O que é uma grande teoria unificada?

A Grande Teoria Unificada (GUT) é a busca de uma teoria concisa e simples da física a partir de 2011 que descreva a interação entre as quatro forças fundamentais da natureza - eletromagnetismo, forças nucleares fracas e fortes e gravidade. Como qualquer teoria da grande unificação tenta reunir a compreensão atual das forças físicas, é frequentemente referida como pesquisa nas teorias clássicas do campo unificado. Existem muitas teorias de campos unificados diferentes para explicar o comportamento da matéria e da energia, mas a teoria das cordas é vista como a melhor perspectiva a partir de 2011 de ter a chance de vincular os efeitos da gravidade às outras três forças fundamentais.

Atualmente, a física de partículas usa uma teoria conhecida como Modelo Padrão para descrever a interação de forças físicas na natureza. A forma atual do Modelo Padrão a partir de 2011 foi estabelecida na década de 1970 e é responsável pela interação de três das quatro forças fundamentais - eletromagnetismo e as forças nucleares fracas e fortes. À medida que o Modelo Padrão se desenvolveu, foi revelado que o eletromagnetismo e a fraca força nuclear eram realmente aspectos da mesma força em altos níveis de energia. Isso se baseou em descobertas anteriores do físico britânico James Maxwell, no final do século XIX, que uniram as forças do magnetismo e da eletricidade como dois aspectos da mesma força - o eletromagnetismo. A Grande Teoria Unificada, portanto, pode ser considerada uma tentativa de unir o Modelo Padrão aos efeitos da gravidade.

Como o desenvolvimento de uma simples teoria da grande unificação pode não ser responsável por todas as interações entre matéria e energia no espaço, muitas vezes a teoria final que unifica todas as forças é chamada de Teoria de Tudo (TOE). Três arenas principais de estudo em física teriam que ser unidas em uma para produzir uma teoria viável de tudo, e elas incluem o Modelo Padrão, a relatividade geral e a mecânica quântica. Uma proposta-chave para isso envolve a pesquisa da teoria das cordas, que descreve um estado fundamental da matéria, onde tudo no universo físico é composto por laços vibrantes de energia, cada um do tamanho de um comprimento de Planck, ou 10 a ³³ centímetros. Essas seqüências são teorizadas como a causa direta dos efeitos de todas as quatro forças fundamentais da natureza, a existência de matéria e energia, e também de espaço e tempo. Uma das fraquezas da teoria das cordas, no entanto, é que ela é extremamente complexa e requer interações em dez dimensões do espaço, enquanto uma teoria da grande unificação final é vista como sendo uma equação simples que não excede 2,5 cm em comprimento se escrito no tamanho usual de caligrafia.

Talvez o maior desafio para chegar a uma forma elegante de uma grande teoria unificada a partir de 2011 seja o de trabalhar a cosmologia física da gravidade nas equações. A gravidade é a menos compreendida de todas as forças físicas e pode não ser uma força. Algumas pesquisas sugerem que a gravidade é simplesmente um efeito da distorção do espaço pela matéria, como sugerem as descobertas de Einstein, porque nunca foi encontrada uma origem para a fonte de gravidade. Todas as outras forças da natureza têm partículas fundamentais ligadas a elas, então a física assumiu que uma partícula gravitacional existiria para explicar a gravidade. Até que sejam obtidas evidências para explicar como a gravidade funciona nos níveis macroscópico e microscópico, uma Grande Teoria Unificada que une todas as forças físicas da natureza permanecerá ilusória.