Paberimäe ja tühjade Coke Zero pudelite alla maetud Alan Guth mõtiskleb kosmose päritolu üle. Maailmakuulus teoreetiline füüsik ja Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi professor Guth on tuntud kosmilise inflatsiooni teooria teerajajana – mudelina, mis selgitab universumi eksponentsiaalset kasvu vaid sekundi murdosa pärast Suurt Pauku ja selle jätkuvat kasvu. laienemine täna.
Kosmiline inflatsioon ei kirjelda aga mitte ainult Suure Paugu aluseks olevat füüsikat. Guth usub, et see toetab ka ideed, et meie universum on üks paljudest, kus on veel moodustamata veelgi rohkem universumeid.
Teadusreede suundus MIT-i (kus ka see kirjanik töötab, kuid teises osakonnas), et vestelda Guthiga tema kabinetis lõpmatutest võimalustest lõputus kosmoses ja õnneküpsisest, mis muutis tema elu.
Alan Guth aastal 2007. Foto autor Betsy Devine/Wikipedia/CC BY-SA 3.0 Teadusreede: Mis pani teid mõistma, et soovite saada teadlaseks?
Alan Guth: Mulle meenub sündmus keskkoolis, mis võib-olla viitab minu soovile olla teoreetiline füüsik. Mina õppisin keskkooli füüsikat ja mu sõber tegi katset, mis seisnes selles, et võtsin õuepulga ja lõin sellesse erinevatesse kohtadesse augud ja keerasin seda nende erinevate aukude peale ja vaatasin, kuidas periood oleneb augu asukohast. Sel hetkel olin just piisavalt õppinud põhifüüsikat ja arvutamist, et saaksin välja arvutada, milline peaks olema vastus sellele küsimusele. Mäletan, et ühel pärastlõunal saime kokku ja võrdlesime minu valemit tema andmetega, kasutades arvutuste tegemiseks slaidireeglit. See tegelikult töötas. Ma olin väga põnevil idee üle, et me suudame asju tõesti arvutada, ja need peegeldavad tegelikult seda, kuidas reaalne maailm toimib.
Tegite oma lõputöö osakestefüüsikast ja olete öelnud, et see ei tulnud välja täpselt nii, nagu soovisite. Kas te saaksite mulle sellest rääkida?
Minu lõputöö käsitles kvarkide mudelit ja seda, kuidas kvargid ja antikvargid võivad seostuda, moodustades mesoneid. Kuid see oli tegelikult vahetult enne seda, kui kvarkide teooria tegi läbi suure revolutsiooni [kui füüsikud hakkasid uskuma, et kvargid on rasked osakesed, millel on ühinemisel suur sidumisenergia, ja hakkasid kvantkromodünaamika teooriani, et kvargid on tegelikult väga kerged ja nende sidumisenergia. suureneb, kui need üksteisest kaugemale tõmmatakse]. Olin selle revolutsiooni valel poolel. Minu lõputöö muutus selle kirjutamise ajal enam-vähem täiesti vananenuks. Kindlasti õppisin ma seda tehes palju.
Mis viis teid kosmoloogiasse?
Kosmoloogiasse sattusin alles kaheksandal aastal, kui olin [osakestefüüsika] järeldoktor. Cornelli järeldoktor nimega Henry Tye tundis huvi tollase osakeste teooriate uue klassi vastu, mida nimetati suureks ühtseks teooriaks [osakestefüüsika mudelid, mis kirjeldavad, kuidas kolm universumi neljast põhijõust – elektromagnetism, nõrk tuumainteraktsioon ja tugev tuumaenergia. vastastikmõjud – toimivad ühe jõuna ülikõrgete energiate juures]. Ühel päeval tuli ta minu juurde ja küsis, kas need suured ühtsed teooriad ennustavad magnetiliste monopooluste olemasolu [osakesed, millel on netomagnetiline põhjalaeng või netomagnetiline lõunalaeng.]
Ma ei teadnud tol ajal suurtest ühtsetest teooriatest, nii et ta pidi mind õpetama, mida ta ka väga edukalt tegi. Siis teadsin piisavalt, et panna kaks ja kaks kokku ja jõuda järeldusele – nagu ma olen kindel, et paljud inimesed üle maailma –, et jah, suured ühtsed teooriad ennustavad küll, et magnetmonopoolid peaksid eksisteerima, kuid need on üüratult rasked. Need kaaluksid umbes 10–16 võimsust korda sama palju kui prooton [mis tähendab, et teadlased peaksid teoreetiliselt suutma neid universumis vaadelda, kuigi keegi pole seda veel teinud].
Umbes kuus kuud hiljem külastas Cornelli [Nobeli preemia laureaat] Steve Weinberg, kes on vapustav füüsik ja keegi, keda tundsin MIT-i magistrantipõlvest. Ta töötas selle kallal, kuidas suured ühtsed teooriad võiksid seletada aine liialdust antiainest [universumis], kuid see hõlmas sama põhifüüsikat, mida hõlmaks varajases universumis eksisteerinud monopoolide arvu määramine. Otsustasin, et kui Steve Weinbergil on piisavalt mõistlik tööd teha, siis miks mitte ka mina?
Mõne aja pärast jõudsime Henry Tyega ja mina järeldusele, et kui kombineerida tavapärane kosmoloogia tavapäraste suurte ühtsete teooriatega, tekiks liiga palju magnetilisi monopooluseid. Meile panid selle avaldama, kuid Henry ja mina otsustasime, et proovime ka edaspidi välja selgitada, kas on võimalik midagi muuta, mis võib-olla võimaldaks suurtel ühtsetel teooriatel olla kooskõlas meie tuntud kosmoloogiaga.
Kuidas jõudsite kosmilise inflatsiooni ideeni?
Veidi enne, kui hakkasin Henry Tye'ga monopoolidest rääkima, oli Princetoni füüsiku ja kosmoloogi Bob Dicke'i loeng Cornellis, kus ta esitas midagi, mida nimetati tasasuse probleemiks, probleemi varajase paisumiskiiruse kohta. universum ja kui täpselt pidi see olema häälestatud, et universum töötaks, et tekitada selline universum, nagu see, milles me elame [st universumi, millel on vähe või üldse mitte aegruumi kumerust ja mis on seetõttu peaaegu täiesti 'tasane']. Selles kõnes rääkis Bob Dicke meile, et kui mõelda universumi peale üks sekund pärast algust, pidi paisumiskiirus tõesti olema täpselt 15 komakoha täpsusega, vastasel juhul lendaks universum laiali liiga kiiresti, et mis tahes struktuur ei saaks seda teha. mis tahes struktuuri moodustumiseks liiga kiiresti moodustuvad või varisevad uuesti kokku.
Tol ajal ma arvasin, et see on omamoodi hämmastav, kuid isegi ei saanud sellest aru. Kuid pärast kuus kuud selle magnetilise monopooluse küsimuse kallal töötamist jõudsin ühel õhtul arusaamisele, et selline mehhanism, millele me mõtlesime ja mis pärsib pärast Suurt Pauku tekkivate magnetiliste monopoolide hulka [mehhanismiks on faas üleminek, mis toimub pärast ulatuslikku ülijahtumist], tooks universumi üllatavalt eksponentsiaalse paisumise perioodi – mida me praegu nimetame inflatsiooniks – ja see eksponentsiaalne paisumine lahendaks selle tasasuse probleemi. Samuti tõmbaks see universumi täpselt õige paisumiskiiruseni, mida Suur Pauk nõudis [selleks, et luua selline universum nagu meie oma].
Olete varasemates kõnelustes öelnud, et õnneküpsisel oli teie karjääris õigustatult oluline osa. Kuidas nii?
1980. aasta kevadel, pärast selle inflatsiooniidee väljakäimist, otsustasin, et parim viis selle avalikustamiseks on sellest palju kõnesid pidada. Külastasin MIT-i, kuid MIT ei olnud sel aastal ühtegi ametikohta välja kuulutanud. Selle kuuenädalase reisi viimasel päeval viibisin Marylandi ülikoolis ja nad viidi mind välja Hiina õhtusöögile ning varandus, mille sain oma Hiina õnneküpsisega, ütles: „Teid ootab põnev võimalus, kui ma pole liiga pelglik.' Mõtlesin selle peale ja otsustasin, et see võib-olla üritab mulle midagi öelda. Californiasse tagasi jõudes helistasin ühele MIT-i õppejõule ja ütlesin kogeleval viisil, et ma ei kandideerinud ühelegi töökohale, kuna MIT-is ei olnud ühtegi tööd, kuid tahtsin neile öelda, et kui nad võib olla minust huvitatud, oleksin huvitatud tulemast. Siis tulid nad ühe päevaga minuga tagasi ja tegid pakkumise. See oli tore. Tulin MIT-i õppejõuna ja olen sellest ajast alates siin olnud.
Millal ja kus sa oma parimat tööd teed?
Usun kindlalt, et annan endast parima, mõeldes keset ööd. Mulle väga meeldib, kui saan olla mõistlikult pikki perioode, paar tundi, mil saan millelegi keskenduda ja mind ei segata, ja seda juhtub ainult öösel. Tihti juhtub, et ma jään magama umbes 9:30 ja ärkan kell 1 või 2 ja hakkan töötama ja siis jään uuesti magama kell 5.
Kes on unistuste kaastöötaja, kellega tahaksite koostööd teha?
Vean kihla, et Einsteiniga töötamine oleks olnud väga lõbus. Mida ma Einsteini puhul väga austan, on tema soov heita kõrvale kõik tavapärased režiimid ja keskenduda lihtsalt sellele, mis näib olevat täpsele loodusteooriale kõige lähemal.
Mille kallal te praegu töötate?
Kõige konkreetsem projekt, mille kallal ma töötan, on MIT-i üsna suure rühmaga koostöös tehtud projekt, mille raames püüame arvutada ürgsete mustade aukude teket, mis võisid juhtuda teatud inflatsiooniversiooniga. Kui see õnnestub, võivad need ürgsed mustad augud olla galaktikate tsentrite ülimassiivsete mustade aukude seemned, mida on väga raske seletada. Oleks uskumatult põnev, kui see nii peaks minema.
Mille üle sa veel mõtled?
Suurem küsimus, mis on minu peas juba kümmekond aastat olnud, on tõenäosuste mõistmise probleem igavesti paisuvates universumites. Igavesti paisuvas universumis kujunevad need taskuuniversumid [nagu see, milles me elame] sõna otseses mõttes igavesti. Moodustub lõpmatu arv taskuuniversumeid ja see tähendab, et kõike, mis on füüsiliselt lubatud, juhtub lõpuks lõpmatu arv kordi.
Tavaliselt tõlgendame tõenäosusi suhteliste sündmustena. Arvame, et ühepealised lehmad on tõenäolisemad kui kahepealised, kuna arvame, et ühepealisi lehmi on palju rohkem kui kahepealisi. Ma ei tea, kas maa peal on kahepealisi lehmi, aga oletame, et neid on. Igavesti paisuvas universumis, eeldades, et kahepealine lehm on vähemalt võimalik, on kahepealisi lehmi lõpmatu arv ja ühepealisi lehmi lõpmatu arv. Raske on aru saada, mida mõtlete, kui proovite öelda, et üks on tavalisem kui teine.
Kui igavesti paisuvas universumis võib midagi juhtuda, siis kas on olukord, kus mina olen kosmoloog ja sina ajakirjanik?
[Naerab] Tõenäoliselt jah. Ma arvan, et me teame kindlalt, et kõik, mis on füüsiliselt võimalik – ja ma ei saa aru, miks see pole füüsiliselt võimalik – juhtub lõpmatu arv kordi.
See intervjuu on avaruse ja selguse huvides toimetatud. Marcia Bartusiak, praktika professor Teadusliku kirjutamise kraadiõppe programm Massachusettsi Tehnoloogiainstituudis andis oma teadmisi faktide kontrollimise käigus.
