大統一理論とは

大統一理論（GUT）は、2011年時点の物理学における簡潔で単純な理論の探求であり、自然の4つの基本的な力-電磁気、弱い核力と強い核力、重力の間の相互作用を記述するものです。 どんな大統一理論も物理的な力の現在の理解をまとめることを試みるので、それはしばしば古典的な統一された場の理論の研究と呼ばれます。 物質とエネルギーの振る舞いを説明するために、さまざまな統一された場の理論が存在しますが、2011年時点で、ひもの理論は他の3つの基本的な力に重力の影響を結びつける可能性があります。

素粒子物理学では現在、標準モデルとして知られる理論を使用して、自然界の物理的な力の相互作用を記述しています。 2011年時点での標準モデルの現在の形式は1970年代に確立され、4つの基本的な力のうち3つの相互作用、つまり電磁気学と弱い核力と強い核力を説明しています。 標準モデルが開発されると、電磁気学と弱い核力が実際に高レベルのエネルギーで同じ力の側面であることが明らかになりました。 これは、19世紀後半の英国の物理学者ジェームズマックスウェルによる、磁気と電気の力を同じ力の2つの側面である電磁力として統合することにより発見されたものです。 したがって、大統一理論は、重力の影響で標準モデルを統一する試みと考えることができます。

単純な大統一理論の開発は、宇宙における物質とエネルギーのすべての相互作用を説明できない可能性があるため、多くの場合、すべての力を統一する最終理論は、すべての理論（TOE）と呼ばれます。 すべての実行可能な理論を作成するには、物理​​学の3つの主な研究分野を1つに統合する必要があります。これらには、標準モデル、一般相対性理論、量子力学が含まれます。 このための重要な提案の1つは、理論の研究です。これは、物理宇宙のすべてが最終的にエネルギーの振動ループで構成されている物質の基本的な状態を記述します。各ループの長さは^10〜33センチメートルです。 これらのストリングは、自然界の4つの基本的な力すべて、物質とエネルギーの存在、および空間と時間の両方の影響の直接的な原因であると理論化されています。 しかし、ストリング理論の弱点の1つは、非常に複雑であり、10次元の空間での相互作用が必要なことです。一方、究極の大統一理論は、1インチ（2.5センチ）以下の単純な方程式であると想定されています。通常のサイズの手書きで書き出される場合の長さ。

しかし、おそらく2011年の時点で優雅な形式の壮大な統一理論を思いつくための最大の課題は、重力の物理的宇宙論を方程式に組み込むことです。 重力は、すべての物理的な力の中で最も理解されておらず、まったく力ではない場合があります。 アインシュタインの発見が示唆するように、重力は単に物質による空間のゆがみの影響であるといくつかの研究が示唆しています。 自然界の他のすべての力には基本的な粒子が結び付けられているため、物理学では重力を説明するために重力子粒子が存在すると想定しています。 巨視的レベルと微視的レベルの両方で重力がどのように機能するかを説明する証拠が得られるまで、自然界のすべての物理的な力を統合する大統一理論はとらえどころのないものです。