Alan Guth

Teoria inflaționistăEdit

Primul pas al lui Guth spre dezvoltarea teoriei sale despre inflație a avut loc la Cornell în 1978, când a asistat la o prelegere a lui Robert Dicke despre problema planeității universului. Dicke a explicat cum problema planeității a arătat că ceva semnificativ lipsea din teoria Big Bang-ului de la acea vreme. Soarta universului depindea de densitatea sa. Dacă densitatea universului era suficient de mare, acesta s-ar fi prăbușit într-o singularitate, iar dacă densitatea reală a materiei din cosmos era mai mică decât densitatea critică, universul ar fi devenit din ce în ce mai mare.

Următoarea parte din drumul lui Guth a venit când a ascultat o prelegere a lui Steven Weinberg la începutul anului 1979. Weinberg a vorbit în două prelegeri despre Marea Teorie Unificată (GUT), care fusese dezvoltată începând cu 1974, și despre cum ar putea explica cantitatea uriașă de materie din univers în comparație cu cantitatea de antimaterie. GUT a explicat toate forțele fundamentale cunoscute în știință, cu excepția gravitației. Aceasta a stabilit că, în condiții foarte calde, cum ar fi cele de după Big Bang, electromagnetismul, forța nucleară puternică și forța nucleară slabă s-au unit pentru a forma o singură forță. Weinberg a fost, de asemenea, cel care a accentuat ideea că universul trece prin tranziții de fază, similare fazelor materiei, atunci când trece de la energie înaltă la energie joasă. Discuția lui Weinberg despre motivul pentru care materia este atât de dominantă față de antimaterie i-a arătat lui Guth cum ar putea fi obținute calcule precise despre particule prin studierea primelor secunde ale universului.

Guth a decis să rezolve această problemă sugerând o supra-refrigerare în timpul unei tranziții de fază întârziată. Acest lucru părea foarte promițător pentru rezolvarea problemei monopolului magnetic. În momentul în care Guth și colaboratorul său Henry Tye au venit cu această idee, Guth a plecat la Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) pentru un an. Tye le-a sugerat să verifice dacă expansiunea universului nu va fi afectată de supraîncălzire. Starea de supra-refrigerare este un vid fals: este un vid în sensul că este starea de cea mai mică densitate de energie posibilă; este „falsă” deoarece nu este o stare permanentă. Vacuumul fals se descompune, iar Guth ar constata că, în mod surprinzător, descompunerea vidului fals de la începutul universului ar produce o expansiune exponențială a spațiului. Acest lucru a rezolvat problema monopolului, deoarece expansiunea reduce proporțional densitatea monopolului.

Guth și-a dat seama, în urma teoriei sale, că motivul pentru care universul pare a fi plat este acela că s-a extins la o dimensiune atât de copleșitoare în comparație cu dimensiunea sa inițială. Perspectiva este analogă cu aparenta planeitate a Pământului, la scară umană, atunci când este văzut de la suprafața sa. Universul observabil era, de fapt, doar o foarte mică parte din universul real. Teoria tradițională a Big Bang-ului a considerat că valorile omega apropiate de 1 sunt derutante, deoarece orice abatere de la 1 ar deveni rapid mult, mult mai mare. În teoria inflației, indiferent de punctul de plecare al lui omega, acesta se va apropia de 1 din cauza scalei de expansiune a universului. De fapt, o predicție majoră a teoriei inflaționiste este că se va descoperi că omega va fi exact 1.

Două săptămâni mai târziu, Guth și-a auzit colegii discutând despre ceva numit problema orizontului. Radiația de fond cu microunde descoperită de Arno Penzias și Robert Woodrow Wilson părea extrem de uniformă, cu o variație aproape inexistentă. Acest lucru părea foarte paradoxal, deoarece atunci când radiația a fost eliberată la aproximativ 300.000 de ani după Big Bang, universul observabil avea un diametru de 90 de milioane de ani-lumină. Nu a existat timp pentru ca un capăt al cosmosului să comunice cu celălalt capăt, deoarece energia nu se poate deplasa mai repede decât viteza luminii. Paradoxul a fost rezolvat, așa cum Guth a realizat în curând, de teoria inflației. Deoarece inflația a început cu o cantitate mult mai mică de materie decât presupunea Big Bang-ul, o cantitate atât de mică încât toate părțile ar fi fost în contact unele cu altele. Universul s-a umflat apoi, cu o viteză corespunzătoare de un miliard de ori mai mare decât viteza luminii, iar omogenitatea a rămas neîntreruptă. Universul după inflație ar fi fost foarte uniform, chiar dacă părțile sale nu ar mai fi fost capabile să se influențeze reciproc.

Guth și-a făcut publice pentru prima dată ideile sale despre inflație în cadrul unui seminar la SLAC în ianuarie 1980. El a ignorat monopolii magnetici deoarece aceștia se bazau pe ipoteze ale GUT, care nu intrau în sfera de aplicare a discursului. În august 1980, el și-a prezentat lucrarea, intitulată „Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems” la revista Physical Review. În această lucrare, Guth a postulat că inflația universului ar putea fi explicată dacă universul ar fi supraîncălzit cu 28 de ordine de mărime sub temperaturile critice necesare pentru o schimbare de fază.

În decembrie 1981, Guth a citit o lucrare a fizicianului moscovit Andrei Linde care spunea că întregul univers se află în interiorul unei singure bule, astfel că nimic nu este distrus de coliziunile de perete. Această concluzie a fost făcută folosind un câmp Higgs cu un grafic de energie care a fost propus inițial de Sidney Coleman și Erick Weinberg. Guth a discutat acest lucru cu Linde, care lucrase independent la inflația cu bule, dar fără a lua în considerare problema planeității. Linde și Guth au făcut în cele din urmă un schimb de lucrări pe această temă.

Până în 1983, Guth a publicat o lucrare în care descria cum scenariul său privind universul supraînghețat nu era ideal, deoarece „mecanismul de declanșare” pentru a ieși dintr-o astfel de stare ar necesita o „reglare extrem de fină a parametrilor” și a considerat că este necesară o soluție mai naturală. Cu toate acestea, acest lucru nu l-a descurajat de la convingerea că universul s-a extins exponențial în vid la începutul vieții sale.

.