缺失的联系
在第五章中讲了基本相互作用的标准模型。它包含的三种力都可以由量子理论来描述。第四种基本作用是引力，已经证明很难将它纳入一个统一的相互作用模型中。第一步是将量子物理并入引力理论合成量子引力理论。尽管人们在不断努力，还是无法做到。如果这步实现了，下一步就是用统一的粒子相互作用理论来统一量子引力。
具有讽刺意味的是，开创现代理论物理纪元的广义相对论成为了阻止进一步将自然界所有力纳入统一理论的羁绊。在许多情况下引力极其弱。大多数物体是通过原子间的电磁力组合在一起，这种电磁力比物体之间的引力强多个数量级。但尽管引力比较弱，它具有令人迷惑的特性，似乎抗拒着被纳入统一的量子理论中。
爱因斯坦的广义相对论是一个经典理论。同样，麦克斯韦的电磁学方程也是经典的。它们所涉及到的实体是均匀的而不是离散的，描述的是物质的确定性而不是概率。另一方面，量子物理学描述了基本的团块性质：物体由离散的块或量子组成。同样，如果掌握过去某时的足够信息，广义相对论方程使我们能够计算宇宙在未来特定时间的确切状态，因此它们是确定性的，而量子世界充满海森堡测不准原理体现的不确定性。
当然，传统的电磁理论在许多情况下是完全适用的，但是对于某些情况，该理论就不适用了，如辐射场相当强的情况。为此，物理学家们寻找（并最终发现）电磁学的量子理论，或者叫量子电动力学（QED）。这套理论也与狭义相对论是一致的，但不包括广义相对论效应。
爱因斯坦的方程对大多数情况的描述是准确的，我们自然希望能建立引力的量子理论。爱因斯坦自己总认为，在这个意义上他的理论并不完整，而需要更加完整的理论取代它。以经典的电磁学的失效来比拟，人们认为当引力场非常强或者长度非常短的时候爱因斯坦方程也会失效。建立这种理论的努力至今还未成功。
虽然还不清楚引力的量子理论应该包含什么，但已经有了一些有趣的推测。例如，由于广义相对论基本上是一个时－空的理论，空间和时间自身在量子引力理论中应该量子化。这表明尽管空间和时间在我们看来是连续和平滑的，但在极小尺度的普朗克长度（大约10-33厘米）上，空间更多呈复杂的块状结构，可能是水泡样的泡沫结构，且由被称为虫洞的管道相连，这些虫洞在普朗克时间（10-43秒）内不断形成并关闭。我们有理由设想，量子化的引力波（或者称之为引力子）在其他基本的相互作用中可能扮演了规范玻色子的角色，例如量子电动力学中的光子。但是直到目前为止，还没有确切的证据表明这种思想的正确性。
量子引力中微小的长度和时间尺度表明了为什么量子引力是属于理论家而不是实验科学家的领域。还没有造出任何设备，能够迫使粒子进入普朗克数量级或更小的长度区域。揭示引力的量子特性这一任务需要巨大能量。这就是为什么如此多理论家从粒子实验转向宇宙学的原因。大爆炸必须涉及普朗克尺度上的现象，所以从宇宙学中获得基础物理知识在理论上是可能的。
