Co to jest teoria Grand Unified?
Teoria Grand Unified (GUT) to poszukiwanie zwięzłej, prostej teorii w fizyce z 2011 roku, która opisałaby interakcję między czterema podstawowymi siłami natury - elektromagnetyzmem, słabymi i silnymi siłami nuklearnymi oraz grawitacją. Ponieważ każda wielka zunifikowana teoria stara się połączyć obecne rozumienie sił fizycznych, jest często nazywana badaniami w klasycznych zunifikowanych teoriach polowych. Istnieje wiele różnych ujednoliconych teorii pola dla wyjaśnienia zachowania materii i energii, jednak teoria strun jest postrzegana jako najlepsza perspektywa od 2011 roku, która ma szansę powiązać wpływ grawitacji z pozostałymi trzema podstawowymi siłami.
Fizyka cząstek obecnie wykorzystuje teorię znaną jako Model Standardowy do opisu interakcji sił fizycznych w przyrodzie. Obecna forma Modelu Standardowego z 2011 roku została ustanowiona w latach 70. XX wieku i uwzględnia interakcję trzech z czterech podstawowych sił - elektromagnetyzmu oraz słabych i silnych sił jądrowych. W miarę rozwoju Modelu Standardowego ujawniono, że elektromagnetyzm i słaba siła jądrowa były tak naprawdę aspektami tej samej siły przy wysokich poziomach energii. Opierało się to na wcześniejszych odkryciach pod koniec XIX wieku przez brytyjskiego fizyka Jamesa Maxwella, łącząc siły magnetyzmu i elektryczności jako dwa aspekty tej samej siły - elektromagnetyzmu. Teorię Grand Unified można zatem uznać za próbę połączenia Modelu Standardowego z efektami grawitacji.
Ponieważ opracowanie prostej wielkiej zunifikowanej teorii może nie uwzględniać wszystkich interakcji materii i energii w przestrzeni, często ostateczna teoria jednocząca wszystkie siły jest nazywana teorią wszystkiego (TOE). Trzy główne dziedziny fizyki musiałyby zostać połączone w jedną, aby stworzyć realną teorię wszystkiego, a do nich należą Model Standardowy, ogólna teoria względności i mechanika kwantowa. Jedna kluczowa propozycja dotyczy badań nad teorią strun, która opisuje podstawowy stan materii, w którym wszystko we wszechświecie fizycznym ostatecznie składa się z wibrujących pętli energii, każda o długości Plancka lub 10 -33 centymetrów. Te struny są teoretycznie uważane za bezpośrednią przyczynę skutków wszystkich czterech podstawowych sił w przyrodzie, istnienia materii i energii, a także zarówno przestrzeni, jak i czasu. Jedną ze słabości teorii strun jest jednak to, że jest ona niezwykle złożona i wymaga interakcji w dziesięciu wymiarach przestrzeni, podczas gdy ostateczna wielka zunifikowana teoria jest przewidywana jako proste równanie nie dłuższe niż około 1 cala (2,5 centymetra) w długość, jeśli jest napisana w zwykłym rozmiarze pisma ręcznego.
Być może największym wyzwaniem przy opracowaniu eleganckiej formy wielkiej zunifikowanej teorii z 2011 roku jest jednak wykorzystanie kosmicznej fizyki grawitacji do równań. Grawitacja jest najmniej rozumiana ze wszystkich sił fizycznych i może wcale nie być siłą. Niektóre badania sugerują, że grawitacja jest po prostu efektem wypaczenia przestrzeni przez materię, jak sugerują odkrycia Einsteina, ponieważ nigdy nie znaleziono źródła źródła grawitacji. Wszystkie inne siły w przyrodzie mają związane z nimi cząstki fundamentalne, więc fizyka założyła, że istniałaby cząstka grawitonu w celu wyjaśnienia grawitacji. Do czasu uzyskania dowodów wyjaśniających, jak grawitacja działa zarówno na poziomie makroskopowym, jak i mikroskopowym, Wielka Zunifikowana Teoria łącząca wszystkie siły fizyczne w przyrodzie pozostanie nieuchwytna.