) . физика @ mit . Физический факультет Массачусетского технологического института.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки