Tutustu hänen ainutlaatuiseen tarinaansa tässä blogikirjoituksessa. Hän on yksi alkeishiukkasteorian tukipilareista!
Kuka on Alan Guth?
Alan Guth on teoreettinen fyysikko ja kosmologi, joka tunnetaan parhaiten työstään alkeishiukkasteorian parissa ja siitä, miten hiukkasteoriaa voidaan soveltaa alkuvaiheen maailmankaikkeuteen, ja erityisesti hänen noin vuonna 1980 kehittämästään ajatuksesta kosmisesta inflaatiosta ja inflaatiouniversumista, eli ajatuksesta, jonka mukaan alkuvaiheen maailmankaikkeus kävi läpi eksponentiaalisen laajenemisen vaiheen pian alkuräjähdyksen jälkeen positiivisen tyhjiöenergiatiheyden ohjaamana.
Alan Harvey Guth syntyi 27. helmikuuta 1947 New Brunswickin pikkukaupungissa New Jerseyssä Yhdysvalloissa keskiluokkaiselle juutalaispariskunnalle, Hyman ja Elaine Guthille, jotka omistivat pienen ruokakaupan ja kemiallisen pesulan. Hänen varhaislapsuutensa oli merkityksetön, vaikka hänellä olikin vahva kyky matematiikkaan. Hän kävi useita julkisia kouluja, mutta jätti ylimmän kouluvuotensa väliin ilmoittautuakseen viisivuotiseen ohjelmaan Massachusettsin teknillisessä instituutissa (MIT) osittain siksi, että hän pelkäsi joutuvansa kutsutuksi Vietnamin sotaan, jota hän paheksui jyrkästi. Hän suoritti kandidaatin ja maisterin tutkinnot vuonna 1969 ja väitteli tohtoriksi vuonna 1972.
Vuonna 1971 hän meni naimisiin lukioaikaisen rakkaansa Susan Tischin kanssa, ja heillä oli kaksi lasta: Lawrence (1977) ja Jennifer (1983). Valmistumisen jälkeen Guthilla oli kuitenkin vaikeuksia löytää vakituista työpaikkaa, mikä johtui osittain vauvabuumin aiheuttamasta kovasta kilpailusta yliopistojen professoreista, ja hän matkusti yhdeksän vuotta ympäri maata tilapäisissä fysiikkaan liittyvissä postdoc-tutkijan tehtävissä, muun muassa Princetonin (1971-1974), Columbian (1974-1977), Cornellin (1977-1979) ja Stanfordin lineaarikiihdytinkeskuksen (1979-1980) tiloissa.
Princetonin yliopistossa hän keskittyi aluksi hiukkasfysiikkaan, erityisesti kvarkkien eli protonit ja neutronit muodostavien alkeishiukkasten tutkimiseen. Hänen tutkimuksensa kävi kuitenkin tarpeettomaksi, kun kehittyi kvanttikromodynamiikan teoria, joka ironisesti kehitettiin juuri Princetonissa Guthin tietämättä ja joka antoi kvarkille uuden erityisen ominaisuuden nimeltä ”väri”.
Vuonna 1974 Columbian yliopistossa Guth kääntyi enemmän kosmologian ja kosmogeneesin puoleen ja erityisesti magneettisia monopoleja (yksinapaisia magneetteja, jotka oli alun perin ennustettu teoriassa James Clerk Maxwellin yhtälöillä, mutta joita ei ollut vielä löydetty todellisesta maailmankaikkeudesta) koskevaan työhön. Guth ehdotti, että Steven Weinbergin ”sähköheikkoteorian” kuvaama spontaani symmetrian rikkoutumisprosessi varhaisessa maailmankaikkeudessa voisi tuottaa hyvin pieniä epäjatkuvuuskohtia, joilla olisi magneettisten monopolien ominaisuuksia.
Hän aloitti kosmisen inflaation teoriansa kehittämisen ollessaan Cornellissa vuonna 1978 etsiessään ratkaisuja maailmankaikkeuden alkuräjähdysmallin ”litteysongelmaan” ja itse havaitsemaansa ongelmaan eli magneettisten monopolien ilmeiseen puuttumiseen. Jälleen kerran hän tukeutui Steve Weinbergin aiempaan työhön, nimittäin hänen Grand Unified -teoriaansa (yritys yhdistää sähkömagneettinen, heikko ja vahva ydinvoima).
Guthin ehdottama ratkaisu näihin ongelmiin sisältää hyvin lyhyen mutta hyvin nopean alijäähtymisjakson viivästyneen faasimuutoksen aikana, jolloin syntyy ”väärä tyhjiö” (väliaikainen epävakaa tila, jossa on pienin mahdollinen energiatiheys). Guth havaitsi, että väärän tyhjiön hajoaminen maailmankaikkeuden alussa voi tuottaa hämmästyttäviä tuloksia, kuten nopean ja yhä nopeamman laajenemisen, jota hän kutsui kosmiseksi inflaatioksi.
Inflaation aiheuttama maailmankaikkeuden uskomattoman laaja laajeneminen ”ratkaisi” sekä Robert Dickesin litteysongelman että Guthin monopoliongelman. Se ratkaisi kuitenkin myös alkuräjähdysteorian ”horisonttiongelman” (hiljattain tehty havainto, jonka mukaan kosminen taustasäteily näytti olevan äärimmäisen tasaista koko maailmankaikkeudessa, lähes nollahajonta, mikä oli paradoksaalista, koska kosmisen taustasäteilyn syntyhetkellä ei olisi pitänyt olla riittävästi aikaa, jotta kosmoksen toinen pää olisi voinut olla yhteydessä toiseen päähän). Guthin inflaatioteorian mukaan maailmankaikkeus kuitenkin räjähti niin nopeasti, ettei olennaista homogeenisuutta ehditty rikkoa, ja inflaation jälkeinen maailmankaikkeus olisi näin ollen ollut hyvin yhtenäinen, vaikka osat eivät vielä olleetkaan yhteydessä toisiinsa.
Guth esitti ensimmäisen kerran ajatuksensa kosmisesta inflaatiosta Stanfordin Lineaarikiihdytinkeskuksessa pidetyssä seminaarissa vuoden 1980 alussa, ja hän muuttui yhdessä yössä työpaikkanäkymiensä puolesta murehtimisesta tarjousten rynnistämiseksi. Hän palasi MIT:hen vuonna 1980, ja hänestä tuli fysiikan professori vuonna 1986.
Joitakin aikoja hän ei kuitenkaan löytänyt keinoa pysäyttää inflaatiota (jotta tähdet ja galaksit voisivat muodostua), jota kutsutaan usein ”graceful exit” -ongelmaksi, ja hän piti omaa teoriaansa epäonnistuneena tästä syystä. Mutta luettuaan venäläisen fyysikon Andrei Linden (joka oli työskennellyt ongelman parissa itsenäisesti) artikkelin ja Paul Steinhardtin (joka oli myös työskennellyt armollisen poistumisen ongelman parissa) loppuvuodesta 1981 hän alkoi vaihtaa artikkeleita näiden muiden teoreetikkojen kanssa ja auttaa toisiaan kehittämään inflaatioteoriaa, ja Guthin alkuperäisen mallin jälkeen on tehty monia tarkennuksia ja tarkistuksia.
Viime aikoina Guth on ilmaissut uskovansa, että meidän maailmankaikkeutemme on vain yksi lukemattomista universumeista, jotka ovat syntyneet osana multiversumia. Tämän teorian mukaan kosminen inflaatio ei koskaan lopu, vaan laajenee edelleen eksponentiaalista vauhtia, ja uusia universumeja syntyy jatkuvasti ”kuplina” inflaatioprosessin sisällä (tämä teoria muistuttaa tietyllä tavalla Fred Hoylen diskreditoitua tasaista tilaa kuvaavaa teoriaa). Hän uskoo, että koko kosmoksen loivat kvanttivaihtelut tyhjästä (mikä on hänen mukaansa täydellisesti yhteensopiva energian säilymislain kanssa, koska energian kokonaisarvo pysyy nollassa), ja häntä siteerataan sanomalla, että ”maailmankaikkeus on äärimmäinen ilmainen lounas”.
Guth luennoi edelleen Massachusettsin teknillisessä instituutissa (MIT), ja hän on kirjoittanut yli 60 teknistä artikkelia kosmisen inflaation vaikutuksista ja sen vuorovaikutuksesta hiukkasfysiikan kanssa. Hän on saanut lukuisia palkintoja ja mitaleja, muun muassa International Center for Theoretical Physics -mitalin ja Eddington-mitalin. Hänen vuonna 1998 ilmestyneestä kirjastaan ”The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins” (Inflaatiouniversumi: Kosmisen alkuperän uuden teorian etsintä) tuli suosittu bestseller.
Löydä seuraava artikkelimme: Kuka oli Alexandre Friedmann?