Alan Guth, pochovaný pod horou papierov a prázdnymi fľašami Coke Zero, uvažuje o pôvode vesmíru. Svetoznámy teoretický fyzik a profesor na Massachusettskom technologickom inštitúte, Guth, je najlepšie známy priekopníkom teórie kozmickej inflácie, modelu, ktorý vysvetľuje exponenciálny rast vesmíru len zlomky sekundy po Veľkom tresku a jeho pokračovanie. rozšírenie dnes.
Kozmická inflácia však nielen popisuje základnú fyziku Veľkého tresku. Guth verí, že tiež podporuje myšlienku, že náš vesmír je jedným z mnohých, pričom ešte viac vesmírov sa ešte vytvorilo.
Science Friday zamieril na MIT (kde tento spisovateľ tiež pracuje, ale na inom oddelení), aby sa s Guthom porozprával v jeho kancelárii o nekonečných možnostiach v nekonečnom vesmíre a o koláčiku šťastia, ktorý zmenil jeho život.
Alan Guth v roku 2007. Foto od Betsy Devine/Wikipedia/CC BY-SA 3.0 Science Friday: Prečo ste si uvedomili, že chcete byť vedcom?
Alan Guth: Spomínam si na udalosť na strednej škole, ktorá možno svedčí o mojej túžbe byť predovšetkým teoretickým fyzikom. Chodil som na strednú školu fyziky a môj priateľ robil experiment, ktorý spočíval v tom, že som vzal brvno a dieroval do neho diery na rôznych miestach a otáčal ho na týchto rôznych dierach a videl, ako obdobie záviselo od toho, kde bola diera. V tomto bode som sa práve naučil dosť základnej fyziky a počtu, aby som mohol vypočítať, aká by mala byť odpoveď na túto otázku. Pamätám si, ako sme sa raz popoludní stretli a porovnali môj vzorec s jeho údajmi pomocou posuvného pravítka na výpočty. Fakt to fungovalo. Bol som veľmi nadšený myšlienkou, že veci vieme skutočne vypočítať a že v skutočnosti odrážajú spôsob, akým funguje skutočný svet.
Urobili ste svoju dizertačnú prácu o fyzike častíc a povedali ste, že to nedopadlo presne tak, ako ste chceli. Mohli by ste mi o tom povedať?
Moja dizertačná práca bola o kvarkovom modeli a o tom, ako sa kvarky a antikvarky môžu viazať a vytvárať mezóny. Ale v skutočnosti to bolo tesne predtým, ako teória kvarkov prešla veľkou revolúciou [keď fyzici prešli od presvedčenia, že kvarky sú ťažké častice, ktoré majú veľkú väzbovú energiu, keď sa spoja, ku teórii kvantovej chromodynamiky, že kvarky sú v skutočnosti veľmi ľahké a ich väzbová energia sa zväčšuje, keď sa od seba vzďaľujú]. Bol som na nesprávnej strane tej revolúcie. Moja diplomová práca sa viac-menej stala úplne zastaranou v čase, keď som ju písal. Určite som sa tým veľa naučil.
Čo ťa priviedlo ku kozmológii?
Až v ôsmom roku, keď som bol postdoktorandom [časticovej fyziky], som sa dostal ku kozmológii. Kolega postdoktora z Cornellu menom Henry Tye sa začal zaujímať o to, čo bola vtedy nová trieda časticových teórií nazývaných veľké zjednotené teórie [modely časticovej fyziky, ktoré opisujú, ako tri zo štyroch základných síl vo vesmíre – elektromagnetizmus, slabé jadrové interakcie a silné jadrové interakcie – pôsobia ako jedna sila pri extrémne vysokých energiách]. Jedného dňa za mnou prišiel a spýtal sa ma, či tieto veľké zjednotené teórie predpovedajú, že by mali existovať magnetické monopóly [častice, ktoré majú čistý magnetický severný náboj alebo čistý južný magnetický náboj.]
V tom čase som nevedel o veľkých zjednotených teóriách, takže ma musel učiť, čo sa mu podarilo, veľmi úspešne. Potom som vedel dosť na to, aby som si dal dve a dve dokopy a dospel som k záveru – ako som si istý, že mnohí ľudia na celom svete – že áno, veľké zjednotené teórie predpovedajú, že magnetické monopoly by mali existovať, ale že by boli neuveriteľne ťažké. Vážili by asi 10 až 16-násobok mocniny ako protón [čo znamená, že vedci by ich teoreticky mali byť schopní pozorovať vo vesmíre, hoci to zatiaľ nikto nedokázal].
Asi o šesť mesiacov neskôr navštívil Cornell [nositeľ Nobelovej ceny] Steve Weinberg, ktorý je báječný fyzik a niekto, koho som poznal z čias svojho postgraduálneho štúdia na MIT. Pracoval na tom, ako by veľké zjednotené teórie mohli vysvetliť prebytok hmoty nad antihmotou [vo vesmíre], ale zahŕňalo to rovnakú základnú fyziku, akú by zahŕňalo určenie počtu monopolov, ktoré existovali v ranom vesmíre. Rozhodol som sa, že ak to bolo dosť rozumné, aby na tom pracoval Steve Weinberg, prečo nie aj ja?
Po chvíli sme s Henrym Tyem dospeli k záveru, že by sa vyrobilo príliš veľa magnetických monopólov, keby sa kombinovala konvenčná kozmológia s konvenčnými veľkými zjednotenými teóriami. Publikovali sme to, ale Henry a ja sme sa rozhodli, že sa budeme aj naďalej snažiť zistiť, či by sa dalo niečo zmeniť, čo by umožnilo, aby veľké zjednotené teórie boli konzistentné s kozmológiou, ako ju poznáme.
Ako ste prišli na myšlienku kozmickej inflácie?
Chvíľu predtým, ako som začal hovoriť s Henrym Tyeom o monopoloch, bola na Cornell prednáška Boba Dickeho, fyzika a kozmológa z Princetonu, v ktorej prezentoval niečo, čo sa nazývalo problém plochosti, problém rýchlosti expanzie raných vesmír a ako presne musel byť vyladený, aby vesmír fungoval, aby vytvoril vesmír, ako je ten, v ktorom žijeme [to znamená taký, ktorý má malé alebo žiadne zakrivenie časopriestoru, a preto je takmer dokonale „plochý“]. V tejto prednáške nám Bob Dicke povedal, že ak by ste premýšľali o vesmíre jednu sekundu po začiatku, rýchlosť expanzie skutočne musela byť presne na 15 desatinných miest, inak by sa vesmír buď rozletel príliš rýchlo na to, aby ho akákoľvek štruktúra dokázala. sformovať alebo znovu zrútiť príliš rýchlo na to, aby sa vytvorila akákoľvek štruktúra.
Vtedy som si myslel, že je to niečo úžasné, ale ani som tomu nerozumel. Ale potom, čo som šesť mesiacov pracoval na tejto otázke týkajúcej sa magnetických monopolov, jednej noci som si uvedomil, že mechanizmus, o ktorom sme uvažovali a ktorý by potláčal množstvo magnetických monopolov produkovaných po Veľkom tresku ['mechanizmus' je fáza prechod, ku ktorému dôjde po veľkom množstve podchladenia] by mal prekvapivý účinok, že by vohnal vesmír do obdobia exponenciálnej expanzie – ktorú teraz nazývame inflácia – a táto exponenciálna expanzia by vyriešila tento problém plochosti. Tiež by to pritiahlo vesmír presne na správnu rýchlosť expanzie, ktorú si Veľký tresk vyžadoval [na vytvorenie vesmíru ako je ten náš].
V predchádzajúcich rozhovoroch ste povedali, že koláčik šťastia hral legitímne dôležitú úlohu vo vašej kariére. Ako to?
Na jar roku 1980, keď som prišiel s touto myšlienkou inflácie, som sa rozhodol, že najlepším spôsobom, ako ju zverejniť, bude veľa o nej hovoriť. Navštívil som MIT, ale MIT v tom roku neinzerovalo žiadne pozície. Počas úplne posledného dňa tohto šesťtýždňového výletu som bol na univerzite v Marylande a vzali ma na čínsku večeru a majetok, ktorý som získal v mojom čínskom koláčiku šťastia, povedal: „Čaká na vás vzrušujúca príležitosť, ak nie som príliš bojazlivý.' Premýšľal som o tom a rozhodol som sa, že mi to možno chce niečo povedať. Keď som sa vrátil do Kalifornie, zavolal som jednému z členov fakulty na MIT a nejakým koktavým spôsobom som povedal, že som sa neuchádzal o žiadnu prácu, pretože na MIT žiadne pracovné miesta nie sú, ale chcel som im povedať, že ak možno by som mal o mňa záujem, rád by som prišiel. Potom sa mi v jeden deň ozvali a dali mi ponuku. Bolo to skvelé. Na MIT som prišiel ako člen fakulty a odvtedy som tu.
Kedy a kde robíte najlepšiu prácu?
Pevne verím, že najlepšie premýšľam uprostred noci. Veľmi sa mi páči, keď môžem mať primerane dlhé časové úseky, niekoľko hodín, kedy sa môžem na niečo sústrediť a nenechať sa vyrušovať, a to sa deje len v noci. Často sa stáva, že zaspím o 9:30 a zobudím sa o 1 alebo 2 a začnem pracovať a potom znova zaspím o 5:00.
Kto je vysnívaný spolupracovník, s ktorým by ste radi spolupracovali?
Stavím sa, že spolupracovať s Einsteinom by bola veľká zábava. Na Einsteinovi skutočne rešpektujem jeho túžbu odhodiť všetky konvenčné spôsoby a sústrediť sa len na to, čo sa zdá byť najbližšie k presnej teórii prírody.
Na čom momentálne pracuješ?
Najkonkrétnejší projekt, na ktorom pracujem, je projekt v spolupráci s pomerne veľkou skupinou tu na MIT, v ktorom sa snažíme vypočítať produkciu prvotných čiernych dier, ku ktorým by mohlo dôjsť pri určitej verzii inflácie. Ak to vyjde, tieto primordiálne čierne diery by možno mohli byť zárodkami supermasívnych čiernych dier v centrách galaxií, ktoré je veľmi ťažké vysvetliť. Bolo by neuveriteľne vzrušujúce, keby sa ukázalo, že je to tak.
Nad čím ešte rozmýšľaš?
Väčšou otázkou, ktorá bola vzadu v mojej mysli už desaťročie, je problém pochopenia pravdepodobností vo večne sa nafukovajúcich vesmíroch. Vo večne nafukovacom vesmíre sa tieto vreckové vesmíry [ako ten, v ktorom žijeme] formujú doslova navždy. Vzniká nekonečné množstvo vreckových vesmírov, čo znamená, že všetko, čo je fyzicky povolené, sa nakoniec stane nekonečne veľakrát.
Normálne pravdepodobnosti interpretujeme ako relatívne výskyty. Myslíme si, že jednohlavé kravy sú pravdepodobnejšie ako dvojhlavé, pretože si myslíme, že je oveľa viac jednohlavých kráv ako dvojhlavých. Neviem, či sú na zemi nejaké dvojhlavé kravy, ale predstierajme, že áno. Vo večne nafukovacom vesmíre, za predpokladu, že je prinajmenšom možná dvojhlavá krava, bude nekonečné množstvo dvojhlavých kráv a nekonečné množstvo jednohlavých kráv. Je ťažké vedieť, čo máte na mysli, ak sa pokúsite povedať, že jeden je bežnejší ako druhý.
Ak sa niečo môže stať vo večne nafukovacom vesmíre, existuje situácia, že ja som kozmológ a ty novinár?
[Smiech] Pravdepodobne áno. Myslím, že by sme s istotou vedeli, že čokoľvek, čo je fyzicky možné – a nechápem, prečo to nie je fyzicky možné – sa stane nekonečne veľakrát.
Tento rozhovor bol upravený kvôli priestoru a prehľadnosti. Marcia Bartusiak, profesorka z praxe Postgraduálny program vedeckého písania na Massachusetts Institute of Technology, prepožičala svoje odborné znalosti počas procesu overovania faktov.
