La Grand Unified Theory (GUT) è la ricerca di una teoria concisa e semplice in fisica a partire dal 2011 che descriva l’interazione tra le quattro forze fondamentali della natura: l’elettromagnetismo, le forze nucleari deboli e forti e la gravità. Dal momento che qualsiasi teoria della grande unificazione tenta di riunire l’attuale comprensione delle forze fisiche, viene spesso definita ricerca nelle teorie classiche del campo unificato. Esistono molte diverse teorie del campo unificato per spiegare il comportamento della materia e dell’energia, tuttavia la teoria delle stringhe è vista come la migliore prospettiva a partire dal 2011 per avere la possibilità di legare gli effetti della gravità alle altre tre forze fondamentali.
La fisica delle particelle attualmente utilizza una teoria nota come Modello Standard per descrivere l’interazione delle forze fisiche in natura. La forma attuale del Modello Standard a partire dal 2011 è stata stabilita negli anni ‘1970 e rappresenta l’interazione di tre delle quattro forze fondamentali: l’elettromagnetismo e le forze nucleari deboli e forti. Con lo sviluppo del Modello Standard, è stato rivelato che l’elettromagnetismo e la forza nucleare debole erano in realtà aspetti della stessa forza ad alti livelli di energia. Questo si basava su precedenti scoperte alla fine del XIX secolo del fisico britannico James Maxwell, che univa le forze del magnetismo e dell’elettricità come due aspetti della stessa forza: l’elettromagnetismo. La Teoria della Grande Unificazione, quindi, può essere considerata un tentativo di unire il Modello Standard con gli effetti della gravità.
Poiché lo sviluppo di una semplice teoria grande unificata potrebbe non tenere conto di tutte le interazioni di materia ed energia nello spazio, spesso la teoria finale che unifica tutte le forze viene chiamata Teoria del Tutto (TEP). Tre arene principali di studio in fisica dovrebbero essere unite in una per produrre una teoria praticabile di tutto, e queste includono il Modello Standard, la relatività generale e la meccanica quantistica. Una proposta chiave per questo riguarda la ricerca sulla teoria delle stringhe, che descrive uno stato fondamentale della materia in cui tutto nell’universo fisico è in definitiva composto da anelli vibranti di energia, ciascuno delle dimensioni di una lunghezza di Planck, o 10-33 centimetri. Si ipotizza che queste stringhe siano la causa diretta degli effetti di tutte e quattro le forze fondamentali in natura, dell’esistenza di materia ed energia, nonché di spazio e tempo. Uno dei punti deboli della teoria delle stringhe, tuttavia, è che è estremamente complessa e richiede interazioni in dieci dimensioni dello spazio, mentre una teoria grande unificata definitiva è immaginata come una semplice equazione non più lunga di circa 1 pollice (2.5 centimetri) in lunghezza se scritta con le normali dimensioni della scrittura a mano.
Forse la sfida più grande per arrivare a una forma elegante di una grande teoria unificata a partire dal 2011, tuttavia, è quella di lavorare la cosmologia fisica della gravità nelle equazioni. La gravità è la meno compresa tra tutte le forze fisiche e potrebbe non essere affatto una forza. Alcune ricerche suggeriscono che la gravità è semplicemente un effetto della deformazione dello spazio da parte della materia, come suggeriscono le scoperte di Einstein, perché non è mai stata trovata un’origine per la fonte della gravità. Tutte le altre forze in natura hanno particelle fondamentali legate ad esse, quindi la fisica ha ipotizzato che esistesse una particella gravitonica per spiegare la gravità. Fino a quando non si otterranno prove per spiegare come funziona la gravità sia a livello macroscopico che microscopico, una Teoria della Grande Unificazione che unisca tutte le forze fisiche in natura rimarrà sfuggente.