ενοποιημένου πεδίου, θεωρία

Θεωρία που επιζητά την ενοποίηση των ιδιοτήτων του βαρυτικού, ηλεκτρομαγνητικού και πυρηνικού πεδίου (ισχυρής και ασθενούς πυρηνικής δύναμης), έτσι ώστε όλα τα χαρακτηριστικά της να προκύπτουν από ένα σύστημα εξισώσεων. Λίγο μετά τη διατύπωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, ο Αϊνστάιν προσπάθησε να επεξεργαστεί μια θ.ε.π. που θα μπορούσε να συνδυάσει τους νόμους του ηλεκτρομαγνητισμού και της βαρύτητας σε ένα σύστημα τύπων, με στόχο να δώσει μια εξήγηση για την ύπαρξη των τότε γνωστών στοιχειωδών σωματίων (πρωτόνιο και ηλεκτρόνιο) και της συμπεριφοράς τους, χωρίς τη βοήθεια της κβαντομηχανικής. Ο Αϊνστάιν πίστευε ότι η κβαντομηχανική προσέφερε μια ατελή περιγραφή της φύσης και ότι οι ενοποιημένοι νόμοι θα έπρεπε να έχουν κλασικό, αιτιοκρατικό χαρακτήρα. Δημοσίευσε πολλούς τύπους θ.ε.π., το σύνολο των οποίων βασιζόταν σε γενικεύσεις της δικής του θεωρίας του μετρικού πεδίου. Προσπάθειες, όμως, προς την ίδια κατεύθυνση επιχείρησαν και άλλοι διακεκριμένοι επιστήμονες (Βέιλ, Έντινγκτον, Σρέντινγκερ κ.ά.). Μετά τον θάνατο του Αϊνστάιν (1955), οι έρευνες απομακρύνθηκαν από αυτό τον στόχο. Οι περισσότεροι φυσικοί είχαν πολλές επιφυλάξεις γι’ αυτές τις προσπάθειες, με κύριο επιχείρημα ότι είχαν βρεθεί πολλά νέα στοιχειώδη σωμάτια (νετρόνιο, διάφορα μεσόνια, υπερόνια, νετρίνα κ.ά.), τα οποία ήταν ασταθή και μπορούσαν να διασπαστούν, όπως τα ραδιενεργά άτομα, σε άλλα σωμάτια. Η κβαντική θεωρία συσχετίζει καθένα από αυτά τα σωμάτια με έναν ιδιαίτερο τύπο πεδίου (κυματικά πεδία ύλης, σύμφωνα με τη θεωρία του ντε Μπρολί) και η θ.ε.π. του Αϊνστάιν θα έπρεπε να προβλέπει για όλα αυτά τα σωμάτια. Η σύγχρονη έρευνα συνέχισε τις προσπάθειες του Αϊνστάιν για την ενοποίηση των νόμων –χωρίς όμως να δέχεται ότι οι ενοποιημένοι νόμοι οφείλουν να έχουν αιτιοκρατικό χαρακτήρα– ακολουθώντας δύο κύριες κατευθύνσεις. Η μία δέχεται μόνο την ειδική θεωρία της σχετικότητας και προσπαθεί να συναγάγει τον παγκόσμιο νόμο από τα δεδομένα της παρατήρησης, ιδιαίτερα από τις πιο γενικές συμμετρικές ιδιότητες της άλλης επίδρασης διαφόρων στοιχειωδών σωματίων, όπως αποκαλύπτονται με το πείραμα. Το κύριο χαρακτηριστικό των νέων νόμων είναι η μη γραμμικότητά τους, δηλαδή ότι οι διάφοροι όροι των εξισώσεων είναι διαφορετικού βαθμού ως προς τις άγνωστες ποσότητες. Στην άλλη κατεύθυνση της έρευνας γίνεται προσπάθεια να βρεθούν νόμοι που να μένουν αναλλοίωτοι σε σχέση με γενικούς μετασχηματισμούς, με τη βοήθεια της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Τα τελευταία χρόνια σημειώθηκε σημαντική πρόοδος στην προσπάθεια ενοποίησης των φυσικών νόμων. Με τις θεωρίες βαθμίδας (gauge theories) έγινε δυνατή η ενοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών και των ασθενικών αλληλεπιδράσεων. H πρώτη θ.ε.π. ήταν των φυσικών Καλούτσα και Κλάιν, οι οποίοι περιέγραψαν τον χωροχρόνο πέντε διαστάσεων, με βάση τον συνδυασμό της γενικής θεωρίας της σχετικότητας και των εξισώσεων του Μάξγουελ. Ωστόσο, η θεωρία αυτή παρουσίαζε προβλήματα απειρισμού κάποιων μεγεθών, γεγονός που οδήγησε τους ερευνητές να αναζητήσουν λύση βάσει της θεωρίας των χορδών. Η θεωρία αυτή δέχεται ότι τα δομικά συστατικά της ύλης έχουν διαστάσεις και τα προσομοιάζει με χορδές. Η έρευνα στο πεδίο αυτό, καθώς επίσης και σε ένα είδος χορδών που καλούνται υπερχορδές, βρίσκεται σε εξέλιξη.