10 kérdés Alan Guthnak, az Univerzum inflációs modelljének úttörőjének

10 kérdés Alan Guthnak, az Univerzum inflációs modelljének úttörőjének

A papírok és üres Coke Zero palackok hegye alá temetve Alan Guth a kozmosz eredetén elmélkedik. Guth, a világhírű elméleti fizikus és a Massachusetts Institute of Technology professzora a legismertebb a kozmikus infláció elméletének úttörője, egy olyan modell, amely megmagyarázza az univerzum exponenciális növekedését a másodperc töredékeivel az ősrobbanás után, és annak folyamatosságát. bővítés ma.

A kozmikus infláció azonban nemcsak az Ősrobbanás mögött meghúzódó fizikát írja le. Guth úgy véli, ez is alátámasztja azt az elképzelést, hogy a mi univerzumunk egy a sok közül, és még több univerzum alakul ki.



A Science Friday az MIT-re indult (ahol ez az író is dolgozik, de egy másik részlegen), hogy az irodájában csevegjen Guth-tal a végtelen kozmoszban rejlő végtelen lehetőségekről és a szerencsesütiről, amely megváltoztatta az életét.

Alan Guth 2007-ben. Fotó: Betsy Devine/Wikipédia/CC BY-SA 3.0

Tudományos Péntek: Mitől jött rá, hogy tudós szeretne lenni?
Alan Guth: Emlékszem egy eseményre a gimnáziumban, ami talán azt jelzi, hogy elsősorban elméleti fizikus szeretnék lenni. Középiskolai fizikát tanultam, és egy barátom csinált egy kísérletet, ami abból állt, hogy vett egy udvari botot, és különböző helyeken lyukakat ütöttek bele, és ezeken a különböző lyukakon elforgattam, és megnézték, hogyan függ az időszak attól, hogy hol van a lyuk. Ezen a ponton éppen elég alapvető fizikát és számítást tanultam ahhoz, hogy ki tudjam számítani, mi a válasz erre a kérdésre. Emlékszem, egy délután összeültünk, és összevetettük a képletemet az ő adataival egy diaszabály segítségével a számításokhoz. Valójában működött. Nagyon izgatott az ötlet, hogy valóban ki tudjuk számítani a dolgokat, és ezek valóban tükrözik a való világ működését.

Ön részecskefizikából készítette a szakdolgozatát, és azt mondta, hogy nem úgy sikerült, ahogy szerette volna. Tudna erről mesélni?
A disszertációm a kvark modellről szólt, és arról, hogy a kvarkok és antikvarkok hogyan tudnak mezonokká kötődni. De valójában éppen azelőtt történt, hogy a kvarkok elmélete nagy forradalmon ment keresztül [amikor a fizikusok eltértek attól a hittől, hogy a kvarkok nehéz részecskék, amelyek kombinálódásuk során nagy kötési energiával rendelkeznek, hanem a kvantumkromodinamikai elméletig, amely szerint a kvarkok valójában nagyon könnyűek és kötési energiájuk. növekszik, ahogy távolabb kerülnek egymástól]. Én a forradalom rossz oldalán álltam. A diplomamunkám többé-kevésbé teljesen elavulttá vált, amikor megírtam. Természetesen sokat tanultam azáltal.

Mi indított el a kozmológiára?
Valójában csak [részecskefizika] posztdoktori létem nyolcadik évében kerültem be a kozmológiába. A Cornell egyik posztdoktori kollégáját, Henry Tye-t felkeltette a részecskeelméletek egy akkoriban újszerű osztálya, az úgynevezett grand unified theories [részecskefizikai modellek, amelyek leírják, hogy az univerzum négy alapvető ereje közül három – az elektromágnesesség, a gyenge magkölcsönhatások és az erős nukleáris kölcsönhatások. kölcsönhatások – rendkívül nagy energiáknál egy erőként működnek]. Egy nap eljött hozzám, és megkérdezte, vajon ezek a nagy egységes elméletek előrevetítik-e, hogy léteznek mágneses monopólusok [olyan részecskék, amelyek nettó mágneses északi töltéssel vagy nettó mágneses déli töltéssel rendelkeznek.]

Akkoriban nem ismertem a nagy egységes elméleteket, így meg kellett tanítania, amit meg is tett, nagyon sikeresen. Akkor tudtam eleget ahhoz, hogy összerakjam a kettőt és a kettőt, és arra a következtetésre juthassak – ahogyan biztos vagyok benne, hogy sokan tették szerte a világon –, hogy igen, a nagy egységes elméletek azt jósolják, hogy léteznie kell mágneses monopólusoknak, de felháborítóan nehézek lesznek. Súlyuk körülbelül 10-16-szor annyi lenne, mint egy proton [ami azt jelenti, hogy a tudósok elméletileg képesek lesznek megfigyelni őket az univerzumban, bár még senki sem tette meg].

Körülbelül hat hónappal később a [Nobel-díjas] Steve Weinberg látogatást tett Cornellben, aki egy mesés fizikus, és valaki, akit az MIT végzős hallgatói éveimből ismertem. Azon dolgozott, hogy a nagy egységes elméletek hogyan magyarázhatnák meg az anyagtöbbletet az antianyaggal szemben [a világegyetemben], de ez ugyanazt az alapvető fizikát foglalta magában, mint annak meghatározása, hogy hány monopólus létezett a korai univerzumban. Úgy döntöttem, ha Steve Weinbergnek elég értelmes, hogy dolgozzon rajta, akkor én is miért ne?

Kis idő elteltével Henry Tye és én arra a következtetésre jutottunk, hogy túl sok mágneses monopólus keletkezne, ha a hagyományos kozmológiát kombináljuk a hagyományos nagy egységes elméletekkel. Megkaptuk a publikálást, de Henryvel úgy döntöttünk, hogy továbbra is megpróbáljuk kitalálni, hogy van-e valami megváltoztatható, ami talán lehetővé tenné, hogy a nagy egységes elméletek összhangban legyenek az általunk ismert kozmológiával.

Hogyan jutott eszébe a kozmikus infláció?
Kicsit azelőtt, hogy Henry Tye-vel elkezdtem volna beszélni a monopólusokról, Bob Dicke, egy princetoni fizikus és kozmológus előadást tartott a Cornellben, amelyben bemutatott valamit, amit lapossági problémának neveztek, a korai korszak tágulási sebességével kapcsolatos problémát. az univerzum, és milyen pontosan kell finomhangolni, hogy az univerzum működjön, hogy olyan univerzumot hozzon létre, mint amilyenben mi élünk [vagyis egy olyan univerzumot, amelynek nincs tér-idő görbülete vagy nincs is, és ezért szinte tökéletesen „lapos”]. Ebben a beszédben Bob Dicke elmondta nekünk, hogy ha a kezdet után egy másodperccel az univerzumra gondolunk, akkor a tágulási sebességnek 15 tizedesjegyig pontosan meg kell haladnia, különben az univerzum túl gyorsan szétrepül ahhoz, hogy bármilyen szerkezet megtörjön. túl gyorsan formálódik vagy összeomlik ahhoz, hogy bármilyen struktúra kialakuljon.

Akkoriban azt hittem, hogy ez valami csodálatos, de nem is értettem. De miután hat hónapig dolgoztam ezen a mágneses monopólus kérdésen, egy éjszaka arra a felismerésre jutottam, hogy az a fajta mechanizmus, amelyre gondoltunk és amely elnyomja az Ősrobbanás után keletkező mágneses monopólusok mennyiségét [a „mechanizmus” egy fázis A nagymértékű túlhűtés után bekövetkező átmenet] meglepő hatással lenne az univerzumot az exponenciális tágulás időszakába – amit ma inflációnak nevezünk –, és ez az exponenciális tágulás megoldaná ezt a lapossági problémát. Ez az univerzumot is pontosan arra a megfelelő tágulási sebességre vonná, amelyre az ősrobbanásnak szüksége volt [a miénkhez hasonló univerzum létrehozásához].

Korábbi beszélgetései során azt mondta, hogy a szerencsesüti jogosan fontos szerepet játszott a karrierjében. Hogy hogy?
1980 tavaszán, miután előálltam az infláció gondolatával, úgy döntöttem, hogy a legjobb módja annak, hogy ezt a népszerűsítést az, ha sokat beszélek róla. Meglátogattam az MIT-t, de az MIT nem hirdetett állást abban az évben. A hathetes utazás legutolsó napján a Marylandi Egyetemen voltam, és elvittek egy kínai vacsorára, és a kínai szerencsesütiben kapott vagyon azt mondta: „Izgalmas lehetőség vár rád, ha nem vagyok túl félénk.' Elgondolkodtam ezen, és úgy döntöttem, hogy talán mondani akar nekem valamit. Amikor visszatértem Kaliforniába, felhívtam az MIT egyik oktatóját, és dadogva azt mondtam, hogy nem jelentkeztem semmilyen állásra, mert nincs állás az MIT-ben, de el akartam mondani nekik, hogy ha lehet, hogy érdekel, szívesen jönnék. Aztán egy nap alatt visszajöttek hozzám és ajánlatot tettek. Nagyon jó volt. Tanárként érkeztem az MIT-hez, és azóta is itt vagyok.

Mikor és hol végzi a legjobb munkáját?
Szilárd meggyőződésem, hogy az éjszaka közepén minden tőlem telhetőt megteszek. Nagyon szeretem, ha van elég hosszú időszakom, néhány órám, amikor tudok valamire koncentrálni, és nem zavarnak meg, és ez csak éjszaka történik. Gyakran előfordul, hogy 9:30-kor elalszom, és 1-2kor felébredek, elkezdek dolgozni, majd 5-kor újra elalszom.

Ki az az álommunkatárs, akivel szívesen dolgoznál?
Fogadok, hogy nagyon szórakoztató lett volna Einsteinnel dolgozni. Amit igazán tisztelek Einsteinben, az az a vágya, hogy félredobjon minden konvencionális módozatot, és csak arra koncentráljon, ami a legközelebb állhat a pontos természetelmélethez.

Jelenleg min dolgozol?
A legkonkrétabb projekt, amin dolgozom, egy meglehetősen nagy csoporttal együttműködésben zajló projekt az MIT-n, amelyben megpróbáljuk kiszámítani az ősfekete lyukak keletkezését, amelyek az infláció egy bizonyos változatával történhettek. Ha ez beválik, ezek az ősfekete lyukak talán a galaxisok középpontjában lévő szupermasszív fekete lyukak magvai lehetnek, amelyeket nagyon nehéz megmagyarázni. Hihetetlenül izgalmas lenne, ha ez így lenne.

min gondolkodsz még?
Nagyobb kérdés, amely már egy évtizede motoszkál a fejemben, a valószínűségek megértésének problémája az örökké felfújódó univerzumokban. Egy örökké felfújódó univerzumban ezek a zsebuniverzumok [mint amilyenben élünk] szó szerint örökké formálódnak. Végtelen számú zsebuniverzum jön létre, és ez azt jelenti, hogy bármi, ami fizikailag megengedett, végtelenül sokszor megtörténik.

Általában a valószínűségeket relatív előfordulásokként értelmezzük. Valószínűbbnek tartjuk az egyfejű teheneket, mint a kétfejűeket, mert szerintünk sokkal több az egyfejű tehén, mint a kétfejű. Nem tudom, hogy van-e kétfejű tehén a földön, de tegyünk úgy, mintha vannak. Egy örökké felfújódó univerzumban, feltételezve, hogy kétfejű tehén legalább lehetséges, végtelen számú kétfejű és végtelen számú egyfejű tehén lesz. Nehéz megérteni, mire gondolsz, ha azt próbálod mondani, hogy az egyik gyakoribb, mint a másik.

Ha bármi megtörténhet egy örökké felfújódó univerzumban, van-e olyan helyzet, amelyben én vagyok a kozmológus, te pedig az újságíró?
[nevet] Valószínűleg igen. Azt hiszem, amit biztosan tudnánk, az az, hogy bármi, ami fizikailag lehetséges – és nem értem, hogy ez fizikailag miért nem lehetséges –, végtelen számú alkalommal meg fog történni.

Ezt az interjút a tér és az érthetőség kedvéért szerkesztettük. Marcia Bartusiak, a praxis professzora Tudományos írás diplomás program a Massachusetts Institute of Technology-ban, kölcsönözte szakértelmét a tényellenőrzési folyamat során.