Die Grand Unified Theory (GUT) ist die Suche nach einer prägnanten, einfachen Theorie in der Physik ab 2011, die die Wechselwirkung zwischen den vier fundamentalen Kräften der Natur – dem Elektromagnetismus, den schwachen und starken Kernkräften und der Schwerkraft – beschreibt. Da jede große vereinheitlichte Theorie versucht, das aktuelle Verständnis physikalischer Kräfte zusammenzuführen, wird sie in den klassischen vereinheitlichten Feldtheorien oft als Forschung bezeichnet. Es gibt viele verschiedene einheitliche Feldtheorien, um das Verhalten von Materie und Energie zu erklären, aber die Stringtheorie wird ab 2011 als die beste Aussicht angesehen, die Auswirkungen der Gravitation mit den anderen drei fundamentalen Kräften zu verknüpfen.
Die Teilchenphysik verwendet derzeit eine Theorie, die als Standardmodell bekannt ist, um die Wechselwirkung physikalischer Kräfte in der Natur zu beschreiben. Die aktuelle Form des Standardmodells ab 2011 wurde in den 1970er Jahren etabliert und berücksichtigt die Wechselwirkung von drei der vier Grundkräfte – dem Elektromagnetismus und den schwachen und starken Kernkräften. Im Zuge der Entwicklung des Standardmodells stellte sich heraus, dass Elektromagnetismus und die schwache Kernkraft bei hohen Energieniveaus tatsächlich Aspekte derselben Kraft waren. Dies baute auf früheren Entdeckungen des britischen Physikers James Maxwell im späten 19. Jahrhundert auf und vereinte die Kräfte des Magnetismus und der Elektrizität als zwei Aspekte derselben Kraft – des Elektromagnetismus. Die Grand Unified Theory kann daher als Versuch angesehen werden, das Standardmodell mit den Auswirkungen der Schwerkraft zu vereinen.
Da die Entwicklung einer einfachen großen vereinheitlichten Theorie möglicherweise nicht alle Wechselwirkungen von Materie und Energie im Raum berücksichtigt, wird die endgültige Theorie, die alle Kräfte vereint, oft als Theory of Everything (TOE) bezeichnet. Um eine tragfähige Theorie von allem zu erstellen, müssten drei Hauptarenen der Physik vereint werden, darunter das Standardmodell, die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik. Ein wichtiger Vorschlag dafür ist die Erforschung der Stringtheorie, die einen fundamentalen Zustand der Materie beschreibt, in dem alles im physikalischen Universum letztendlich aus schwingenden Energieschleifen besteht, jede von der Größe einer Planck-Länge oder 10-33 Zentimeter. Es wird angenommen, dass diese Strings die direkte Ursache für die Auswirkungen aller vier fundamentalen Kräfte in der Natur sind, der Existenz von Materie und Energie sowie von Raum und Zeit. Eine der Schwächen der Stringtheorie besteht jedoch darin, dass sie extrem komplex ist und Wechselwirkungen in zehn Raumdimensionen erfordert, während eine ultimative große vereinheitlichte Theorie als einfache Gleichung mit einer Länge von nicht mehr als etwa 1 cm Länge, wenn in üblicher Handschriftgröße ausgeschrieben.
Die vielleicht größte Herausforderung bei der Entwicklung einer eleganten Form einer großen vereinheitlichten Theorie ab 2011 besteht jedoch darin, die physikalische Kosmologie der Gravitation in die Gleichungen einzuarbeiten. Die Schwerkraft wird von allen physikalischen Kräften am wenigsten verstanden und ist möglicherweise überhaupt keine Kraft. Einige Forschungen deuten darauf hin, dass die Schwerkraft einfach ein Effekt der Krümmung des Raums durch Materie ist, wie Einsteins Entdeckungen nahelegen, da nie ein Ursprung für die Quelle der Schwerkraft gefunden wurde. Alle anderen Kräfte in der Natur sind mit fundamentalen Teilchen verbunden, daher hat die Physik angenommen, dass ein Graviton-Teilchen existieren würde, um die Gravitation zu erklären. Bis Beweise vorliegen, die erklären, wie die Gravitation sowohl auf makroskopischer als auch auf mikroskopischer Ebene funktioniert, wird eine Große Einheitliche Theorie, die alle physikalischen Kräfte in der Natur vereint, schwer fassbar bleiben.