Alan Guth

**Alan Harvey Guth** (New Brunswick, New Jersey, 1947ko otsailaren 27a) estatubatuar fisikari eta kosmologoa da. Ikertzailea, besteak beste, Massachusettseko Teknologia Institutuan (MIT). Alexei Starobinsky eta Andrei Linderekin batera, 2014ko Kavli Saria irabazi zuen inflazio kosmikoaren teorian aitzindaria izateagatik. Guthen ikerketa oinarrizko partikulen teorian eta horiek jatorrizko unibertsoan duten aplikazioan oinarritzen da.

Fisikan graduatu zen 1968an, eta MIT-an bertan geratu zen master eta doktoretza lortzeko, baita fisikan ere.

Partikulen fisikari gisa bezala, Guthek inflazio kosmikoaren ideia garatu zuen 1979an, Cornelleko Unibertsitatean, eta gai horri buruzko lehen mintegia eman zuen 1980ko urtarrilean. Stanfordeko Unibertsitateko SLAC Teoria Taldetik igaro ondoren, Guthek 1981ean inflazio kosmikoaren ideia formalki proposatu zuen, hau da, unibertso jaioberriak hedapen esponentzialeko fase bat igaro zuela, hutseko energia-dentsitate positibo batek bultzatuta (huts-presio negatiboa). 2006an WMAP (Wilkinson Mikrouhinen Anisotropia Zunda) misioaren emaitzek inflazio kosmikoaren aldeko argudioak oso sinesgarriak izatea eragin zuten.

## Bizitza eta hezkuntza 
Guth familia judu batean jaio zen New Brunswicken, New Jerseyn, 1947an, eta Raritan ibaiaren beste aldean hazi zen, Highland Park-en, bertako eskola publikoetan. Highland Park eskolan bigarren hezkuntza egin ondoren, eskola utzi eta bost urteko programa batean izena eman zuen Massachusettseko Institutu Teknologikoan, non bi urte geroago lizentziatura eta masterra lortu ahal izan zituen. Guthek lizentziatura eta masterra lortu zituen 1969an, eta doktoretza 1972an. 1971n, Susan Tischekin ezkondu zen, bigarren hezkuntzako bere neskalagunarekin. Bi seme-alaba dituzte: Lawrence (1977an jaioa) eta Jennifer (1983an jaioa).

Guth Princetonen egon zen 1971etik 1974ra, Columbian 1974tik 1977ra, Cornellen 1977tik 1979ra eta Stanfordeko Azeleragailu Linealen Zentroan (SLAC) 1979tik 1980ra. Baby boom garaiko beste hainbat fisikari gaztek bezala, zailtasunak izan zituen lan finkoa aurkitzeko, lan horren bila zeuden zientzialari gazteek baino katedra gutxiago baitzeuden. Fenomeno horri «galdutako akademikoen belaunaldia» deitu izan zaio.

Bere jardueraren hasieran, Guthek partikulen fisika ikertu zuen, ez kosmologia fisikoa. Princetonen egin zuen lehen lana quarken oinarritu zen, protoiak eta neutroiak osatzen dituzten oinarrizko partikulak. Columbian, Guthek bateratze handiaren teoriak (GUT, Grand Unification Theory) aztertu zituen, simetriaren bat-bateko hausturak sortutako fase kosmologikoen trantsizioetan zentratuz. GUT gehienek simetria-haustura espontaneoan monopolo magnetikoen sorrera iragartzen dute, baina bakar bat ere ez zen detektatu: monopoloaren arazoa.

## Ibilbide profesionala 
Guth irakaslearen ikerketa gehiena partikulen fisika teorikoa unibertso primitiboan aplikatzean oinarritu da: zer esan diezaguke partikulen fisikak unibertsoaren historiari buruz eta zer esan diezaguke kosmologiak naturaren oinarrizko legeei buruz? 1981ean proposatu zuen gure unibertsoaren ezaugarri asko, inflazioa deitu zuen eredu kosmologiko berri baten bidez. Horrela, azaldu ahal zen nola unibertsoa izan zen hain uniformea eta zergatik hasi zen dentsitate kritikotik hain gertu. Inflazioa Big Bang-aren teoria konbentzionalaren aldaketa bat da, unibertsoaren hedapena materiaren forma exotiko batek sortutako grabitazio-indar aldaratzaile batek bultzatu zuela proposatzen duena. Guthen hasierako proposamena okerra bazen ere (jatorrizko artikuluan adierazi zuen bezala), akats hori laster gainditu zuen "inflazio berriaren" asmakuntzak, Andrei Lindek Sobietar Batasunean alde batetik, eta Andreas Albrechtek eta Paul Steinhardtek Estatu Batuetan beste aldetik. Ia 40 urteko garapenaren eta azterketaren ondoren, inflazio-unibertsoaren ereduaren ebidentziak inoiz baino hobea dirudi orain.

### Inflazio teoria 
Artikulu nagusia: Inflazio kosmikoa
thumb|302x302px|Big Bang eskema

Guthek inflazioaren teoria garatzeko lehen urratsa Cornellen eman zuen 1978an, Robert Dickek unibertsoaren lautasunaren arazoari buruz eman zuen hitzaldi batean. Dickek azaldu zuen nola arazo horrek frogatzen zuen zerbait esanguratsua falta zela garai hartako Big Bangaren teorian. Unibertsoaren patua dentsitatearen araberakoa zen. Dentsitatea nahikoa handia balitz, singularitate batean kolapsatuko litzateke, eta materiak kosmosean duen dentsitate erreala dentsitate kritikoa baino txikiagoa balitz, unibertsoa gero eta handiago bihurtuko litzateke.

Guth-ek eman zuen hurrengo urratsa Steven Weinbergen hitzaldi bat entzun zuenean iritsi zen, 1979 urtearen hasieran. Weinbergek 1974tik garatu zen Bateratze Handiaren Teoriari (GUT) buruzko bi hitzalditan hitz egin zuen, eta nola honek azal zezakeen unibertsoko materia kantitate izugarria antimateria kantitatearekin alderatuta. GUTek zientzian ezagutzen diren oinarrizko indar guztiak azaldu zituen, grabitatea izan ezik. Ezarri zuen, oso baldintza beroetan, Big Bang-aren ondoren, elektromagnetismoa, indar nuklear bortitza eta indar nuklear ahula batu egiten zirela indar bakar bat osatzeko. Weinbergek nabarmendu zuen, halaber, unibertsoak fase-trantsizioak igarotzen dituela, materiaren faseen antzekoak, energia altutik energia baxura pasatzean. Weinbergen eztabaidak erakutsi zion Guthi nola lor zitezkeen partikulei buruzko kalkulu zehatzak unibertsoaren lehen segundoak aztertuz.

Guthek, problema hori ebazteko, atzeratutako fase-trantsizio batean gainhozte bat iradoki zuen. Hau esperantzagarria izan zen monopolo magnetikoaren arazoa konpontzeko. Guthek eta bere kolaboratzailea, Henry Tye, asmatu zutenerako, Guthek urtebete zeraman Stanfordeko Azeleragailu Linealen Zentroan (SLAC). Tye-k iradoki zuen unibertsoaren hedapenean ez zuela eraginik izango gainhozte hau. Gainhozte-egoera huts faltsua da: hutsa da, ahalik eta energia-dentsitate txikieneko egoera delako; eta "faltsua" da, haren egoera ez delako iraunkorra. Huts faltsuak desegin egiten dira, eta Guthek ikusi zuen huts faltsua unibertsoaren hasieran desintegratzeak espazioaren hedapen esponentziala eragingo zuela. Horrek monopoloaren arazoa konpondu zuen, espantsioak dentsitate monopolarra proportzionalki murrizten baitu.

Guth konturatu zen, bere teoriatik abiatuta, unibertsoa, bere jatorrizko tamainarekin alderatuta, ikaragarri hedatu dela. Perspektiba, Lurraren itxurazko lautasunaren antzekoa da, giza eskalan, azaletik ikusita. Unibertso behagarria, egia esan, unibertso errealaren zati txiki-txiki bat baino ez zen. Big Bang-aren teoria tradizionalak 1en inguruko omega-balioak (dentsitate-parametroa) nahasgarritzat jotzen zituen, 1en edozein desbideratze askoz ere handiagoa bihurtuko baitzen berehala. Inflazioaren teorian, omega non hasten den alde batera utzita, 1era hurbilduko litzateke unibertsoaren hedapenaren eskala dela eta. Izan ere, inflazio teoriaren iragarpen garrantzitsu bat da Omega zehazki 1 izango dela.

###### Dentsitate-parametroa 
Dentsitate-parametroa, eskuarki Ω (omega) gisa adierazten dena, neurri adimentsional bat da, unibertsoaren dentsitate erreala unibertsoa geometrikoki laua izateko behar den dentsitate kritikoarekin alderatzen duena.

Friedmann-en ekuaziotik: \dot{a}^2 = \frac{8\pi G}{3}\rho a^2 + \frac{\Lambda}{3}c^2a^2 - Kc^2

Friedmann-en ekuazio hau hartuta, ondorengoa ondorioztatu daiteke:

1 = \frac{8\pi G}{3H^2}\rho + \frac{\Lambda c^2}{3H^2}-\frac{Kc^2}{a^2H^2} = \Omega_m + \Omega_\Lambda + \Omega_K       non  H = \frac{\dot{a}}{a}  Hubble-ren faktorea den.

Hurrengoak definitzen dira:

\Omega_m = \frac{\rho}{\rho_c}   non \rho_c = \frac{3H^2}{8\pi G}  den.

\Omega_\Lambda = \frac{\Lambda c^2}{3H^2}  den.

\Omega_K = - \frac{Kc^2}{a^2H^2}  den.

Guzti hau honela interpretatu daiteke era fisiko batean:

* \Omega_m + \Omega_\Lambda = 1  bada, orduan  \Omega_K = 0 \Rightarrow K=0  izango da. Hau da, unibertso laua.
* \Omega_m + \Omega_\Lambda>1  bada, orduan  \Omega_K0  izango da. Hau da, unibertso itxia.
* \Omega_m + \Omega_\Lambda  bada, orduan  \Omega_K>0\Rightarrow K  izango da. Hau da, unibertso irekia.

Bi aste geroago, Guthek bere lankideak entzun zituen horizontearen arazoaz eztabaidatzen. Arno Penziasek eta Robert Woodrow Wilsonek aurkitu zuten mikrouhinen hondoko erradiazioak oso uniformea zirudien, ia batere bariantzarik gabea. Horrek paradoxikoa zirudien; izan ere, erradiazioa askatu zenean, Big Bang-etik 300.000 urte ingurura, unibertso behagarriak 90 milioi argi-urteko diametroa zuen. Ez zegoen astirik kosmosaren mutur bat bestearekin komunikatzeko, energia ezin baita argiaren abiadura baino azkarrago mugitu. Paradoxa hau inflazioaren teoriaren bidez konpondu zen, Guthek laster ulertu zuen bezala. Inflazioa Big Bang-ek uste zuena baino askoz materia kantitate txikiagoarekin hasi zen, hain kantitate txikia, ezen haren zati guztiak elkarrekin kontaktuan egon ziren. Orduan unibertsoa hedatu egin zen, argiaren abiadura baino mila milioi aldiz azkarrago, eta homogeneotasunak modu berean geratu zen. Inflazioaren ondorengo unibertsoa oso uniformea izango zen, nahiz eta haren zatiek ezin izan zioten elkarri eragin.

Guthek 1980ko urtarrilean aurkeztu zituen lehenengoz inflazioari buruzko ideiak SLAC-eko mintegi batean. Monopolo magnetikoei buruz ez zuen ezer esan, GUT (Grand Unification Theory) teoriaren suposizioetan oinarritzen zirelako, eta hori bere diskurtsoaren irismenetik kanpo geratzen zen. 1980ko abuztuan, *Physical Review* aldizkarian "Unibertso inflazionarioa: Horizonte eta lautasun arazoei irtenbide posible bat" (ingelesez, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems") izeneko artikulua aurkeztu zuen. Artikulu honetan, Guth postulatu zuen unibertsoaren inflazioa azaldu ahal izango litzatekeela, unibertsoa gainhoztu egingo balitz 28 magnitude ordena, fase aldaketa bat eskatzen duten tenperatura kritikoen azpitik.

1981eko abenduan, Guthek Andrei Linde fisikari moskutarraren artikulu bat irakurri zuen, unibertso osoa burbuila bakar baten barruan dagoela dioena, eta, beraz, ezer ez da suntsitzen hormen arteko talken ondorioz. Ondorio hori Higgs-en eremu bat erabiliz lortu zen, jatorrian Sidney Colemanek eta Erick Weinbergek proposatutako energia-grafiko batekin. Guthek Linderekin eztabaidatu zuen, burbuilaren inflazioan independenteki lan egin zuena, baina lautasunaren arazoa kontuan hartu gabe. Azkenean, Lindek eta Guthek gaiari buruzko artikuluak trukatu zituzten.

1983an, Guthek bere unibertso superhoztuaren eszenatokia ideala ez zela deskribatzen zuen artikulu bat argitaratu zuen; izan ere, egoera horretatik irteteko "mekanismo abiarazleak" beharko zuen "parametroen doikuntza oso fina", eta irtenbide naturalagoa behar zela sentitzen zuen. Hala ere, horrek ez zuen esan nahi unibertsoa hasieran hutsean esponentzialki hedatu zenik.

## Egungo interesak 
Aurretik, Guthek gauge saretuaren teoria, monopolo magnetikoak eta instantoiak, Gotten denbora-makinak eta fisika teorikoko beste gai batzuk aztertu ditu. Bere egungo lanaren zati handi bat inflazioaren hainbat bertsiotatik eratorritako dentsitate-gorabeherak estrapolatzean datza, behaketekin alderatzeko, eta "brana munduen" ereduetako inflazioa ikertzean baita.

Fisikako irakaslea da Massachusettseko Institutu Teknologikoan (MIT). 60 artikulu tekniko baino gehiago idatzi ditu inflazioaren ondorioei eta partikulen fisikarekin dituen interakzioei buruz.

## Ohoreak eta sariak 
Guthek hainbat sari eta medaila irabazi ditu, Triesteko (Italia) Fisika Teorikoaren Nazioarteko Zentroaren Dirac Medaila barne, Andrei Linde eta Paul Steinhardtekin batera. Eddington Medaila 1996an eta Isaac Newton Medaila 2009an, Fisikako Institutu Britainiarrak emana.

2012ko uztailean, Oinarrizko Fisikako Breakthrough Saria jaso zuen lehenetarikoa izan zen, Yuri Milner fisikariaren eta Interneteko enpresariak sortutako saria izanik.

2014an, Noruegako Zientzia eta Letren Akademiak emandako Kavli Saria jaso zuen, Stanfordeko Unibertsitateko Andrei Linderekin eta Fisika Teorikoko Landau Institutuko Alexei Starobinskyrekin batera, "inflazio kosmikoaren teorian aitzindaria izateagatik". Urte horretan bertan, Guthek Golden Plate saria jaso zuen Ameriketako Estatu Batuetako Lorpen Akademiaren eskutik.

Bitxikeria gisa, 2005ean Guthek Boston-go bulegorik desordenatuenaren saria irabazi zuen, The Boston Globek antolatua. Lankideek aurkeztu zuten, lotsaren eraginez ordenatzera behartuko zuelakoan, baina Guth oso harro dago sariaz.

## Publikazioak 
* Alan Guth (1997).  *The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins*.
* Alan Guth (2002). "*Inflation and the New Era of High-Precision Cosmology*".

## Erreferentziak 
## Kanpo estekak 
* A. Guthen webgunea MIT unibertsitatean
* Bilatu liburua WorldCaten (ISBN 0201328402)