Esistono in fisica due grandi teorie:

• il Modello Standard della meccanica quantistica
• la Legge di Relatività

Il modello Standard è una teoria fisica che descrive le proprietà fondamentali della materia e delle interazioni tra particelle subatomiche, cioè le particelle più piccole di cui è composta la materia. Questa teoria prevede l’esistenza di dodici particelle elementari (che sono suddivise in quark e leptoni) e quattro forze fondamentali (forza elettromagnetica, forza nucleare debole, forza nucleare forte e gravità).

Le particelle elementari del Modello Standard, sia quark che leptoni, sono di fatto puntiformi, cioè non hanno dimensioni proprie e sono considerate particelle fondamentali, cioè non composte di altre particelle ancora più piccole.

Il Modello Standard spiega molte proprietà osservate delle particelle subatomiche, come la loro massa e le loro cariche, e permette di fare previsioni sul comportamento di queste particelle in determinate situazioni. Tuttavia, il Modello Standard non è in grado di spiegare tutti i fenomeni osservati nella natura, come ad esempio la massa oscura e l’energia oscura, che costituiscono gran parte della materia e dell’energia dell’universo.

La Legge di Relatività, o Teoria della Relatività, è invece una teoria fisica (dovuta al grande Einstein) che descrive le proprietà dello spazio, del tempo e delle interazioni gravitazionali tra oggetti. La teoria della relatività prevede che lo spazio e il tempo siano intrecciati in modo da formare uno spaziotempo, che può essere distorto dalla presenza di oggetti massivi come pianeti e stelle.

La teoria della relatività ha due formulazioni principali: la Relatività Ristretta e la Relatività Generale. La Relatività Ristretta si occupa degli effetti della velocità e descrive il comportamento delle particelle che si muovono a velocità prossime a quella della luce. La Relatività Generale, invece, spiega l’effetto della gravità come una curvatura dello spaziotempo.

La teoria della relatività ha avuto molte applicazioni pratiche, come ad esempio il GPS, che sfrutta i principi della relatività per determinare la posizione di un oggetto sulla Terra con grande precisione. Inoltre, la teoria della relatività ha permesso di capire meglio la struttura e l’evoluzione dell’universo.

La Teoria del Tutto nasce proprio dal fatto che queste due Teorie, con le quali è descritto l’infinitamente piccolo (il Modello Standard) e l’infinitamente grande (la Legge di Relatività), non sono tra loro perfettamente conciliabili ed allora c’è bisogno di una nuova Teoria che le unifichi, eliminando alcune difficoltà teoriche.

In particolare, il Modello Standard non tiene conto della gravità, che è descritta dalla teoria della relatività generale. Pertanto, il Modello Standard e la teoria della relatività devono essere combinati in una teoria più completa, che tenga conto sia delle interazioni tra particelle subatomiche che della gravità. Questa teoria è chiamata Teoria della relatività generale quantistica (in inglese, Quantum Gravity).

La teoria della relatività generale quantistica è ancora in fase di sviluppo e rappresenta una delle grandi sfide della fisica teorica. Tuttavia, ci sono alcune idee iniziali che tentano di unificare tutte le forze fondamentali, inclusa la gravità, in una singola Teoria.

Queste idee possono brutalmente sintetizzarsi in due grandi ipotesi di Teoria del Tutto:

• la teoria delle stringhe, che però di fatto gli scienziati considerano ormai per quello che è, ovvero una semplice idea, dopo che la comunità scientifica ha visto spirare il termine, che essa stessa si era data, entro il quale si sarebbero dovuto scoprire le particelle supersimmetriche, con le quali la teoria delle stringhe avrebbe travato la sua auspicata conferma
• la teoria della gravità quantistica a loop o LQG (Loop Quantum Gravity), che è un altro modo, completamente diverso, di vedere il problema. In questo modello matematico, lo spaziotempo è una sorta di rete. Lo spazio liscio e regolare caratteristico della teoria della gravità di Einstein viene qui sostituito da uno spazio costituito da “strutture discrete”. Per dirla con il fisico italiano Carlo Rovelli, che di questa teoria è uno degli ideatori e grande sostenitore, la diversità tra questa Teoria dei loop e quella delle stringhe è che “le stringhe sono delle cordicelle che si muovono nello spazio, a differenza dei loop che invece sono essi stessi lo spazio”.

In conclusione, il Modello Standard e la teoria della relatività sono due teorie molto importanti che ci hanno permesso di comprendere molte proprietà della natura, ma devono ancora essere integrate in una teoria più completa, così da spiegare completamente l’universo che ci circonda.