Кіріспе
Американдық теориялық физик және космолог Алан Харви Гут (/g//uː//θ/; 1947 жылдың 27 ақпанында туған) – Массачусетс технология институтында физика профессоры болып табылатын американдық теориялық физик және космолог. Алексей Старобинский мен Андрей Линдемен бірге ол "космостық инфляция теориясын дамытқаны үшін" 2014 жылғы Кавли сыйлығының иегері атанды. Гуттың зерттеулері элементар бөлшектер теориясына және осы теорияның ерте ғаламға қалай қолданылатынына бағытталған. Ол 1968 жылы MIT-ті физика мамандығы бойынша бітірді, содан кейін физикадан магистр және доктор ғылымдарының дәрежесін алды. Гут 1979 жылы Корнелл университетінде космостық инфляция идеясын жасады және 1980 жылдың қаңтарында осы тақырыпта алғашқы семинарын өткізді. Стенфорд университетіндегі SLAC теориялық тобына көшкеннен кейін, Гут 1981 жылы космостық инфляция идеясын ресми түрде ұсынды, бұл идеяға сәйкес, жаңа ғалам оң вакуумдық энергия тығыздығымен (теріс вакуумдық қысыммен) басқарылатын экспоненциалдық кеңею фазасынан өтті. 2006 жылғы WMAP миссиясының нәтижелері космостық инфляцияның дұрыстығын нақты дәлелдеді.
Alan Harvey Guth (/g//uː//θ/; born February 27, 1947) is an American theoretical physicist and cosmologist who is the Victor Weisskopf Professor of Physics at the Massachusetts Institute of Technology. Along with Alexei Starobinsky and Andrei Linde, he won the 2014 Kavli Prize "for pioneering the theory of cosmic inflation." Guth's research focuses on elementary particle theory and how particle theory is applicable to the early universe. He graduated from MIT in 1968 in physics and stayed to receive a master's and a doctorate, also in physics. As a junior particle physicist, Guth developed the idea of cosmic inflation in 1979 at Cornell and gave his first seminar on the subject in January 1980. Moving on to the SLAC Theory Group at Stanford University, Guth formally proposed the idea of cosmic inflation in 1981, the idea that the nascent universe passed through a phase of exponential expansion that was driven by a positive vacuum energy density (negative vacuum pressure). The results of the WMAP mission in 2006 made the case for cosmic inflation very compelling.
Ерте өмір және білім
Гут 1947 жылы Нью-Брансуикте, Нью-Джерси штатында еврей отбасында дүниеге келді және Раритан өзенінің арғы жағындағы Хайленд Паркте өсті, онда ол жергілікті мемлекеттік мектептерде оқыды. Хайленд Парк орта мектебінің үшінші курсын бітіргеннен кейін ол мектепті тастап, Массачусетс технология институтының бес жылдық бағдарламасына түсті, онда тағы екі жылдан кейін бакалавр және магистр дәрежелерін алуға мүмкіндік болды. Гут 1969 жылы бакалавр және магистр, ал 1972 жылы докторлық дәрежесін алды. 1971 жылы ол мектептегі сүйіктісі Сьюзан Тишке үйленді. Гут 1971 жылдан 1974 жылға дейін Принстон университетінде, 1974 жылдан 1977 жылға дейін Колумбия университетінде, 1977 жылдан 1979 жылға дейін Корнелл университетінде және 1979 жылдан 1980 жылға дейін Стенфорд сызықтық үдеткіш орталығында (SLAC) жұмыс істеді. Бейби-бум дәуіріндегі көптеген жас физиктер сияқты, ол тұрақты жұмыс табуда қиындықтарға тап болды, себебі мұндай жұмысты іздеген жас ғалымдар санына қарағанда профессорлық көмекші орындардың саны өте аз болды, бұл құбылыс "жоғалған ғалымдар буыны" деп аталады. Гут мансабының басында физикалық космология емес, бөлшектер физикасын зерттеді. Гуттың Принстон университетіндегі алғашқы жұмысы протон мен нейтронды құрайтын элементарлық бөлшектер – кварктарды зерттеумен байланысты болды. Колумбия университетінде Гут спонтанды симметрия бұзу арқылы туындайтын космологиялық фазалық өтулерге назар аудара отырып, Ұлы Біріктіру Теорияларын (GUT) зерттеді. Көптеген GUT-тер спонтанды симметрия бұзу кезінде магниттік монопольдердің пайда болуын болжайды, бірақ олардың ешқайсысы анықталған жоқ – бұл монополь мәселесі.
Инфляциялық теория
Гуттың инфляция теориясын дамытудағы алғашқы қадамы 1978 жылы Корнеллде болды, ол Роберт Диккенің ғаламның тегістілігі туралы лекциясына қатысты. Дикке сол кездегі Ұлы жарылыс теориясында бір маңызды нәрсенің жоқ екенін қалайша жазықтық проблемасы көрсеткенін түсіндірді. Ғаламның тағдыры оның тығыздығына байланысты болды. Егер ғаламның тығыздығы жеткілікті болса, онда ол сингулярлық күйге түседі, ал егер ғаламдағы материяның нақты тығыздығы критикалық тығыздықтан төмен болса, ғалам өте үлкен болады. Гуттың жолындағы келесі кезең 1979 жылдың басында Стивен Вайнбергтің лекциясын тыңдаған кезде болды. Вайнберг 1974 жылдан бері дамыған Ұлы Біріккен Теория (GUT) туралы және оның ғаламдағы материяның антиматериямен салыстырғанда қаншалықты көп екенін қалай түсіндіре алатыны туралы екі дәріс берді. ГУТ-да гравитациядан басқа ғылымға белгілі барлық негізгі күштер түсіндірілді. Бұл теорияның негізінде, өте ыстық жағдайда, мысалы, Ұлы жарылыстан кейін, электромагнетизм, күшті ядролық күш және әлсіз ядролық күш бірігіп, бір күшті құрайды. Вайнберг сонымен қатар ғаламның фазалық ауысулар арқылы өтейтіндігі идеясын алға тартқан адам болды, материяның фазаларына ұқсас, жоғары энергиядан төмен энергияға ауысқанда. Вейнбергтің материяның антиматерияға қарағанда неге басым екендігі туралы талқылауы Гутқа ғаламның алғашқы бірнеше секундын зерттеу арқылы бөлшектер туралы қаншалықты дәл есептеулер алуға болатынын көрсетті. Гут бұл мәселені кейінге қалдырылған фазалық ауысу кезінде суперсауытуды ұсыну арқылы шешуге шешім қабылдады. Бұл магниттік монопол мәселесін шешу үшін өте перспективалы болып көрінді. Гут пен оның әріптесі Генри Тай осыны ойлап тапқан кезде Гут Стенфордтың Сызықтық үдету орталығынан (SLAC) бір жыл бойы жұмыс істеді. Тай ғаламның кеңеюіне суперсуыту әсер етпейтінін тексеруді ұсынды. Супер суытылған күй - жалған вакуум: Бұл энергия тығыздығының ең төменгі күйі деген мағынада вакуум; ол "жалған", өйткені оның күйі тұрақты емес. Жалған вакуумдар ыдырайды, ал Гут ғаламның басында жалған вакуумның ыдырауы кеңістіктің экспоненциалды кеңеюін тудырады деп тапты. Бұл монополия проблемасын шешті, өйткені кеңею монополия тығыздығын тепе-теңдікпен төмендетеді. Гут өзінің теориясынан ғаламның жазық болып көрінуінің себебі оның бастапқы көлемімен салыстырғанда осындай үлкен көлемге ұлғаюы екенін түсінді. Перспектива жер бетінен көрінген кезде адам өлшемі бойынша Жердің жалпақтығына ұқсас. Байқалатын ғалам шын мәнінде нақты ғаламның өте кішкентай бөлігі ғана еді. Ұлы жарылыс теориясы Омеганың 1 шамасына жақын мәнін тапқан, өйткені 1 шамасынан ауытқулар тез арада әлдеқайда үлкен болады. Инфляция теориясында омега қайдан басталса да, ол 1 -ге жақын болады, өйткені ғаламның кеңейуі. Нақты айтқанда, инфляциялық теорияның негізгі болжамы омега дәл 1 деп анықталады. Екі аптадан кейін Гут әріптестерінің "горизонт мәселесі" деп аталатын мәселені талқылағанын естіді. Арно Пензиас пен Роберт Вудро Вильсон ашқан микротолқынды фондық сәулелену өте біркелкі болып көрінді, оның айырмашылығы жоқ. Бұл өте парадоксалды көрінді, өйткені сәуле шығару Ұлы жарылыстан кейін 300 000 жыл өткенде, байқалатын ғаламның диаметрі 90 миллион жарық жылы болды. Космостың бір шетінен екінші шетке хабарласуға уақыт болмады, себебі энергия жарық жылдамдығынан жылдам қозғала алмайды. Гут көп ұзамай түсінгендей, парадокс инфляция теориясымен шешілді. Инфляция Ұлы жарылыстан бұрын болған материяның әлдеқайда аз мөлшерінен басталғандықтан, барлық бөліктері бір-бірімен байланыста болатын өте аз мөлшерде. Содан соң ғалам жарық жылдамдығынан миллиард есе жылдамдықпен өршіді, ал біртектілік бұзылмай қалды. Инфляциядан кейінгі ғалам біркелкі болар еді, тіпті оның бөлшектері бір-біріне әсер ете алмаса да. Гут алғаш рет 1980 жылдың қаңтарында SLAC-те өткен семинарда инфляция туралы өз идеяларын жариялады. Ол магниттік монополияларды елемеді, өйткені олар GUT-тің болжамдарына негізделген, бұл сөздің аясынан тыс болды. 1980 жылдың тамызында ол "Инфляциялық ғалам: горизонт пен жазықтық проблемаларының мүмкін болатын шешімі" атты мақаласын Physical Review журналына тапсырды. Бұл мақалада Гут ғаламның инфляциясын егер ғалам фазалық өзгеріске қажетті критикалық температурадан 28 шамадан төмен суытса түсіндіре алатындығын болжады. 1981 жылдың желтоқсан айында Гут москвалық физик Андрей Линденің бүкіл ғалам бір ғана көпіршікте екенін, сондықтан қабырғалардың соқтығысуынан ештеңе жойылмайтынын айтқан мақаласын оқыды. Бұл қорытынды Сидни Коулман мен Эрик Вейнберг бастапқыда ұсынған энергия графигі бар Хиггс өрісін пайдаланып жасалды. Гут бұл туралы Линденмен талқылады, ол өздігінен көпіршік инфляциясымен айналысып жатқан, бірақ жазықтық проблемасын ескермеген. Линден мен Гут ақырында осы тақырыпта мақала алмасты. 1983 жылға қарай Гут өзінің суперсуытылған ғалам сценарийінің идеалды емес екенін сипаттаған мақала жариялады, өйткені мұндай күйден шығу үшін "триггерлік механизмге" параметрлердің "өте жоғары дәлдігі" қажет, және табиғирақ шешім қажет деп ойлады. Дегенмен, бұл оны ғаламның өмірінің басында вакуумда экспоненциалды түрде кеңейгеніне сенуінен айырмады.
Ағымдағы мүдделер
Бұрын Гут тор өлшегіш теориясын, магниттік монопольдар мен инстантондарды, Готт уақыт машиналарын және теориялық физиканың көптеген басқа да тақырыптарын зерттеген. Гуттың қазіргі жұмысының басым бөлігі инфляцияның әртүрлі нұсқаларынан туындаған тығыздық флуктуацияларын бақылаулармен салыстырып тексеруге және "бран әлемі" модельдерінде инфляцияны зерттеуге қатысты. Ол Массачусетс технология институтының (МИТ) Виктор Ф. Вайскопф атындағы физика профессоры. Гут инфляцияның әсері және оның элементар бөлшектер физикасымен өзара әрекеттесуіне қатысты 60-тан астам ғылыми мақала жазған.
Құрмет пен марапаттар
Гут көптеген марапаттар мен медальдарды жеңіп алды, соның ішінде Италияның Триест қаласындағы Халықаралық теориялық физика орталығының медалін Андрей Линде мен Пол Штайнхардтпен бірге, 1996 жылғы Эддингтон медалін және 2009 жылғы Британдық физика институтының Исаак Ньютон медалін. 2012 жылдың шілдесінде ол физик және интернет кәсіпкері Юрий Милнердің құрылған Фундаменталды физика саласындағы «Жаңару» сыйлығының алғашқы иегері атанды. 2014 жылы ол Стэнфорд университетінің Андрей Линдесімен және Ландау теориялық физика институтының Алексей Старобинскийімен бірге «космостық инфляция теориясын дамытқаны үшін» Норвегия ғылым және әдебиет академиясының Кавли сыйлығын бөлісіп алды. Сол жылы Гут Америка жетістіктері академиясының «Алтын табақ» сыйлығына ие болды. 2005 жылы Гут «The Boston Globe» газеті ұйымдастырған Бостон қаласындағы ең шатақ кеңсе иегері атанды. Оны әріптестері кеңсесін тазалауға шақыру үшін ұсынған, бірақ Гут бұл сыйлықтан қатты мақтан тұтады.