Una teoria del tutto (TOE: theory of everything) è, in fisica, una teoria che ha l'ambizione di spiegare, da sola, tutti i fenomeni fisici conosciuti.

 

Questo termine è stato spesso usato in senso ironico perché numerosi fisici ritengono che una teoria del tutto sia una chimera irraggiungibile e perché decreterebbe la fine della ricerca in fisica teorica. In realtà essa è la logica conseguenza di un ragionamento che si fonda sul fatto, sperimentalmente comprovato, che l'universo è, allo stato attuale, in fase di espansione. Ciò implica che in passato esso era più piccolo di oggi. Andando a ritroso nel tempo l'universo risulterebbe sempre più piccolo fino ad arrivare ad una fase in cui le sue dimensioni erano inferiori alla cosiddetta lunghezza di Planck (1,616x10^-35 m) dove le leggi conosciute della fisica perdono di significato. Tutto ciò che oggi osserviamo ha dunque un antenato comune per cui deve esistere una teoria, una teoria del tutto appunto, in grado di spiegare l'intero universo.

 

Nel corso degli ultimi cento anni la fisica è stata completamente rivoluzionata e sono sorte due teorie tra loro apparentemente incompatibili: la meccanica quantistica e la relatività generale. La prima concerne il mondo dell'infinitamente piccolo cioè le particelle fondamentali quali l'elettrone, il fotone, i quark e le interazioni che le riguardano (interazione forte, interazione debole ed elettromagnetismo; l'altra il mondo dell'infinitamente grande cioè la cosmologia e la quarta forza fondamentale della natura: la gravità.

 

Fondamentalemente la difficoltà principale risiede nel fatto che la meccanica quantistica è costituita da leggi che vengono applicate in uno spazio-tempo a curvatura nulla (cosiddetto spazio-tempo di Minkowski) mentre la relatività generale comporta uno spazio-tempo a curvatura non-nulla. Negli ultimi anni di vita, quando viveva a Princeton nel New Jersey, Einstein stesso tentò senza successo di conciliare le due teorie. Il compito appariva talmente arduo che molti fisici persero interesse in esso ed il tentativo di unificazione delle forze (o interazioni) fondamentali della natura in un unica teoria coerente perse di attrattiva e venne accantonato.

 

Alcuni teorici, tuttavia, perseverarono nel perseguimento della ricerca di una teoria onnicomprensiva ed intorno alla fine degli anni sessanta furono ottenuti alcuni primi successi incoraggianti con l'introduzione di un concetto nuovo e rivoluzionario in fisica: le particelle fondamentali, che erano sempre state considerate puntiformi e quindi a-dimensionali, potevano essere invece trattate come oggetti a una dimensione, cioè come stringhe. Lo sviluppo di questa idea portò progressivamente alla teoria delle stringhe (in realtà sono 5 teorie) che può essere considerata la prima vera Teoria del Tutto.