Che cos'è una grande teoria unificata?
The Grand Unified Theory (GUT) è la ricerca di una teoria concisa e semplice in fisica a partire dal 2011 che descriva l'interazione tra le quattro forze fondamentali della natura: l'elettromagnetismo, le forze nucleari deboli e forti e la gravità. Poiché ogni grande teoria unificata tenta di riunire l'attuale comprensione delle forze fisiche, viene spesso definita ricerca nelle teorie del campo unificate classiche. Esistono molte teorie del campo unificate per spiegare il comportamento della materia e dell'energia, ma la teoria delle stringhe è vista come la migliore prospettiva dal 2011 per avere la possibilità di legare gli effetti della gravità alle altre tre forze fondamentali.
La fisica delle particelle attualmente utilizza una teoria nota come Modello standard per descrivere l'interazione delle forze fisiche in natura. La forma attuale del Modello Standard a partire dal 2011 è stata istituita negli anni '70 e rappresenta l'interazione di tre delle quattro forze fondamentali: l'elettromagnetismo e le forze nucleari deboli e forti. Con lo sviluppo del Modello standard, è stato rivelato che l'elettromagnetismo e la debole forza nucleare erano in realtà aspetti della stessa forza ad alti livelli di energia. Ciò si basava su scoperte precedenti alla fine del XIX secolo del fisico britannico James Maxwell, unendo le forze del magnetismo e dell'elettricità come due aspetti della stessa forza: l'elettromagnetismo. La Grande Teoria Unificata, quindi, può essere considerata come un tentativo di unire il Modello Standard con gli effetti della gravità.
Poiché lo sviluppo di una semplice grande teoria unificata potrebbe non tenere conto di tutte le interazioni della materia e dell'energia nello spazio, spesso la teoria finale che unifica tutte le forze viene definita Teoria del Tutto (TOE). Tre principali arene di studio in fisica dovrebbero essere unite in una per produrre una teoria praticabile di tutto, e queste includono il Modello standard, la relatività generale e la meccanica quantistica. Una proposta chiave per questo riguarda la ricerca nella teoria delle stringhe, che descrive uno stato fondamentale della materia in cui tutto nell'universo fisico è in definitiva composto da cicli vibranti di energia, ciascuno delle dimensioni di una lunghezza di Planck, o 10 -33 centimetri. Si ipotizza che queste stringhe siano la causa diretta degli effetti di tutte e quattro le forze fondamentali in natura, dell'esistenza della materia e dell'energia, nonché dello spazio e del tempo. Uno dei punti deboli della teoria delle stringhe, tuttavia, è che è estremamente complesso e richiede interazioni in dieci dimensioni dello spazio, mentre una grande teoria unificata finale è considerata un'equazione semplice non più lunga di circa 2,5 cm lunghezza se scritta alla solita dimensione della calligrafia.
Forse la sfida più grande nel trovare una forma elegante di una grande teoria unificata a partire dal 2011, tuttavia, è quella di far lavorare la equazione fisica della gravità nelle equazioni. La gravità è la meno compresa tra tutte le forze fisiche e potrebbe non essere affatto una forza. Alcune ricerche suggeriscono che la gravità è semplicemente un effetto della deformazione dello spazio dalla materia, come suggeriscono le scoperte di Einstein, perché non è mai stata trovata un'origine per la fonte di gravità. Tutte le altre forze in natura hanno particelle fondamentali legate ad esse, quindi la fisica ha assunto l'esistenza di una particella gravitonica per spiegare la gravità. Fino a quando non saranno ottenute prove per spiegare come funziona la gravità sia a livello macroscopico che microscopico, una teoria unificata unificata che unisce tutte le forze fisiche in natura rimarrà sfuggente.