Я пытаюсь понять, как четыре фундаментальные силы соотносятся друг с другом и с теорией всего. Насколько я понимаю, единая сила, которая, как считается, существует при очень высоких энергиях, нарушается из-за нарушения симметрии на четыре силы, наблюдаемые при нашей энергии. Я не совсем понимаю, как это происходит и, в частности, существует ли гравитационно-электромагнитная симметрия и нарушается ли она, когда и как.
У нас есть только экспериментальные доказательства одного нарушения симметрии, т. е. разделения электрослабого взаимодействия на отдельные электромагнитное и слабое взаимодействия. С открытием бозона Хиггса нарушение электрослабой симметрии теперь хорошо известно.
Механизм, с помощью которого происходит нарушение симметрии, сложен, и, честно говоря, невозможно дать неспециалисту точное представление о том, что происходит, хотя в научно-популярных СМИ вы найдете бесконечное количество попыток. Если ваша цель состоит в том, чтобы полностью понять процесс, то, боюсь, вам предстоит много работы. Лучшее полустрогое описание, которое я видел, есть в блоге Мэтта Штрасслера , хотя даже это будет пугать новичков.
Во всяком случае, есть некоторые свидетельства того, что электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия сходятся к сходным силам на шкале энергий около ГэВ, и это привело к предположению о нарушении симметрии, подобном нарушению электрослабой симметрии, но происходящему при гораздо более высоких энергиях и разделяющему сильные и электрослабые взаимодействия. Наиболее известными моделями для этого, вероятно, являются теория Джорджи-Глэшоу SU (5) и теория SO (10) . Однако экспериментального подтверждения этих теорий нет, поэтому на данный момент они носят чисто спекулятивный характер. На самом деле я думаю, что измерения времени жизни протона исключили простейшую теорию SU(5), хотя, признаюсь, я не в курсе этой области.
Как бы то ни было, если учесть, что физики предположили объединение электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий, кажется очевидным продолжение рассмотрения объединения также и гравитационного взаимодействия. Однако у нас нет теории квантовой гравитации, и объединение гравитации с другими силами весьма спекулятивно. Теория струн, вероятно, лучший претендент на такую единую теорию, но она остается спекулятивной.
Итак, вы начали с вопроса об объединении гравитации и электромагнитной силы. Предполагая, что приведенное выше описание имеет какую-либо связь с реальностью, гравитация и ЭМ не были объединены с тех пор, как была энергия Планка. В это время гравитация отделилась от сильно-электрослабого взаимодействия. С тех пор еще два расщепления произвели отдельную электромагнитную силу, которую мы видим сегодня. Таким образом , гравитационно-электромагнитной симметрии в каком-либо полезном смысле не существует .
Историческая справка: в 1919 году Теодор Калуца открыл возможное объединение гравитации и электромагнитной силы, основанное на распространении общей теории относительности на пятимерное пространство-время. Однако это быстро оказалось нереалистичным, и сегодня это считается интересной, но не относящейся к делу частью истории физики. Тем не менее, основная идея расширения физики на дополнительные измерения жива и здорова.