Qui est Alan Guth ?

Découvrez son histoire unique dans cet article de blog. C’est l’un des piliers sur la théorie des particules élémentaires !

Qui est Alan Guth ?

Alan Guth est un physicien théoricien et cosmologiste, connu principalement pour ses travaux sur la théorie des particules élémentaires et la manière dont la théorie des particules est applicable à l’univers primitif, et notamment pour l’idée, qu’il a développée vers 1980, de l’inflation cosmique et de l’univers inflationniste, l’idée que l’univers naissant est passé par une phase d’expansion exponentielle peu après le Big Bang, sous l’effet d’une densité d’énergie positive du vide.

Alan Harvey Guth est né le 27 février 1947 dans la petite ville de New Brunswick, dans le New Jersey, aux États-Unis, au sein d’un couple juif de classe moyenne, Hyman et Elaine Guth, propriétaires d’une petite épicerie et d’un établissement de nettoyage à sec. Sa petite enfance n’a rien de particulier, bien qu’il ait montré une forte aptitude pour les mathématiques. Après avoir fréquenté plusieurs écoles publiques, il a sauté sa dernière année pour s’inscrire à un programme de cinq ans au Massachusetts Institute of Technology (MIT), en partie parce qu’il craignait d’être appelé pour la guerre du Vietnam, qu’il désapprouvait fortement. Il obtient sa licence et sa maîtrise en 1969, et un doctorat en 1972.

En 1971, il épouse son amour de lycée, Susan Tisch, et ils auront deux enfants : Lawrence (1977) et Jennifer (1983). Cependant, après avoir obtenu son diplôme, Guth a du mal à trouver un emploi permanent, en partie à cause de la concurrence intense pour les postes de professeur d’université due au baby-boom, et il passe neuf ans à voyager à travers le pays pour occuper des emplois temporaires de postdoctorant liés à la physique, notamment à Princeton (1971 à 1974), Columbia (1974 à 1977), Cornell (1977 à 1979) et au Linear Accelerator Center de Stanford (1979 à 1980).

À Princeton, il s’est d’abord concentré sur la physique des particules, en particulier sur l’étude des quarks, les particules élémentaires qui composent les protons et les neutrons. Cependant, ses recherches sont devenues obsolètes avec le développement de la théorie de la chromodynamique quantique, ironiquement développée là même à Princeton, à l’insu de Guth, qui a donné aux quarks une nouvelle propriété spéciale appelée « couleur ».

En 1974, à Columbia, Guth se tourne davantage vers la cosmologie et la cosmogenèse, et en particulier vers les travaux sur les monopôles magnétiques (aimants à un seul pôle, qui avaient été initialement prédits en théorie par les équations de James Clerk Maxwell, mais n’avaient pas encore été découverts dans l’univers réel). Guth a proposé que le processus de rupture spontanée de symétrie dans l’univers primitif, décrit par la « théorie électrofaible » de Steven Weinberg, puisse produire de très petites discontinuités avec les propriétés des monopoles magnétiques.

Il a commencé à développer sa théorie de l’inflation cosmique lorsqu’il était à Cornell en 1978, alors qu’il cherchait des solutions au « problème de la platitude » du modèle Big Bang de l’univers, et au problème qu’il avait lui-même identifié, l’absence apparente de monopoles magnétiques. Une fois encore, il s’est appuyé sur les travaux antérieurs de Steve Weinberg, à savoir sa théorie du Grand Unified (une tentative d’unification des forces électromagnétiques, nucléaires faibles et fortes).

La solution proposée par Guth pour résoudre ces problèmes implique une période très courte, mais très rapide de surfusion pendant une transition de phase retardée, produisant un « faux vide » (un état temporaire instable de la plus faible densité d’énergie possible). Guth a découvert que la désintégration du faux vide au début de l’univers pouvait produire des résultats étonnants, notamment une expansion rapide à des taux toujours plus élevés, qu’il a appelée inflation cosmique.

L’expansion incroyablement vaste de l’univers causée par l’inflation a « résolu » à la fois le problème de la platitude de Robert Dickes et le problème du monopole de Guth. Cependant, elle a également résolu le « problème de l’horizon » de la théorie du Big Bang (l’observation récente que le rayonnement de fond cosmologique semblait être extrêmement uniforme dans tout l’univers, avec une variance quasi nulle, ce qui était paradoxal car il n’aurait pas dû y avoir assez de temps au moment de la création du rayonnement de fond cosmologique pour qu’une extrémité du cosmos ait été en communication avec l’autre extrémité). Selon la théorie de l’inflation de Guth, cependant, l’univers a explosé si rapidement qu’il n’y a pas eu le temps de rompre l’homogénéité essentielle, et l’univers après l’inflation aurait donc été très uniforme, même si les parties n’étaient pas encore en contact les unes avec les autres.

Guth a exposé pour la première fois ses idées sur l’inflation cosmique lors d’un séminaire au centre de l’accélérateur linéaire de Stanford au début de l’année 1980, et il est passé du jour au lendemain de l’inquiétude quant à ses perspectives d’emploi à l’assaut d’offres. Il retourne au MIT en 1980 et devient professeur de physique en 1986.

Pendant un certain temps, cependant, il n’a trouvé aucun moyen de mettre fin à l’inflation (afin que les étoiles et les galaxies puissent se former), ce que l’on appelle souvent le problème de la « sortie gracieuse », et il a considéré sa propre théorie comme un échec pour cette raison. Mais, après avoir lu, fin 1981, un article du physicien russe Andrei Linde (qui avait travaillé sur le problème de manière indépendante) et d’autres travaux de Paul Steinhardt (qui avait également travaillé sur le problème de la sortie gracieuse), il a commencé à échanger des articles avec ces autres théoriciens, s’aidant ainsi mutuellement à élaborer la théorie de l’inflation, et il y a eu de nombreux autres perfectionnements et révisions depuis le modèle original de Guth.

Plus récemment, Guth a exprimé sa conviction que notre univers n’est qu’un des nombreux univers qui ont vu le jour parmi d’innombrables autres dans le cadre d’un multivers. Selon cette théorie, l’inflation cosmique ne prend jamais fin, mais continue de s’étendre à un rythme exponentiel, des univers supplémentaires étant créés en permanence sous forme de « bulles » au sein du processus d’inflation (d’une certaine manière, cette théorie est similaire à la théorie discréditée de l’état stationnaire de Fred Hoyle). Il pense que le cosmos tout entier a été créé par des fluctuations quantiques à partir du néant (ce qui, selon lui, est parfaitement compatible avec la loi de la conservation de l’énergie, car la valeur totale de l’énergie reste égale à zéro) et aurait déclaré que « l’univers est l’ultime repas gratuit ».

Guth continue de donner des conférences au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et a rédigé plus de 60 articles techniques sur les effets de l’inflation cosmique et ses interactions avec la physique des particules. Il a remporté de nombreux prix et médailles, dont la médaille de l’International Center for Theoretical Physics et la médaille Eddington. Son livre de 1998, « The Inflationary Universe : The Quest for a New Theory of Cosmic Origins », est devenu un best-seller populaire.

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