什么是大统一理论(Grand Unified Theory)？

大统一理论（GUT）是从2011年开始在物理学中寻找一个简洁、简单的理论，它将描述自然界四种基本力之间的相互作用——电磁力、弱核力和强核力，因为任何大统一理论都试图将当前对物理力的理解结合起来，所以通常被称为经典统一场理论中的研究。存在许多不同的统一场理论来解释物质和能量的行为，然而弦理论被认为是2011年最有前景的将重力效应与其他三种基本力联系起来的机会。重力是所有物理力中最不为人所理解的。粒子物理学目前使用一种称为标准模型的理论来描述自然界中物理力的相互作用。截至2011年，标准模型的当前形式为建立于20世纪70年代，考虑了四种基本力中的三种——电磁力与弱核力和强核力的相互作用，据揭示，电磁力和弱核力实际上是同一种力在高能量下的两个方面。这是建立在19世纪末英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦（James Maxwell）早期发现的基础上的，把磁力和电的力量结合起来作为一种力量的两个方面——电磁。因此，大统一理论可以被认为是将标准模型与重力效应相结合的一种尝试，是自然界四种基本力量之一由于一个简单的大统一理论的发展可能无法解释空间中物质和能量的所有相互作用，因此统一所有力的最终理论通常被称为万有理论（TOE）。物理学的三个主要研究领域必须合并为一个，以产生一个可行的万物理论，其中包括标准模型、广义相对论和量子力学。其中一个关键的建议是研究弦理论，它描述了物质的基本状态，在这个状态下，物理宇宙中的一切最终都是由能量的振动环组成的，每一个环的大小都是普朗克长度的，或10-33厘米。这些弦理论上被认为是自然界所有四种基本力，物质和能量的存在，以及空间和时间的影响的直接原因。然而弦理论的一个弱点是它极其复杂，需要在十个空间维度上相互作用，然而，最终的大统一理论被设想为一个简单的方程式，如果用通常的笔迹大小写出来，长度不超过1英寸（2.5厘米）。然而，到2011年，提出一个优雅形式的大统一理论可能是最大的挑战，是把引力的物理宇宙学运用到方程中的过程。引力是所有物理力中最不为人所理解的，可能根本不是一种力。一些研究表明，正如爱因斯坦的发现所表明的那样，引力只是物质扭曲空间的结果，因为重力的起源从未被发现，自然界中所有其他的力都有基本粒子与之相连，所以物理学假设引力子粒子的存在可以解释引力除非有证据能从宏观和微观两个层面解释引力是如何运作的，否则一个将自然界所有物理力量结合在一起的大统一理论仍将难以捉摸。大统一理论试图简化人类对所有自然力的理解。