Alan Guth, zakopan pod goro papirjev in praznih steklenic Coca-Cole Zero, razmišlja o izvoru vesolja. Svetovno znani teoretični fizik in profesor na tehnološkem inštitutu v Massachusettsu, Guth je najbolj znan po pionirju teorije kozmične inflacije, modela, ki pojasnjuje eksponentno rast vesolja le delčke sekunde po velikem poku in njegovo nadaljevanje. širitev danes.
Vendar kozmična inflacija ne opisuje samo temeljne fizike velikega poka. Guth verjame, da tudi podpira zamisel, da je naše vesolje eno od mnogih, s še več vesolji, ki jih je treba oblikovati.
Science Friday se je odpravil na MIT (kjer ta pisec prav tako dela, vendar na drugem oddelku), da bi v njegovi pisarni poklepetal z Guthom o neskončnih možnostih v neskončnem kozmosu in piškotku sreče, ki mu je spremenil življenje.
Alan Guth leta 2007. Fotografija Betsy Devine/Wikipedia/CC BY-SA 3.0 Znanstveni petek: Zakaj ste spoznali, da želite biti znanstvenik?
Alan Guth: Spominjam se dogodka v srednji šoli, ki morda kaže na moje želje, da bi bil predvsem teoretični fizik. Učil sem se fizike v srednji šoli in moj prijatelj je izvajal poskus, ki je bil sestavljen iz tega, da je vzel merilno palico in vanjo izvrtal luknje na različnih mestih ter jo zavrtel na teh različnih luknjah in videl, kako je obdobje odvisno od tega, kje je bila luknja. Na tej točki sem se pravkar naučil dovolj osnovne fizike in računa, da sem lahko izračunal, kakšen naj bi bil odgovor na to vprašanje. Spominjam se, da sva se nekega popoldneva zbrala in primerjala mojo formulo z njegovimi podatki z diapozitivom za izračune. Dejansko je delovalo. Zelo sem bil navdušen nad idejo, da lahko stvari resnično izračunamo in da dejansko odražajo, kako deluje resnični svet.
Diplomsko nalogo ste naredili na temo fizike delcev in rekli ste, da se ni izšlo točno tako, kot ste želeli. Mi lahko poveste o tem?
Moja disertacija je bila o modelu kvarkov in o tem, kako se lahko kvarki in antikvarki vežejo v mezone. Toda v resnici je bilo to tik preden je teorija kvarkov doživela veliko revolucijo [ko so fiziki šli od prepričanja, da so kvarki težki delci, ki imajo veliko vezavno energijo, ko se združijo, k teoriji kvantne kromodinamike, da so kvarki dejansko zelo lahki in njihova vezavna energija poveča, ko jih potegnemo dlje narazen]. Bil sem na napačni strani te revolucije. Moja teza je bolj ali manj v času, ko sem jo napisal, popolnoma zastarela. Vsekakor sem se ob tem veliko naučil.
Kaj vas je pripeljalo do kozmologije?
Šele v osmem letu postdoktorskega študija [fizike delcev] sem se začel ukvarjati s kozmologijo. Kolega podoktorskega študija na Cornellu po imenu Henry Tye se je začel zanimati za tedaj novodobni razred teorij delcev, imenovanih grand unified theories [modeli fizike delcev, ki opisujejo, kako tri od štirih temeljnih sil v vesolju – elektromagnetizem, šibke jedrske interakcije in močna jedrska interakcije—delujejo kot ena sila pri izjemno visokih energijah]. Nekega dne je prišel k meni in me vprašal, ali te teorije velikega poenotenja napovedujejo, da bi morali obstajati magnetni monopoli [delci, ki imajo neto magnetni severni naboj ali neto magnetni južni naboj.]
Takrat še nisem poznal teorij velikega poenotenja, zato me je moral učiti, kar je zelo uspešno tudi storil. Potem sem vedel dovolj, da sem sestavil dva in dva in sklenil – kot sem prepričan, da je storilo veliko ljudi po vsem svetu –, da da, velike poenotene teorije sicer napovedujejo, da bi magnetni monopoli morali obstajati, a da bi bili nesramno težki. Tehtali bi približno 10 na 16. potenco, krat toliko kot proton [kar pomeni, da bi jih znanstveniki teoretično morali opazovati v vesolju, čeprav jih še nihče ni mogel].
Približno šest mesecev kasneje je Cornell obiskal [Nobelov nagrajenec] Steve Weinberg, ki je čudovit fizik in nekdo, ki sem ga poznal iz svojih podiplomskih študentskih dni na MIT. Delal je na tem, kako bi velike poenotene teorije lahko razložile presežek materije nad antimaterijo [v vesolju], vendar je vključevalo isto osnovno fiziko, ki bi jo vključevalo določanje, koliko monopolov je obstajalo v zgodnjem vesolju. Odločil sem se, da če je dovolj smiselno, da na njem dela Steve Weinberg, zakaj ne bi tudi jaz?
Čez nekaj časa sva s Henryjem Tyejem prišla do zaključka, da bi nastalo veliko preveč magnetnih monopolov, če bi združili konvencionalno kozmologijo s konvencionalnimi teorijami velikega poenotenja. Pri objavi tega smo bili zajeti, toda s Henryjem sva se odločila, da bova še naprej poskušala ugotoviti, ali je mogoče kaj spremeniti, kar bi morda omogočilo, da so teorije velikega poenotenja skladne s kozmologijo, kot jo poznamo.
Kako ste prišli na idejo o kozmični inflaciji?
Malo preden sem se začel pogovarjati s Henryjem Tyejem o monopolih, je bilo na Cornellu predavanje Boba Dickeja, fizika in kozmologa s Princetona, v katerem je predstavil nekaj, kar se imenuje problem sploščenosti, problem o hitrosti širjenja zgodnjih vesolje in kako natančno je moralo biti nastavljeno, da je vesolje delovalo, da je ustvarilo vesolje, kot je to, v katerem živimo [to je takšno, ki ima malo ali nič prostorsko-časovne ukrivljenosti in je zato skoraj popolnoma »ravno«]. V tem govoru nam je Bob Dicke povedal, da če pomislite na vesolje eno sekundo po začetku, mora biti stopnja širjenja res ravno pravšnja na 15 decimalnih mest, sicer bi vesolje razletelo prehitro, da bi ga katera koli struktura prehitro nastanejo ali se ponovno sesedejo, da bi nastala kakršna koli struktura.
Takrat se mi je to zdelo neverjetno, a tega sploh nisem razumel. Toda po tem, ko sem šest mesecev delal na tem vprašanju magnetnega monopola, sem neke noči prišel do spoznanja, da bi vrsta mehanizma, o katerem smo razmišljali in ki bi zadušil količino magnetnih monopolov, proizvedenih po velikem poku ['mehanizem' je faza prehod, ki se pojavi po veliki količini super-ohlajanja] bi imel presenetljiv učinek, da bi vesolje pognal v obdobje eksponentne ekspanzije - kar zdaj imenujemo inflacija - in ta eksponentna ekspanzija bi rešila ta problem ravnosti. Prav tako bi pritegnilo vesolje na točno tisto pravo stopnjo širjenja, ki jo je zahteval Veliki pok [za ustvarjanje vesolja, kot je naše].
V prejšnjih pogovorih ste rekli, da je imel piškotek sreče upravičeno pomembno vlogo v vaši karieri. Kako to?
Spomladi leta 1980, potem ko sem prišel na idejo o inflaciji, sem se odločil, da bi bil najboljši način za objavo tega, da bi veliko govoril o tem. Obiskal sem MIT, vendar MIT tisto leto ni razpisal nobenih delovnih mest. Zadnji dan tega šesttedenskega potovanja sem bil na Univerzi v Marylandu in peljali so me na kitajsko večerjo, in bogastvo, ki sem ga dobil v svojem kitajskem piškotku sreče, je pisalo: »Čaka vas vznemirljiva priložnost, če nisem preveč plašen.' Pomislil sem na to in se odločil, da mi morda poskuša nekaj povedati. Ko sem se vrnil v Kalifornijo, sem poklical enega od članov fakultete na MIT in mu jecljaje rekel, da se nisem prijavil za nobeno službo, ker na MIT ni nobene službe, vendar sem jim želel povedati, da če bi se morda zanimal zame, rad bi prišel. Potem so se čez en dan vrnili k meni in mi dali ponudbo. Bilo je odlično. Na MIT sem prišel kot član fakultete in od takrat sem tukaj.
Kdaj in kje se najbolje znajdete?
Trdno verjamem, da po najboljših močeh razmišljam sredi noči. Zelo rad imam razmeroma dolga obdobja, nekaj ur, ko se lahko na nekaj osredotočim in me ne motijo, in to samo ponoči. Pogosto se zgodi, da zaspim ob 9.30 in se zbudim ob 1. ali 2. uri ter začnem delati in nato spet zaspim ob 5. uri.
Kdo je sanjski sodelavec, s katerim bi radi sodelovali?
Stavim, da bi bilo zelo zabavno delati z Einsteinom. Kar resnično spoštujem pri Einsteinu, je njegova želja, da bi opustil vse običajne načine in se osredotočil le na tisto, kar se zdi najbližje natančni teoriji narave.
Na čem trenutno delate?
Najbolj konkreten projekt, na katerem delam, je projekt v sodelovanju z dokaj veliko skupino tukaj na MIT, v katerem poskušamo izračunati proizvodnjo prvotnih črnih lukenj, ki bi se lahko zgodile z določeno različico inflacije. Če se bo to izšlo, bi lahko bile te prvobitne črne luknje morda zametki za supermasivne črne luknje v središčih galaksij, ki jih je zelo težko razložiti. Bilo bi neverjetno razburljivo, če bi se izkazalo, da je tako.
O čem še razmišljate?
Večje vprašanje, o katerem že desetletje razmišljam, je problem razumevanja verjetnosti v večno naraščajočih vesoljih. V vesolju, ki se večno napihuje, se ta žepna vesolja [kot je to, v katerem živimo] nastajajo dobesedno večno. Nastane neskončno število žepnih vesolj, kar pomeni, da se bo vse, kar je fizično dovoljeno, na koncu zgodilo neskončno velikokrat.
Običajno si verjetnosti razlagamo kot relativne dogodke. Menimo, da so enoglave krave bolj verjetne kot dvoglave, ker menimo, da je veliko več enoglavih krav kot dvoglavih. Ne vem, ali na zemlji obstajajo dvoglave krave, ampak pretvarjajmo se, da obstajajo. V večno napihljivem vesolju bo ob predpostavki, da je dvoglava krava vsaj možna, obstajalo neskončno število dvoglavih krav in neskončno število enoglavih krav. Težko je razumeti, kaj mislite, če poskušate reči, da je eno pogostejše od drugega.
Če se lahko kaj zgodi v večno napihljivem vesolju, ali obstaja situacija, v kateri sem jaz kozmolog, vi pa novinar?
[smeh] Verjetno, da. Mislim, da bi zagotovo vedeli, da se bo vse, kar je fizično mogoče - in ne razumem, zakaj to ni fizično mogoče - zgodilo neskončno velikokrat.
Ta intervju je bil urejen zaradi prostora in jasnosti. Marcia Bartusiak, profesorica prakse Podiplomski program znanstvenega pisanja na Tehnološkem inštitutu v Massachusettsu je posredovala svoje strokovno znanje med postopkom preverjanja dejstev.
