Hva er en Grand Unified Theory?

Grand Unified Theory (GUT) er søket etter en kortfattet, enkel teori i fysikk fra og med 2011 som skulle beskrive samspillet mellom de fire grunnleggende naturkreftene - elektromagnetisme, de svake og sterke kjernekreftene og tyngdekraften. Siden enhver storslått enhetlig teori forsøker å bringe dagens forståelse av fysiske krefter, blir den ofte referert til som forskning i klassiske enhetlige feltteorier. Det finnes mange forskjellige feltteorier for å forklare atferden til materie og energi, men allikevel blir strengteori sett på som det beste utsiktene fra 2011 for å ha en sjanse til å binde virkningene av tyngdekraften til de tre andre grunnleggende kreftene.

Partikkelfysikk bruker i dag en teori kjent som standardmodellen for å beskrive samspillet mellom fysiske krefter i naturen. Standardmodellens nåværende form fra 2011 ble etablert på 1970-tallet og står for samspillet mellom tre av de fire grunnleggende kreftene - elektromagnetisme og de svake og sterke atomkreftene. Etter hvert som standardmodellen har utviklet seg, ble det avslørt at elektromagnetisme og den svake atomkraften virkelig var aspekter av den samme kraften ved høye energinivåer. Dette bygde på tidligere funn på slutten av det 19. århundre av den britiske fysikeren James Maxwell, som forente magnetismen og elektrisitetskreftene som to aspekter av den samme kraften - elektromagnetisme. Grand Unified Theory kan derfor betraktes som et forsøk på å forene standardmodellen med virkningene av tyngdekraften.

Siden utviklingen av en enkel, stor enhetlig teori kanskje ikke står for all interaksjon mellom materie og energi i rommet, blir ofte den endelige teorien som forener alle krefter omtalt som Theory of Everything (TOE). Tre hovedarenaer for studier i fysikk må forenes til en for å produsere en levedyktig teori om alt, og disse inkluderer standardmodellen, generell relativitet og kvantemekanikk. Et sentralt forslag for dette involverer forskning i strengteori, som beskriver en grunnleggende tilstandstilstand der alt i det fysiske universet til slutt består av vibrerende løkker av energi, hver på størrelse med en Planck-lengde, eller ^10-33 centimeter. Disse strengene er teoretisert for å være den direkte årsaken til virkningene av alle de fire grunnleggende kreftene i naturen, eksistensen av materie og energi, og både rom og tid også. En av svakhetene ved strengteori er imidlertid at den er ekstremt kompleks, og krever interaksjoner i ti romdimensjoner, mens en ytterste storforent teori antas å være en enkel ligning som ikke er lengre enn 2,5 cm. lengde hvis skrevet ut til vanlig størrelse på håndskrift.

Den kanskje største utfordringen med å komme frem til en elegant form for en storslått enhetlig teori fra 2011, er imidlertid å arbeide den fysiske kosmologien til tyngdekraften inn i likningene. Tyngdekraften er det minste forstått av alle fysiske krefter, og er kanskje ikke en styrke i det hele tatt. Noe forskning antyder at tyngdekraften rett og slett er en effekt av vridning av rom etter materie slik Einsteins funn antyder, fordi et opphav til tyngdekilden aldri har blitt funnet. Alle andre krefter i naturen har grunnleggende partikler bundet til dem, så fysikken har antatt at en gravitonpartikkel ville eksistere for å forklare tyngdekraften. Inntil bevis er innhentet for å forklare hvordan tyngdekraften fungerer både på et makroskopisk og mikroskopisk nivå, vil en Grand Unified Theory som forener alle fysiske krefter i naturen forbli unnvikende.