Kaj je velika poenotena teorija?

Velika enotna teorija (GUT) je iskanje jedrnate, preproste teorije v fiziki od leta 2011, ki bi opisala interakcijo med štirimi temeljnimi silami narave – elektromagnetizmom, šibkimi in močnimi jedrskimi silami ter gravitacijo. Ker vsaka teorija velikega poenotenja poskuša združiti trenutno razumevanje fizičnih sil, se v klasičnih teorijah enotnega polja pogosto imenuje raziskava. Obstaja veliko različnih enotnih teorij polja, ki pojasnjujejo vedenje snovi in ​​energije, vendar se teorija strun od leta 2011 obravnava kot najboljši obet za možnost, da bi učinke gravitacije povezali z drugimi tremi temeljnimi silami.

Fizika delcev trenutno uporablja teorijo, znano kot standardni model, za opis interakcije fizičnih sil v naravi. Trenutna oblika standardnega modela iz leta 2011 je bila ustanovljena v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja in predstavlja interakcijo treh od štirih temeljnih sil – elektromagnetizma ter šibkih in močnih jedrskih sil. Ko se je standardni model razvil, se je pokazalo, da sta elektromagnetizem in šibka jedrska sila v resnici vidika iste sile pri visokih ravneh energije. To je temeljilo na prejšnjih odkritjih v poznem 1970. stoletju britanskega fizika Jamesa Maxwella, ki združuje sile magnetizma in elektrike kot dva vidika iste sile – elektromagnetizma. Veliko poenoteno teorijo torej lahko štejemo za poskus združitve standardnega modela z učinki gravitacije.

Ker razvoj preproste teorije velikega poenotenja morda ne bo upošteval vseh interakcij snovi in ​​energije v vesolju, se pogosto končna teorija, ki združuje vse sile, imenuje teorija vsega (TOE). Tri glavna področja študija fizike bi morala biti združena v eno, da bi ustvarili izvedljivo teorijo vsega, in ti vključujejo standardni model, splošno relativnost in kvantno mehaniko. Eden ključnih predlogov za to vključuje raziskavo teorije strun, ki opisuje temeljno stanje snovi, kjer je vse v fizičnem vesolju na koncu sestavljeno iz vibrirajočih energijskih zank, od katerih je vsaka velikosti Planckove dolžine ali 10-33 centimetrov. Te strune naj bi bile neposredni vzrok za učinke vseh štirih temeljnih sil v naravi, obstoj materije in energije ter prostora in časa. Ena od slabosti teorije strun pa je, da je izjemno zapletena in zahteva interakcije v desetih dimenzijah prostora, medtem ko je končna teorija velikega poenotenja predvidena kot preprosta enačba, ki ni daljša od približno 1 palca (2.5 centimetra) v dolžina, če je napisana z običajno velikostjo rokopisa.

Morda pa je največji izziv pri oblikovanju elegantne oblike velike poenotene teorije od leta 2011 ta, da se fizična kozmologija gravitacije vključi v enačbe. Gravitacija je najmanj razumljena od vseh fizičnih sil in morda sploh ni sila. Nekatere raziskave kažejo, da je gravitacija preprosto posledica upogibanja prostora zaradi snovi, kot kažejo Einsteinova odkritja, ker izvor vira gravitacije nikoli ni bil ugotovljen. Vse druge sile v naravi imajo z njimi vezane osnovne delce, zato je fizika domnevala, da bi obstajal gravitonski delec, ki bi pojasnil gravitacijo. Dokler ne bodo pridobljeni dokazi, ki bi pojasnili, kako gravitacija deluje tako na makroskopski kot na mikroskopski ravni, bo Velika poenotena teorija, ki združuje vse fizične sile v naravi, ostala nedosegljiva.