Estoy tratando de entender cómo las cuatro fuerzas fundamentales se relacionan entre sí y con una teoría del todo. Tal como lo entiendo, la fuerza unificada que se cree que existe a muy altas energías se rompe a través de la ruptura de la simetría en las cuatro fuerzas observadas en nuestra energía. No entiendo completamente cómo sucede esto y, en particular, si hay una simetría gravitacional-electromagnética y si, cuándo y cómo se rompe.
Sólo tenemos evidencia experimental de una ruptura de simetría, es decir, la ruptura de la fuerza electrodébil en fuerzas electromagnéticas y fuerzas débiles separadas. Con el descubrimiento del bosón de Higgs, la ruptura de la simetría electrodébil ahora está bien establecida.
El mecanismo por el cual se produce la ruptura de la simetría es complejo y, para ser honesto, es imposible darle a un profano una idea precisa de lo que está sucediendo, aunque encontrará un sinfín de intentos en los medios de divulgación científica. Si su objetivo es comprender completamente el proceso, me temo que tendrá mucho trabajo. La mejor descripción semi-rigurosa que he visto está en el blog de Matt Strassler , aunque incluso esto intimidará a los principiantes.
De todos modos, hay alguna evidencia de que las fuerzas electromagnéticas, débiles y fuertes convergen en fuerzas similares en una escala de energía de alrededor GeV, y esto ha llevado a especular sobre una ruptura de simetría similar a la ruptura de simetría electrodébil, pero que ocurre a energías mucho más altas y divide las fuerzas fuerte y electrodébil. Los modelos más conocidos para esto son probablemente la teoría Georgi-Glashow SU(5) y la teoría SO(10) . Sin embargo, no hay apoyo experimental para estas teorías, por lo que en este momento son completamente especulativas. En realidad, creo que las mediciones de la vida útil de los protones han descartado la teoría SU(5) más simple, aunque confieso que no estoy al día con esta área.
De todos modos, dado que los físicos han conjeturado la unificación de las fuerzas electromagnética, débil y fuerte, parece una extensión obvia considerar también la unificación de la fuerza gravitatoria. Sin embargo, no tenemos una teoría de la gravedad cuántica y la unificación de la gravedad con las otras fuerzas es altamente especulativa. La teoría de cuerdas es probablemente el mejor contendiente para una teoría tan unificada, pero sigue siendo especulativa.
Ahora, empezaste preguntando sobre la unificación de la gravedad y la fuerza electromagnética. Suponiendo que la descripción anterior tenga alguna conexión con la realidad, la gravedad y la EM no se han unificado desde la energía de Planck. En ese momento, la gravedad se separó de la fuerza electrodébil fuerte. Desde entonces, dos divisiones más han producido la fuerza EM separada que vemos hoy. Así que no hay simetría gravitacional-electromagnética en ningún sentido útil.
Como nota histórica: en 1919 Theodore Kaluza descubrió una posible unificación de la gravedad y la fuerza EM basada en extender la relatividad general a un espacio-tiempo de cinco dimensiones. Sin embargo, esto rápidamente resultó poco realista y hoy se considera una pieza interesante pero irrelevante de la historia de la física. Aunque habiendo dicho eso, la idea básica de extender la física a dimensiones extra está viva y bien.