Hvad er en stor samlet teori?
Grand Unified Theory (GUT) er søgen efter en kortfattet, simpel teori i fysik fra 2011, der ville beskrive samspillet mellem de fire grundlæggende kræfter i naturen - elektromagnetisme, de svage og stærke atomkrafter og tyngdekraften. Da enhver stor samlet teori forsøger at samle den nuværende forståelse af fysiske kræfter, kaldes den ofte for forskning i klassiske forenede feltteorier. Der findes mange forskellige forenede feltteorier for at forklare opførsel af stof og energi, men alligevel ses strengteori som det bedste udsigt fra 2011 for at have en chance for at binde virkningerne af tyngdekraften til de andre tre grundlæggende kræfter.
Partikelfysik bruger i øjeblikket en teori kendt som standardmodellen til at beskrive samspillet mellem fysiske kræfter i naturen. Standardmodellens nuværende form fra 2011 blev etableret i 1970'erne og tegner sig for samspillet mellem tre af de fire grundlæggende kræfter - elektromagnetisme og de svage og stærke atomkrafter. Efterhånden som standardmodellen har udviklet sig, blev det afsløret, at elektromagnetisme og den svage atomkraft virkelig var aspekter af den samme kraft ved høje energiniveau. Dette bygger på tidligere opdagelser i det sene af det 19. århundrede af den britiske fysiker James Maxwell, og forene kræfterne i magnetisme og elektricitet som to aspekter af den samme kraft - elektromagnetisme. Den store samlede teori kan derfor betragtes som et forsøg på at forene standardmodellen med virkningerne af tyngdekraften.
Da udviklingen af en simpel storslået samlet teori muligvis ikke tegner sig for alle interaktioner mellem stof og energi i rummet, kaldes ofte den endelige teori, der forener alle kræfter, The Theory of Everything (TOE). Tre hovedarenaer til studier i fysik skulle være samlet til en for at producere en levedygtig teori om alting, og disse inkluderer standardmodellen, generel relativitet og kvantemekanik. Et vigtigt forslag hertil involverer forskning i strengteori, der beskriver en grundlæggende stoftilstand, hvor alt i det fysiske univers i sidste ende er sammensat af vibrerende løkker af energi, hver på størrelse med en Planck-længde eller 10-33 centimeter. Disse strenge er teoretiseret for at være den direkte årsag til virkningerne af alle fire grundlæggende kræfter i naturen, eksistensen af stof og energi og både rum og tid. En af svaghederne ved strengteori er imidlertid, at den er ekstremt kompliceret og kræver interaktion i ti rumdimensioner, hvorimod en ultimativ stor, samlet teori antages at være en simpel ligning, der ikke længere er ca. 2,5 cm. længde, hvis den skrives ud til den sædvanlige størrelse på håndskrift.
Den måske største udfordring ved at komme med en elegant form for en storslået samlet teori fra 2011 er imidlertid at arbejde med den fysiske kosmologi af tyngdekraften ind i ligningerne. Tyngdekraften er den mindst forståede af alle fysiske kræfter og er muligvis slet ikke en styrke. Nogle undersøgelser antyder, at tyngdekraften simpelthen er en virkning af vridning af rum efter stof, som Einsteins opdagelser antyder, fordi der aldrig er fundet en oprindelse for tyngdekilden. Alle andre kræfter i naturen har grundlæggende partikler bundet til dem, så fysik har antaget, at en gravitonpartikel ville eksistere for at forklare tyngdekraften. Indtil der er opnået bevis for at forklare, hvordan tyngdekraften fungerer både på et makroskopisk og mikroskopisk niveau, vil en Grand Unified Theory, der forener alle fysiske kræfter i naturen, forblive undvigende.