Ontdek zijn unieke verhaal in deze blogpost. Hij is een van de pijlers van de elementaire deeltjestheorie!
Wie is Alan Guth?
Alan Guth is een theoretisch natuurkundige en kosmoloog, het meest bekend om zijn werk aan de elementaire deeltjestheorie en hoe de deeltjestheorie van toepassing is op het vroege heelal, en in het bijzonder om het idee, dat hij rond 1980 ontwikkelde, van de kosmische inflatie en het inflationaire heelal, het idee dat het vroege heelal kort na de oerknal een fase van exponentiële uitdijing doormaakte, aangedreven door een positieve vacuümenergiedichtheid.
Alan Harvey Guth werd op 27 februari 1947 geboren in het stadje New Brunswick, New Jersey, in de Verenigde Staten, als zoon van een joods echtpaar uit de middenklasse, Hyman en Elaine Guth, die een kleine kruidenierswinkel en stomerij hadden. Zijn vroege jeugd was onopvallend, hoewel hij een sterke aanleg voor wiskunde toonde. Nadat hij verschillende openbare scholen had bezocht, sloeg hij zijn laatste jaar over om zich in te schrijven voor een vijfjarig programma aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), deels omdat hij bang was om opgeroepen te worden voor de Vietnamoorlog, die hij sterk afkeurde. Hij behaalde zijn bachelor- en masterdiploma in 1969 en zijn doctoraat in 1972.
In 1971 trouwde hij met zijn schoolliefde, Susan Tisch, en ze kregen twee kinderen: Lawrence (1977) en Jennifer (1983). Na zijn afstuderen had Guth echter moeite om een vaste baan te vinden, deels vanwege de hevige concurrentie voor universitaire hoogleraarsposities als gevolg van de babyboom. Hij reisde negen jaar lang door het land in tijdelijke natuurkunde-gerelateerde postdoctorale banen, waaronder Princeton (1971 tot 1974), Columbia (1974 tot 1977), Cornell (1977 tot 1979) en Stanford’s Linear Accelerator Center (1979 tot 1980).
Bij Princeton concentreerde hij zich aanvankelijk op deeltjesfysica, in het bijzonder op de studie van quarks, de elementaire deeltjes waaruit protonen en neutronen bestaan. Zijn onderzoek raakte echter achterhaald door de ontwikkeling van de theorie van kwantumchromodynamica, ironisch genoeg ontwikkeld in Princeton, zonder medeweten van Guth, die quarks een speciale nieuwe eigenschap gaf die “kleur” werd genoemd.
In 1974 richtte Guth zich in Columbia meer op kosmologie en kosmogenese, en in het bijzonder op het werk aan magnetische monopolen (eenpolige magneten, die oorspronkelijk in theorie waren voorspeld door de vergelijkingen van James Clerk Maxwell, maar nog niet in het echte universum waren ontdekt). Guth stelde voor dat het proces van spontane symmetriebreking in het vroege heelal, beschreven door Steven Weinbergs “elektrozwaktheorie”, zeer kleine discontinuïteiten met de eigenschappen van magnetische monopolen kon produceren.
Hij begon zijn theorie van de kosmische inflatie te ontwikkelen toen hij in 1978 op Cornell werkte, op zoek naar oplossingen voor het “vlakheidsprobleem” van het oerknalmodel van het heelal en voor het probleem dat hij zelf had geïdentificeerd, de schijnbare afwezigheid van magnetische monopolen. Opnieuw baseerde hij zich op het eerdere werk van Steve Weinberg, namelijk zijn Grand Unified theory (een poging om de elektromagnetische, zwakke en sterke kernkrachten te verenigen).
Guths voorgestelde oplossing voor deze problemen bestaat uit een zeer korte maar zeer snelle periode van onderkoeling tijdens een vertraagde faseovergang, waardoor een “vals vacuüm” ontstaat (een tijdelijke instabiele toestand met de laagst mogelijke energiedichtheid). Guth ontdekte dat het verval van het valse vacuüm aan het begin van het heelal verbazingwekkende resultaten kon opleveren, waaronder een snelle uitdijing met steeds hogere snelheden, die hij kosmische inflatie noemde.
De ongelooflijk grote uitdijing van het heelal door inflatie “loste” zowel het vlakheidsprobleem van Robert Dickes als het monopoolprobleem van Guth op. Het loste echter ook het “horizonprobleem” van de Oerknaltheorie op (de recente waarneming dat de achtergrondstraling in het heelal extreem uniform leek te zijn, met bijna nul variantie, wat paradoxaal was omdat er op het moment van het ontstaan van de achtergrondstraling niet genoeg tijd zou moeten zijn geweest voor het ene uiteinde van de kosmos om in communicatie te zijn geweest met het andere uiteinde). Volgens Guths inflatietheorie explodeerde het heelal echter zo snel dat er geen tijd was om de essentiële homogeniteit te verbreken, en het heelal na inflatie zou daarom zeer uniform zijn geweest, ook al waren de delen nog niet met elkaar in contact.
Guth zette zijn ideeën over de kosmische inflatie voor het eerst uiteen tijdens een seminar in het Linear Accelerator Center van Stanford begin 1980, en van ongerustheid over zijn vooruitzichten op een baan ging hij van de ene dag op de andere overspoeld worden met aanbiedingen. Hij keerde in 1980 terug naar MIT en werd in 1986 hoogleraar natuurkunde.
Een tijdje kon hij echter geen manier vinden om de inflatie te stoppen (zodat sterren en sterrenstelsels zich konden vormen), wat vaak het “graceful exit” probleem wordt genoemd, en hij beschouwde zijn eigen theorie om die reden als een mislukking. Maar na het lezen van een artikel van de Russische natuurkundige Andrei Linde (die onafhankelijk aan het probleem had gewerkt) en verder werk van Paul Steinhardt (die ook aan het “graceful exit” probleem had gewerkt) eind 1981, begon hij papers uit te wisselen met deze andere theoretici en hielp hij elkaar bij het ontwikkelen van de theorie van inflatie, en er zijn veel verdere verfijningen en herzieningen geweest sinds Guth’s oorspronkelijke model.
Meer recentelijk heeft Guth zijn overtuiging geuit dat ons universum slechts één van de ontelbare universa is die zijn ontstaan als onderdeel van een multiversum. Volgens deze theorie is er nooit een einde gekomen aan de kosmische inflatie, maar blijft deze exponentieel uitdijen, waarbij voortdurend nieuwe universa worden gecreëerd als ‘bubbels’ in het inflatieproces (in sommige opzichten is deze theorie vergelijkbaar met de in diskrediet gebrachte steady-state theorie van Fred Hoyle). Hij gelooft dat de hele kosmos is ontstaan door kwantumfluctuaties uit het niets (wat volgens hem perfect verenigbaar is met de wet van behoud van energie, omdat de totale waarde van energie nul blijft) en hij wordt wel eens geciteerd als hij zegt dat “het universum de ultieme gratis lunch is”.
Guth geeft nog steeds lezingen aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en heeft meer dan 60 technische artikelen geschreven over de effecten van kosmische inflatie en de interacties met deeltjesfysica. Hij heeft vele prijzen en medailles gewonnen, waaronder de International Center for Theoretical Physics Medal en de Eddington Medal. Zijn boek uit 1998, “The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins”, werd een populaire bestseller.
Ontdek ons volgende artikel: Wie was Alexandre Friedmann?