¿Qué es una gran teoría unificada?

La Gran Teoría Unificada (GUT) es la búsqueda de una teoría concisa y simple en física a partir de 2011 que describa la interacción entre las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: el electromagnetismo, las fuerzas nucleares débiles y fuertes y la gravedad. Dado que cualquier gran teoría unificada intenta reunir la comprensión actual de las fuerzas físicas, a menudo se la denomina investigación en teorías clásicas de campo unificado. Existen muchas teorías de campo unificadas diferentes para explicar el comportamiento de la materia y la energía, pero la teoría de cuerdas se considera la mejor perspectiva a partir de 2011 para tener la posibilidad de vincular los efectos de la gravedad con las otras tres fuerzas fundamentales.

La física de partículas actualmente usa una teoría conocida como el Modelo Estándar para describir la interacción de las fuerzas físicas en la naturaleza. La forma actual del modelo estándar a partir de 2011 se estableció en la década de 1970 y explica la interacción de tres de las cuatro fuerzas fundamentales: el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débiles y fuertes. A medida que se desarrolló el Modelo Estándar, se reveló que el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil eran realmente aspectos de la misma fuerza a altos niveles de energía. Esto se basó en descubrimientos anteriores a finales del siglo XIX del físico británico James Maxwell, que unía las fuerzas del magnetismo y la electricidad como dos aspectos de la misma fuerza: el electromagnetismo. La Gran Teoría Unificada, por lo tanto, puede considerarse como un intento de unir el Modelo Estándar con los efectos de la gravedad.

Dado que el desarrollo de una teoría simple y unificada puede no tener en cuenta todas las interacciones de la materia y la energía en el espacio, a menudo la teoría final que unifica todas las fuerzas se conoce como la Teoría del Todo (TOE). Tres ámbitos principales de estudio en física tendrían que unirse en uno para producir una teoría viable de todo, y estos incluyen el Modelo Estándar, la relatividad general y la mecánica cuántica. Una propuesta clave para esto implica la investigación de la teoría de cuerdas, que describe un estado fundamental de la materia donde todo en el universo físico está compuesto en última instancia de bucles vibrantes de energía, cada uno del tamaño de una longitud de Planck, o 10 ^-33 centímetros. Se teoriza que estas cadenas son la causa directa de los efectos de las cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza, la existencia de materia y energía, y también el espacio y el tiempo. Sin embargo, una de las debilidades de la teoría de cuerdas es que es extremadamente compleja y requiere interacciones en diez dimensiones del espacio, mientras que una gran teoría unificada final se visualiza como una ecuación simple de no más de aproximadamente 1 pulgada (2.5 centímetros) en longitud si está escrito en el tamaño habitual de escritura a mano.

Quizás el mayor desafío para llegar a una forma elegante de una gran teoría unificada a partir de 2011, sin embargo, es trabajar la cosmología física de la gravedad en las ecuaciones. La gravedad es la menos comprendida de todas las fuerzas físicas, y puede no ser una fuerza en absoluto. Algunas investigaciones sugieren que la gravedad es simplemente un efecto de la deformación del espacio por la materia como lo sugieren los descubrimientos de Einstein, porque nunca se ha encontrado un origen para la fuente de gravedad. Todas las otras fuerzas en la naturaleza tienen partículas fundamentales unidas a ellas, por lo que la física ha asumido que existiría una partícula de gravitón para explicar la gravedad. Hasta que se obtenga evidencia para explicar cómo funciona la gravedad tanto a nivel macroscópico como microscópico, una Gran Teoría Unificada que une todas las fuerzas físicas en la naturaleza seguirá siendo esquiva.