Kas ir lielā vienotā teorija?

Lielā vienotā teorija (GUT) ir kodolīgas, vienkāršas fizikas teorijas meklējumi 2011. gadā, kas aprakstītu mijiedarbību starp četriem dabas pamatspēkiem — elektromagnētismu, vājajiem un spēcīgajiem kodolspēkiem un gravitāciju. Tā kā jebkura grandiozā vienotā teorija mēģina apvienot pašreizējo izpratni par fiziskajiem spēkiem, to bieži dēvē par klasisko vienotā lauka teoriju pētījumiem. Pastāv daudzas dažādas vienota lauka teorijas, lai izskaidrotu matērijas un enerģijas uzvedību, tomēr stīgu teorija tiek uzskatīta par labāko iespēju no 2011. gada gravitācijas ietekmi saistīt ar pārējiem trim pamatspēkiem.

Daļiņu fizikā pašlaik tiek izmantota teorija, kas pazīstama kā standarta modelis, lai aprakstītu fizisko spēku mijiedarbību dabā. Standarta modeļa pašreizējā forma 2011. gadā tika izveidota 1970. gados, un tā veido trīs no četriem pamatspēkiem — elektromagnētismu un vājo un spēcīgo kodolspēku — mijiedarbību. Attīstoties standarta modelim, atklājās, ka elektromagnētisms un vājais kodolspēks patiešām bija viena un tā paša spēka aspekti augstā enerģijas līmenī. Tas balstījās uz agrākiem britu fiziķa Džeimsa Maksvela atklājumiem 19. gadsimta beigās, apvienojot magnētisma un elektrības spēkus kā viena spēka — elektromagnētisma — divus aspektus. Tāpēc lielo vienoto teoriju var uzskatīt par mēģinājumu apvienot standarta modeli ar gravitācijas ietekmi.

Tā kā vienkāršas grandiozas vienotas teorijas izstrāde var neņemt vērā visas matērijas un enerģijas mijiedarbības kosmosā, bieži vien galīgā teorija, kas apvieno visus spēkus, tiek saukta par visa teoriju (TOE). Trīs galvenās fizikas studiju jomas būtu jāapvieno vienā, lai izveidotu dzīvotspējīgu teoriju par visu, un tie ietver standarta modeli, vispārējo relativitāti un kvantu mehāniku. Viens no galvenajiem priekšlikumiem tam ir saistīts ar stīgu teorijas izpēti, kas apraksta pamata matērijas stāvokli, kurā viss fiziskajā Visumā galu galā sastāv no vibrējošām enerģijas cilpām, katra Planka garuma lielumā jeb 10–33 centimetri. Tiek uzskatīts, ka šīs stīgas ir tiešs cēlonis visu četru dabas pamatspēku ietekmei, matērijas un enerģijas esamībai, kā arī telpai un laikam. Tomēr viens no stīgu teorijas trūkumiem ir tas, ka tā ir ārkārtīgi sarežģīta un prasa mijiedarbību desmit telpas dimensijās, turpretim galīgā grandiozā unificētā teorija tiek uzskatīta par vienkāršu vienādojumu, kas nav garāks par aptuveni 1 collu (2.5 centimetriem). garums, ja rakstīts parastajā rokraksta izmērā.

Tomēr, iespējams, lielākais izaicinājums, lai 2011. gadā izstrādātu elegantu grandiozas vienotas teorijas formu, ir gravitācijas fiziskās kosmoloģijas iestrādāšana vienādojumos. Gravitācija ir vismazāk saprotama no visiem fiziskajiem spēkiem, un tā var nebūt spēks. Daži pētījumi liecina, ka gravitācija ir vienkārši matērijas radītās telpas deformācijas sekas, kā liecina Einšteina atklājumi, jo gravitācijas avota izcelsme nekad nav atrasta. Visiem citiem dabas spēkiem ir saistītas fundamentālas daļiņas, tāpēc fizika ir pieņēmusi, ka gravitona daļiņa pastāvētu, lai izskaidrotu gravitāciju. Kamēr nav iegūti pierādījumi, lai izskaidrotu, kā gravitācija darbojas gan makroskopiskā, gan mikroskopiskā līmenī, Lielā vienotā teorija, kas apvieno visus fiziskos spēkus dabā, paliks nenotverama.