Co je velká sjednocená teorie?

Velká sjednocená teorie (GUT) je hledání stručné, jednoduché teorie ve fyzice od roku 2011, která by popisovala interakci mezi čtyřmi základními přírodními silami - elektromagnetismem, slabými a silnými jadernými silami a gravitací. Protože jakákoli velká sjednocená teorie se pokouší spojit současné chápání fyzických sil, je často označována jako výzkum klasických sjednocených polních teorií. Existuje mnoho různých unifikovaných teorií pole, které vysvětlují chování hmoty a energie, nicméně teorie strun je od roku 2011 považována za nejlepší vyhlídku na to, že bude mít šanci spojit účinky gravitace s ostatními třemi základními silami.

Fyzika částic v současnosti používá k popisu interakce fyzických sil v přírodě teorii známou jako standardní model. Současná podoba standardního modelu od roku 2011 byla založena v 70. letech 20. století a odpovídá za interakci tří ze čtyř základních sil - elektromagnetismu a slabých a silných jaderných sil. Jak se standardní model vyvíjel, bylo zjištěno, že elektromagnetismus a slabá jaderná síla byly skutečně aspekty stejné síly při vysokých úrovních energie. Vycházelo to z dřívějších objevů britského fyzika Jamese Maxwella z konce 19. století, které spojily síly magnetismu a elektřiny jako dva aspekty stejné síly - elektromagnetismus. Velkou sjednocenou teorii lze proto považovat za pokus sjednotit standardní model s účinky gravitace.

Protože vývoj jednoduché velké sjednocené teorie nemusí odpovídat za všechny interakce hmoty a energie ve vesmíru, často se konečná teorie sjednocující všechny síly označuje jako Teorie všeho (TOE). Tři hlavní oblasti studia fyziky by musely být spojeny do jednoho, aby vytvořily životaschopnou teorii všeho, a to včetně standardního modelu, obecné relativity a kvantové mechaniky. Jedním z klíčových návrhů je výzkum teorie strun, která popisuje základní stav hmoty, ve kterém je vše ve fyzickém vesmíru nakonec složeno z vibračních smyček energie, z nichž každá má velikost Planckovy délky nebo 10 - ³³ centimetrů. Tyto řetězce jsou teoreticky považovány za přímou příčinu účinků všech čtyř základních sil v přírodě, existence hmoty a energie a také prostoru a času. Jednou ze slabých stránek teorie strun je však to, že je nesmírně složité a vyžaduje interakce v deseti dimenzích vesmíru, zatímco konečná velká unifikovaná teorie je považována za jednoduchou rovnici ne delší než asi 2,5 centimetru. délka, je-li napsána obvyklou velikostí rukopisu.

Pravděpodobně největší výzvou, jak přijít s elegantní formou velké sjednocené teorie od roku 2011, je však zpracování fyzické kosmologie gravitace do rovnic. Gravitace je nejméně pochopená ze všech fyzických sil a nemusí to být vůbec síla. Některé výzkumy naznačují, že gravitace je prostě efekt deformace vesmíru hmotou, jak naznačují Einsteinovy ​​objevy, protože původ zdroje gravitace nebyl nikdy nalezen. Všechny ostatní síly v přírodě mají k sobě vázané základní částice, takže fyzika předpokládala, že by gravitonická částice existovala pro vysvětlení gravitace. Dokud nebudou získány důkazy, které by vysvětlily, jak gravitace funguje na makroskopické i mikroskopické úrovni, zůstane velká unifikovaná teorie spojující všechny fyzické síly v přírodě nepolapitelná.