Teoria dei campi unificata o Teoria del Tutto (TOE)

La teoria dei campi unificati è talvolta chiamata Teoria di tutto (TOE, in breve): i mezzi a lungo cercati per legare insieme tutti i fenomeni conosciuti per spiegare la natura e il comportamento di tutta la materia e l'energia esistenti. In fisica, a campo si riferisce a un'area sotto l'influenza di una forza, come la gravità o l'elettricità, ad esempio. Una teoria dei campi unificata riconcilierebbe aspetti apparentemente incompatibili di varie teorie dei campi per creare un unico insieme completo di equazioni. Una tale teoria potrebbe potenzialmente svelare tutti i segreti della natura e rendere possibili una miriade di meraviglie, inclusi benefici come il viaggio nel tempo e una fonte inesauribile di energia pulita, tra molti altri. Secondo Michio Katu, un fisico teorico al City College, City University di New York, coloro che perseguono una teoria dei campi unificata cercano "un'equazione lunga un pollice che ci permetta di leggere la mente di Dio".

James Clerk Maxwell propose la prima teoria dei campi, per l'elettromagnetismo, a metà del 1800. All'inizio del XX secolo, la teoria della relatività generale di Albert Einstein - che tratta della gravitazione - divenne la seconda teoria dei campi. Il termine teoria dei campi unificata è stato coniato da Einstein, che stava tentando di dimostrare che l'elettromagnetismo e la gravità erano manifestazioni diverse di un unico campo fondamentale. Quando la teoria quantistica è entrata in scena, il puzzle è diventato più complesso. La teoria della relatività spiega la natura e il comportamento di tutti i fenomeni a livello macroscopico (cose che sono visibili ad occhio nudo); la teoria quantistica spiega la natura e il comportamento di tutti i fenomeni a livello microscopico (atomico e subatomico). Curiosamente, tuttavia, le due teorie sono incompatibili. Non convinto che la natura avrebbe prescritto modalità di comportamento completamente diverse per fenomeni che erano semplicemente ridimensionati in modo diverso, Einstein cercò una teoria che riconciliasse le due teorie apparentemente inconciliabili che costituiscono la base della fisica moderna.

Sebbene l'elettromagnetismo e le forze nucleari forti e deboli siano state a lungo spiegate da un'unica teoria nota come modello di serie, la gravitazione non rientra nell'equazione. L'attuale ricerca di una teoria dei campi unificata (a volte chiamata Santo Graal dei fisici) è in gran parte incentrato sulla teoria delle superstringhe e, in particolare, su un adattamento noto come M-teoria.