Alan Harvey Guth ( nacido el 27 de febrero de 1947) es un físico teórico y cosmólogo estadounidense que es profesor de Física Victor Weisskopf en el Instituto Tecnológico de Massachusetts . Junto con Alexei Starobinsky y Andrei Linde , ganó el Premio Kavli 2014 " por ser pionero en la teoría de la inflación cósmica". [1] La investigación de Guth se centra en la teoría de partículas elementales y en cómo la teoría de partículas es aplicable al universo temprano .
Se graduó en física en el MIT en 1968 y se quedó para obtener una maestría y un doctorado, también en física.
Como físico de partículas junior, Guth desarrolló la idea de la inflación cósmica en 1979 en Cornell y dio su primer seminario sobre el tema en enero de 1980. [2] [3] Pasando al Grupo de Teoría SLAC en la Universidad de Stanford , Guth propuso formalmente la idea de la inflación cósmica en 1981, la idea de que el universo naciente pasó por una fase de expansión exponencial que fue impulsada por una densidad de energía de vacío positiva (presión de vacío negativa). Los resultados de la misión WMAP en 2006 hicieron que el caso de la inflación cósmica fuera muy convincente.
Guth nació en una familia judía [4] en New Brunswick, Nueva Jersey en 1947 y creció al otro lado del río Raritan en Highland Park , donde asistió a las escuelas públicas locales. [5] Después de su tercer año en Highland Park High School , [6] dejó la escuela y se inscribió en un programa de cinco años en el Instituto Tecnológico de Massachusetts , donde pudo obtener su licenciatura y maestría después de dos años más. [7] Guth obtuvo una licenciatura y maestría en 1969 y un doctorado en 1972. En 1971, se casó con Susan Tisch, su novia de la escuela secundaria. [6] Tienen dos hijos: Lawrence (nacido en 1977) y Jennifer (nacida en 1983). [8]
Guth estuvo en Princeton de 1971 a 1974, en Columbia de 1974 a 1977, en Cornell de 1977 a 1979 y en el Centro de Aceleradores Lineales de Stanford (SLAC) de 1979 a 1980. Como muchos otros físicos jóvenes de la era del baby boom , tuvo dificultades para encontrar un trabajo permanente, porque había muchos menos puestos de profesor asistente que científicos jóvenes que buscaban ese trabajo, un fenómeno al que se ha denominado la "generación de los académicos perdidos". [9]
Al comienzo de su carrera, Guth estudió física de partículas , no cosmología física . Su primer trabajo en Princeton fue el estudio de los quarks , las partículas elementales que forman los protones y los neutrones. En Columbia, Guth estudió las teorías de gran unificación (GUT), centrándose en las transiciones de fase cosmológicas generadas por la ruptura espontánea de la simetría . La mayoría de las GUT predicen la generación de monopolos magnéticos durante la ruptura espontánea de la simetría, pero nunca se había detectado ninguna: el problema del monopolo .
El primer paso de Guth para desarrollar su teoría de la inflación se produjo en Cornell en 1978, cuando asistió a una conferencia de Robert Dicke sobre el problema de la planitud del universo. [10] Dicke explicó cómo el problema de la planitud demostraba que algo importante faltaba en la teoría del Big Bang en ese momento. El destino del universo dependía de su densidad. Si la densidad del universo era lo suficientemente grande, colapsaría en una singularidad , y si la densidad real de la materia en el cosmos era menor que la densidad crítica, el universo se haría cada vez más grande.
La siguiente parte en el camino de Guth llegó cuando escuchó una conferencia de Steven Weinberg a principios de 1979. [11] Weinberg habló en dos conferencias sobre la Gran Teoría Unificada (GUT) que se había desarrollado desde 1974, y cómo podía explicar la enorme cantidad de materia en el universo en comparación con la cantidad de antimateria. La GUT explicaba todas las fuerzas fundamentales conocidas en la ciencia excepto la gravedad. Establecía que en condiciones muy cálidas, como las posteriores al Big Bang, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil se unían para formar una sola fuerza. Weinberg también fue quien enfatizó la idea de que el universo pasa por transiciones de fase , similares a las fases de la materia, al pasar de alta energía a baja energía. La discusión de Weinberg sobre por qué la materia es tan dominante sobre la antimateria mostró a Guth cómo se podían obtener cálculos precisos sobre las partículas estudiando los primeros segundos del universo.
Guth decidió resolver este problema sugiriendo un superenfriamiento durante una transición de fase retardada. Esto parecía muy prometedor para resolver el problema del monopolo magnético . Para cuando Guth y su colaborador Henry Tye dieron con eso, Guth había ido al Centro de Aceleradores Lineales de Stanford (SLAC) durante un año. Tye sugirió que comprobaran que la expansión del universo no se vería afectada por el superenfriamiento. El estado superenfriado es un falso vacío : Es un vacío en el sentido de que es el estado de menor densidad de energía posible; es "falso" ya que su estado no es permanente. Los falsos vacíos se desintegran, y Guth descubrió que la desintegración del falso vacío al principio del universo produciría una expansión exponencial del espacio. Esto resolvió el problema del monopolo , ya que la expansión reduce proporcionalmente la densidad de monopolos.
Guth se dio cuenta, a partir de su teoría, de que la razón por la que el universo parece plano es que se ha agrandado hasta alcanzar un tamaño abrumador en comparación con su tamaño original. La perspectiva es análoga a la aparente planitud de la Tierra, a escala humana, cuando se la ve desde su superficie. El universo observable era, en realidad, sólo una parte muy pequeña del universo real . La teoría tradicional del Big Bang consideraba desconcertantes los valores de omega cercanos a 1, porque cualquier desviación de 1 se volvería rápidamente mucho, mucho mayor. En la teoría de la inflación, sin importar dónde comience omega, se aproximaría a 1 debido a la escala de la expansión del universo. De hecho, una predicción importante de la teoría inflacionaria es que omega será exactamente 1.
Dos semanas después, Guth escuchó a sus colegas discutir sobre algo llamado el problema del horizonte . La radiación de fondo de microondas descubierta por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson parecía extremadamente uniforme, con casi ninguna variación. Esto parecía muy paradójico porque cuando la radiación se liberó unos 300.000 años después del Big Bang, el universo observable tenía un diámetro de 90 millones de años luz . No había tiempo para que un extremo del cosmos se comunicara con el otro extremo, porque la energía no puede moverse más rápido que la velocidad de la luz. La paradoja se resolvió, como Guth pronto se dio cuenta, mediante la teoría de la inflación. Dado que la inflación comenzó con una cantidad de materia mucho menor de la que había supuesto el Big Bang, una cantidad tan pequeña que todas las partes habrían estado en contacto [ vago ] entre sí. El universo luego se infló, a una tasa correspondiente a mil millones de veces la velocidad de la luz, y la homogeneidad permaneció intacta. El universo después de la inflación habría sido muy uniforme, aunque sus partes ya no pudieran influirse entre sí.
Guth hizo públicas por primera vez sus ideas sobre la inflación en un seminario en SLAC en enero de 1980. Ignoró los monopolos magnéticos porque se basaban en supuestos de la teoría cuántica universal, lo que estaba fuera del alcance de su discurso. En agosto de 1980, presentó su artículo, titulado "Universo inflacionario: una posible solución a los problemas de horizonte y planitud" a la revista Physical Review . [12] En este artículo, Guth postuló que la inflación del universo podría explicarse si el universo se sobreenfriara 28 órdenes de magnitud por debajo de las temperaturas críticas requeridas para un cambio de fase.
En diciembre de 1981, Guth leyó un artículo del físico moscovita Andrei Linde que decía que todo el universo está dentro de una sola burbuja, por lo que nada se destruye por las colisiones con las paredes. Esta conclusión se obtuvo utilizando un campo de Higgs con un gráfico de energía que fue propuesto originalmente por Sidney Coleman y Erick Weinberg . Guth discutió esto con Linde, quien había estado trabajando independientemente en la inflación de burbujas, pero sin considerar el problema de la planitud. Linde y Guth finalmente intercambiaron artículos sobre el tema.
En 1983, Guth había publicado un artículo que describía cómo su escenario de universo superenfriado no era ideal, ya que el "mecanismo desencadenante" para salir de tal estado requeriría "un ajuste extremadamente fino de los parámetros" y sintió que se requería una solución más natural. [1] [13] [14] Sin embargo, esto no lo disuadió de la creencia de que el universo se expandió exponencialmente en el vacío en su vida temprana. [15]
En el pasado, Guth ha estudiado la teoría de calibres reticulares , los monopolos magnéticos y los instantones , las máquinas del tiempo de Gott y una serie de otros temas de física teórica. Gran parte del trabajo actual de Guth incluye la extrapolación de las fluctuaciones de densidad que surgen de varias versiones de la inflación, para contrastarlas con las observaciones, y la investigación de la inflación en modelos de " mundos brana ".
Es profesor de Física Victor F. Weisskopf en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Ha escrito más de 60 artículos técnicos relacionados con los efectos de la inflación y sus interacciones con la física de partículas.
Guth ha ganado numerosos premios y medallas, entre ellas la Medalla del Centro Internacional de Física Teórica, Trieste, Italia , con Andrei Linde y Paul Steinhardt y la Medalla Eddington en 1996, y la Medalla Isaac Newton de 2009 , otorgada por el Instituto Británico de Física .
En julio de 2012, fue galardonado con el Premio Breakthrough en Física Fundamental , creación del físico y empresario de Internet, Yuri Milner . [16] [17]
En 2014, fue co-receptor del Premio Kavli otorgado por la Academia Noruega de Ciencias y Letras , junto con Andrei Linde de la Universidad de Stanford , y Alexei Starobinsky del Instituto Landau de Física Teórica , "por ser pionero en la teoría de la inflación cósmica". [1] [18] [19] Ese mismo año, Guth recibió el Premio Golden Plate de la Academia Estadounidense de Logros . [20]
En 2005, Guth ganó el premio a la oficina más desordenada de Boston, organizado por The Boston Globe . Sus colegas lo presentaron con la esperanza de que se avergonzara y lo obligara a ordenar, [21] pero Guth está muy orgulloso del premio. [22]
Cuando la gente decía que las ondas gravitacionales serían la prueba irrefutable de la inflación, mi respuesta fue que pensaba que la sala ya estaba bastante llena de humo.
Los nueve son ganadores del Premio de Física Fundamental, establecido por Yuri Milner, un estudiante de física ruso que abandonó la escuela de posgrado en 1989 y luego ganó miles de millones invirtiendo en empresas de Internet como Facebook y Groupon.
No es la primera vez que se premia el trabajo de Guth. El año pasado, recibió un premio de 3 millones de dólares de la Fundación del Premio de Física Fundamental. En ese momento, le dijo a The New York Times que el saldo de su cuenta bancaria se disparó de 200 a 3.000.200 dólares.
