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アラン・ハーヴェイ・ガス（/ ɡuːθ /、 1947年2月27日生まれ）は、アメリカの理論物理学者であり宇宙論者で、マサチューセッツ工科大学のヴィクター・ワイスコフ物理学教授である。アレクセイ・スタロビンスキー、アンドレイ・リンデとともに、2014年のカブリ賞を「宇宙インフレーション理論の先駆者」として受賞した。 [ 1 ]ガスの研究は、素粒子理論と、素粒子理論が初期宇宙にどのように適用できるかに焦点を当てている。
彼は1968年にMITを物理学の学位で卒業し、その後もMITに留まり、同じく物理学の修士号と博士号を取得した。
若手素粒子物理学者であったガスは、1979年にコーネル大学で宇宙インフレーションの考えを発展させ、1980年1月にこのテーマに関する最初のセミナーを行った。[ 2 ] [ 3 ]スタンフォード大学のSLAC理論グループに移ったガスは、1981年に宇宙インフレーションの考えを正式に提唱した。これは、生まれたばかりの宇宙が、正の真空エネルギー密度（負の真空圧）によって引き起こされる指数関数的膨張の段階を経たという考えである。2006年のWMAPミッションの結果は、宇宙インフレーションの主張を非常に説得力のあるものにした。
ガスは1947年にニュージャージー州ニューブランズウィックのユダヤ人家庭に生まれ[ 4 ] 、ラリタン川を挟んだ対岸のハイランドパークで育ち、地元の公立学校に通った[ 5 ] 。ハイランドパーク高校の3年生の時[ 6 ]、学校を辞めてマサチューセッツ工科大学の5年制プログラムに入学し、さらに2年で学士号と修士号を取得できることになった[ 7 ] 。ガスは1969年に学士号と修士号を、1972年に博士号を取得した。1971年、高校時代の恋人だったスーザン・ティッシュと結婚した[ 6 ] 。彼らにはローレンス（1977年生まれ）とジェニファー（1983年生まれ）という2人の子供がいる[ 8 ] 。
ガスは1971年から1974年までプリンストン大学、 1974年から1977年までコロンビア大学、1977年から1979年までコーネル大学、1979年から1980年までスタンフォード線形加速器センター（SLAC）に在籍した。ベビーブーム世代の他の多くの若い物理学者と同様に、彼は常勤の職を見つけるのに苦労した。なぜなら、助教授のポストは、そのような職を求める若い科学者の数よりもはるかに少なかったからである。この現象は「失われた学者の世代」と呼ばれている。[ 9 ]
キャリアの初期、ガスは物理宇宙論ではなく素粒子物理学を研究していた。プリンストン大学でのガスの初期の研究は、陽子と中性子を構成する素粒子であるクォークの研究だった。コロンビア大学では、ガスは自発的対称性の破れによって生じる宇宙論的相転移に焦点を当てた大統一理論（GUT）を研究した。ほとんどのGUTは自発的対称性の破れの際に磁気単極子の生成を予測しているが、これまで検出されたことはなかった。これが単極子問題である。
ガスがインフレーション理論を発展させる第一歩を踏み出したのは、1978年にコーネル大学でロバート・ディッケによる宇宙の平坦性問題に関する講演に出席した時だった。 [ 10 ]ディッケは、当時のビッグバン理論には重要な何かが欠けていることを平坦性問題が示していると説明した。宇宙の運命はその密度に依存していた。宇宙の密度が十分に大きければ、特異点に崩壊し、宇宙の物質の実際の密度が臨界密度よりも低ければ、宇宙はますます大きくなっていく。
ガスの進路における次の転機は、1979年初頭にスティーブン・ワインバーグの講演を聞いた時に訪れた。[ 11 ]ワインバーグは2回の講演で、1974年以来発展してきた大統一理論（GUT）について、そしてそれが宇宙における物質の量の多さと反物質の量の少なさをどのように説明できるかについて語った。GUTは、重力を除く科学で知られているすべての基本力を説明する。ビッグバン後のような非常に高温の条件下では、電磁力、強い核力、弱い核力が統合されて1つの力を形成すると確立した。ワインバーグはまた、宇宙が高エネルギーから低エネルギーに移行する際に、物質の相に似た相転移を経るという考えを強調した人物でもある。物質が反物質よりも圧倒的に多い理由についてのワインバーグの議論は、宇宙の最初の数秒間を研究することで粒子に関する精密な計算が得られることをガスに示した。
ガスは、遅延相転移中の過冷却を提案することでこの問題を解決することにした。これは磁気単極子問題を解決する上で非常に有望に思えた。ガスと共同研究者のヘンリー・タイがこのアイデアを思いついた頃には、ガスはスタンフォード線形加速器センター（SLAC）に1年間滞在していた。タイは、宇宙の膨張が過冷却の影響を受けないことを確認することを提案した。過冷却状態は偽の真空である。それは、可能な限りエネルギー密度が低い状態という意味で真空であるが、その状態が永続的ではないため「偽」である。偽の真空は崩壊し、ガスは、宇宙の始まりにおける偽の真空の崩壊が空間の指数関数的な膨張を引き起こすことを発見した。膨張が単極子密度を比例的に減少させるため、これは単極子問題を解決する。
ガスは自身の理論から、宇宙が平坦に見えるのは、元の大きさに比べて圧倒的に大きく膨張したためだと気づいた。この見方は、地球の表面から見たときの地球の見かけの平坦さに似ている。観測可能な宇宙は、実際の宇宙のごく一部に過ぎなかった。従来のビッグバン理論では、オメガの値が1に近いこと は不可解だった。なぜなら、1からのずれはすぐに非常に大きくなるからである。インフレーション理論では、オメガがどこから始まっても、宇宙の膨張の規模のために1に近づく 。実際、インフレーション理論の主要な予測の一つは、オメガが正確に1になるということである 。
2週間後、ガスは同僚たちが「地平線問題」と呼ばれるものについて議論しているのを耳にした。アーノ・ペンジアスとロバート・ウッドロー・ウィルソンが発見したマイクロ波背景放射は、ほとんどばらつきがなく、極めて均一に見えた。これは非常に逆説的に思えた。なぜなら、この放射がビッグバンから約30万年後に放出されたとき、観測可能な宇宙の直径は9000 万光年だったからだ。エネルギーは光速よりも速く移動できないため、宇宙の一方の端がもう一方の端と通信する時間などなかった。ガスがすぐに気づいたように、このパラドックスはインフレーション理論によって解決された。インフレーションはビッグバンが前提としていたよりもはるかに少ない量の物質から始まったため、その量は非常に少なく、すべての部分が互いに因果的に結びついていた。その後、宇宙は膨張し、均質性は損なわれなかった。インフレーション後の宇宙は、たとえその部分が互いに影響を与え合えなかったとしても、均一であったはずである。
ガスは1980年1月にSLACで行われたセミナーでインフレーションに関する自身の考えを初めて公表した。 彼は、磁気単極子は講演の範囲外であるGUTの仮定に基づいているため無視した。 1980年8月、彼は「インフレーション宇宙：地平線と平坦性の問題に対する可能な解決策」と題した論文をPhysical Review誌に投稿した。[ 12 ] この論文でガスは、宇宙が相転移に必要な臨界温度より28桁低い温度まで過冷却されていれば、宇宙のインフレーションを説明できると仮定した 。
1981年12月、ガスはモスクワの物理学者アンドレイ・リンデ の論文を読んだ。その論文には、宇宙全体がたった一つの泡の中に収まっているため、壁との衝突によって何も破壊されないと書かれていた。この結論は、シドニー・コールマンとエリック・ワインバーグが最初に提唱したエネルギーグラフを持つヒッグス場を用いて導き出されたものだった。ガスはこの件についてリンデと議論した。リンデは独自に泡の膨張について研究していたが、平坦性の問題については考慮していなかった。リンデとガスは最終的にこのテーマに関する論文を交換した。
1983年までに、ガスは、自身の提唱する超冷却宇宙シナリオは理想的ではないことを論じた論文を発表した。なぜなら、そのような状態から抜け出すための「トリガーメカニズム」には「パラメーターの極めて微調整」が必要であり、より自然な解決策が必要だと感じたからである。[ 1 ] [ 13 ] [ 14 ]しかし、これは宇宙が初期の段階で真空中で指数関数的に膨張したという彼の信念を揺るがすことはなかった。[ 15 ]
これまでガスは、格子ゲージ理論、磁気単極子とインスタントン、ゴット・タイムマシン、その他多くの理論物理学の分野を研究してきた。ガスの現在の研究の多くは、インフレーションの様々なバージョンから生じる密度ゆらぎを外挿して観測結果と照合すること、そして「ブレーンワールド」モデルにおけるインフレーションを調査することである。
彼はマサチューセッツ工科大学（MIT）のビクター・F・ワイスコフ物理学教授である。インフレーション効果とその素粒子物理学との相互作用に関する技術論文を60本以上執筆している。
ガスは、アンドレイ・リンデ、ポール・スタインハルトと共にイタリアのトリエステにある国際理論物理学センターのメダルや、 1996年のエディントン・メダル、 2009年の英国物理学会から授与されたアイザック・ニュートン・メダルなど、数々の賞やメダルを受賞している。
2012年7月、彼は物理学者でインターネット起業家のユーリ・ミルナーが創設した基礎物理学におけるブレークスルー賞の初代受賞者となった。[ 16 ] [ 17 ]
2014年、彼はスタンフォード大学のアンドレイ・リンデ、ランダウ理論物理学研究所のアレクセイ・スタロビンスキーとともに、ノルウェー科学文学アカデミーから「宇宙インフレーション理論の先駆者」としてカブリ賞を共同受賞した。 [ 1 ] [ 18 ] [ 19 ]同年、ガスはアメリカ功績アカデミーのゴールデンプレート賞を受賞した。[ 20 ]
2005年、ガスはボストン・グローブ紙主催のボストンで最も散らかったオフィス賞を受賞した。同僚たちはガスに恥をかかせて片付けさせようとして応募したのだが[ 21 ]、ガス自身はこの賞をとても誇りに思っている[ 22 ] 。
重力波がインフレーションの決定的な証拠になると言われたとき、私は部屋はすでに煙でいっぱいだと思った。
この9人は、1989年に大学院を中退し、後にFacebookやGrouponなどのインターネット企業への投資で数十億ドルを稼いだロシアの物理学者ユーリ・ミルナーによって設立された基礎物理学賞の受賞者である。
昨年、彼は基礎物理学賞財団から 300 万ドルの賞を授与された。当時、彼はニューヨーク・タイムズ紙に、銀行口座の残高が 200 ドルから 3,000,200 ドルに膨れ上がったと語った。