Qu'est-ce qu'une théorie de la grande unifiée?
La Grande Théorie Unifiée (GUT) est la recherche d'une théorie simple et concise en physique à partir de 2011 qui décrirait l'interaction entre les quatre forces fondamentales de la nature - l'électromagnétisme, les forces nucléaires faibles et fortes et la gravité. Dans la mesure où toute théorie unifiée vise à rassembler la compréhension actuelle des forces physiques, elle est souvent appelée recherche dans les théories classiques du champ unifié. Il existe de nombreuses théories de champ unifié différentes pour expliquer le comportement de la matière et de l'énergie, mais la théorie des cordes est considérée comme la meilleure perspective à partir de 2011 pour avoir une chance de lier les effets de la gravité aux trois autres forces fondamentales.
La physique des particules utilise actuellement une théorie connue sous le nom de modèle standard pour décrire l'interaction des forces physiques dans la nature. La forme actuelle du modèle standard à partir de 2011 a été établie dans les années 1970 et tient compte de l'interaction de trois des quatre forces fondamentales: l'électromagnétisme et les forces nucléaires faibles et puissantes. Lors de l'élaboration du modèle standard, il a été révélé que l'électromagnétisme et la faible force nucléaire étaient en réalité des aspects de la même force à des niveaux d'énergie élevés. Cette construction s’appuie sur des découvertes antérieures du physicien britannique James Maxwell à la fin du XIX e siècle, unissant les forces du magnétisme et de l’électricité en tant qu’éléments de la même force - l’électromagnétisme. La grande théorie unifiée peut donc être considérée comme une tentative d'unir le modèle standard aux effets de la gravité.
Étant donné que le développement d'une simple théorie unifiée peut ne pas prendre en compte toutes les interactions de la matière et de l'énergie dans l'espace, la théorie finale unifiant toutes les forces est souvent appelée la théorie du tout (TOE). Trois domaines principaux d'étude de la physique devraient être réunis pour former une théorie viable de tout, notamment le modèle standard, la relativité générale et la mécanique quantique. Une proposition clé à cet égard implique la recherche dans la théorie des cordes, qui décrit un état fondamental de la matière dans lequel tout dans l’univers physique est finalement composé de boucles d’énergie vibrantes, chacune d’une taille de la longueur d’un Planck, soit 10 -33 centimètres. En théorie, ces chaînes sont la cause directe des effets des quatre forces fondamentales de la nature, l'existence de la matière et de l'énergie, ainsi que de l'espace et du temps. L’une des faiblesses de la théorie des cordes réside toutefois dans le fait qu’elle est extrêmement complexe et nécessite des interactions dans dix dimensions de l’espace, alors qu’une théorie ultime unifiée est envisagée comme une simple équation ne dépassant pas environ 2,5 cm (1 pouce) de longueur. longueur si écrit à la taille habituelle de l'écriture.
Cependant, le plus grand défi à relever pour élaborer une forme élégante de théorie unifiée à partir de 2011 consiste toutefois à intégrer la cosmologie physique de la gravité dans les équations. La gravité est la moins comprise de toutes les forces physiques et peut ne pas être une force du tout. Certaines recherches suggèrent que la gravité est simplement un effet de la déformation de l'espace par la matière, comme le suggèrent les découvertes d'Einstein, car une origine de la source de gravité n'a jamais été trouvée. Toutes les autres forces de la nature ont des particules fondamentales qui leur sont liées. La physique a donc supposé l'existence d'une particule de graviton pour expliquer la gravité. Jusqu'à ce que des preuves soient obtenues pour expliquer le fonctionnement de la gravité aux niveaux macroscopique et microscopique, une grande théorie unifiée unissant toutes les forces physiques de la nature restera insaisissable.