不管你听到了什么，不要误会：物理学在任何意义上都还没有「结束」。就我们在理解周围世界和宇宙的尝试而言——我们已经取得了令人印象深刻的进展——假装我们已经以任何令人满意的方式解决和理解了我们周围的自然世界是绝对不诚实的。我们有两种理论非常有效：在我们测试它们的这些年里，我们从未发现过任何与爱因斯坦广义相对论或标准模型的量子场论预测相冲突的观察结果或实验测量结果。
如果您想知道引力是如何起作用的，或者它对宇宙中任何物体的影响是什么，广义相对论从未让我们失望过。从桌面实验到原子钟，再到天体力学，再到引力透镜，再到巨大的宇宙网的形成，它的成功率是 100%。同样，对于任何可以想象的粒子物理实验或相互作用，无论是通过强力、弱力还是电磁力介导，标准模型的预测总是与结果相符。在各自的领域，广义相对论和标准模型都可以声称是有史以来最成功的物理学理论。
但它们的核心存在一个巨大的根本问题：它们根本无法协同工作。如果你想让你的宇宙保持一致，这种情况根本行不通。这就是 21 世纪物理学的核心根本问题。
爱因斯坦广义相对论已进行了无数次科学测试，使该理论受到人类有史以来最严格的约束。爱因斯坦的第一个解决方案是针对单个质量（如太阳）周围的弱场极限；他将这些结果应用于我们的太阳系，取得了巨大成功。此后，很快，人们就找到了一些精确的解。
一方面，广义相对论，即我们的引力理论，在刚提出时是一个激进的概念：它如此激进以至于几十年来受到了许多人从哲学和物理学角度的攻击。
· 空间和时间怎么可能不是绝对量；它们怎么会因观察者的特定属性而对每个人而不同？
· 任何两个相互吸引的物体之间，引力怎么可能不是瞬时的呢？这种相互作用怎么可能只能以等于光速的有限速度传播？
· 为什么引力不仅能影响质量，还能影响所有形式的能量，包括像光这样的无质量物体？
· 相反，不仅仅是质量，所有形式的能量如何影响宇宙中所有其他物体受到引力的影响？
· 那么，宇宙中怎么可能存在一种潜在的、扭曲的几何形状来决定物体如何运动呢？
不管人们对爱因斯坦最伟大的成就——广义相对论所带来的新图景有何感受，宇宙中物理现象的行为是不会撒谎的。基于一系列实验和观察，广义相对论已被证明是对宇宙的一个非常成功的描述，在我们能够测试的所有可想象的条件下都成功了，而其他任何替代理论都无法做到这一点。
1919 年爱丁顿探险的结果最终证明，广义相对论描述了星光在大型物体周围弯曲的现象，推翻了牛顿的理论。这是爱因斯坦引力理论的首次观测证实。
广义相对论告诉我们，宇宙中的物质和能量——具体来说，能量密度、压力、动量密度和整个时空中的剪切应力——决定了存在于所有四个维度中的时空曲率的大小和类型：三个空间维度以及时间维度。由于这种时空曲率，存在于这个时空中的所有实体，包括（但不限于）所有有质量和无质量的粒子，不一定沿着直线移动，而是沿着测地线移动：由它们之间的弯曲空间定义的任何两点之间的最短路径，而不是（错误地）假设的平坦空间。
空间曲率越大，与直线路径的偏差就越大，时间流逝的速度也会大大增加。实验室、太阳系、银河系和宇宙尺度上的实验和观察都证实了这一点，与广义相对论的预测高度一致，进一步支持了该理论。
至少到目前为止，只有这幅宇宙图景能够描述引力。空间和时间被视为连续的实体，而不是离散的实体，这种几何结构需要作为「背景」时空，所有相互作用（包括引力）都发生在其中。
标准模型的粒子和反粒子遵循各种守恒定律，但也显示出费米子粒子与反粒子和玻色子粒子之间的根本区别。虽然标准模型的玻色子内容只有一个「副本」，但标准模型费米子却有三代，没人知道为什么。
另一方面，还有粒子物理学的标准模型。标准模型最初是在假设中微子是无质量实体的情况下制定的，它基于量子场论，其中有：
· 带电荷的费米子量子（粒子），
· 玻色子量子（也是粒子），介导带相应电荷的粒子之间的力，
· 以及时空的（量子）真空，所有量子都通过它传播并相互作用。
电磁力以电荷为基础，因此所有六个夸克和三个带电轻子（电子、μ 子和 τ 子）都会受到电磁力的影响，而无质量的光子则充当电磁力的媒介。
强核力以色荷为基础，只有六个夸克拥有色荷。八个无质量胶子负责传递强核力，没有其他粒子参与其中。
而弱核力则以弱超电荷和弱同位旋为基础，所有费米子都至少拥有其中一种。弱相互作用由 W 和 Z 玻色子介导，W 玻色子也带电荷，这意味着它们也会受到电磁力（并能交换光子）。
固有宽度，即上图中峰顶一半处的峰宽，测量结果为 2.5 GeV：固有不确定性约为总质量的 +/- 3%。所讨论的粒子 Z 玻色子的质量峰值为 91.187 GeV，但由于其寿命极短，该质量固有不确定性很大。这一结果与标准模型预测非常一致。
而且我们测试这些粒子的条件也非常特殊。从宇宙射线实验到放射性衰变实验，再到太阳实验，再到涉及粒子对撞机的高能物理实验，标准模型的预测与曾经进行过的每一项此类实验都相符。希格斯玻色子被发现后，证实了我们的设想，即电磁力和弱力曾在高能下统一为电弱力，这是对标准模型的终极测试。在整个物理学史上，从来没有标准模型无法解释的结果。
如今，费曼图用于计算涵盖强力、弱力和电磁力的每种基本相互作用，包括在高能和低温/凝聚条件下。这里显示的电磁相互作用全部由单个力载体粒子控制：光子，但弱力、强力和希格斯耦合也可能发生。这些计算很难进行，但在弯曲空间（而不是平坦空间）中仍然要复杂得多。
但有一个问题。我们执行的所有标准模型计算都是基于宇宙中存在的粒子，这意味着它们存在于时空中。我们通常执行的计算都是在时空是平坦的假设下进行的：我们知道这个假设在技术上是错误的，但它非常有用（因为在弯曲时空中计算比在平坦空间中计算困难得多），并且与我们在地球上发现的条件非常接近，因此我们继续前进并做出这种近似。
毕竟，这是我们在物理学中使用的伟大方法之一：我们以尽可能简单的方式建模我们的系统，以便捕捉决定实验或测量结果的所有相关影响。说「我在平坦时空中而不是弯曲时空中进行高能物理计算」不会给你一个明显不同的答案，除非在最极端的条件下。
但宇宙中确实存在极端条件：例如，在黑洞周围的时空中。在这些条件下，我们可以确定使用平坦的时空背景根本行不通，我们不得不承担在弯曲空间中进行量子场论计算的艰巨任务。
在黑洞内部，时空曲率非常大，以至于光在任何情况下都无法逃逸，粒子也无法逃逸。尽管我们并不了解黑洞中心奇点的情况，但爱因斯坦的广义相对论足以描述距离奇点本身超过几个普朗克长度的空间曲率。
你可能会惊讶地发现，从原则上讲，这其实并不那么困难。你所要做的就是用广义相对论所描述的弯曲背景替换你通常用于执行计算的平坦时空背景。毕竟，如果你知道你的时空是如何弯曲的，你就可以写下背景的方程式，如果你知道你拥有什么量子/粒子，你就可以写下描述它们在那个时空中相互作用的其余项。剩下的，虽然在大多数情况下在实践中相当困难，但只是计算能力的问题。
尽管没有光能够从黑洞的事件视界内逃逸，但黑洞外部的弯曲空间导致事件视界附近不同点的真空状态不同，从而通过量子过程发射辐射。这就是霍金辐射的来源，对于质量最小的黑洞，霍金辐射将在不到几分之一秒的时间内导致它们完全衰变。由于这一确切过程，即使是质量最大的黑洞也不可能存活超过 10¹⁰³ 年左右。
然而，这是我们能做到的极限，并不能带我们到达任何地方。是的，我们可以用这种方式让标准模型和广义相对论「发挥作用」，但这只能让我们计算基本力在距离奇点足够远的强烈弯曲时空中如何发挥作用，比如黑洞中心的时空，或者——理论上——在宇宙的最初阶段，假设这样的开始存在。
令人抓狂的原因是引力影响所有类型的物质和能量。一切都受到引力的影响，理论上包括最终造成引力的任何类型的粒子。鉴于光是一种电磁波，由光子形式的单个量子组成，我们假设引力波由引力子形式的量子组成，即使没有完整的引力量子理论，我们也能知道引力子的许多粒子特性。
但这正是我们所需要的。这就是缺失的部分：引力的量子理论。没有它，我们就无法理解或预测引力的任何量子特性。在你说「如果它们不存在会怎样」之前，要知道这不会描绘出一幅一致的现实图景。
Tonomura 博士进行的双缝实验结果显示，单电子干涉图样逐渐形成。如果测量每个电子通过哪个缝的路径，干涉图样就会被破坏，从而产生两个「堆」。每个面板中的电子数量分别为 11 (a)、200 (b)、6000 (c)、40000 (d) 和 140000 (e)。
例如，考虑一下有史以来进行的所有量子实验中最「固有量子」的实验：双缝实验。如果你将一个量子粒子送入仪器，并在它穿过时观察它穿过哪个缝隙，结果就完全确定了，因为粒子的行为就像它
· 即将经历
· 经过，
· 并经历了，
你观察到它在每一步中穿过的狭缝。如果那个粒子是一个电子，你可以确定它在整个旅程中的电场和磁场。你还可以确定它在每个时刻的引力场是什么（或者说，它对时空曲率的影响是什么）。
量子引力试图将爱因斯坦的广义相对论与量子力学结合起来。经典引力的量子修正以环路图的形式呈现，如图中白色所示。空间（或时间）本身是离散的还是连续的尚未确定，引力是否完全量子化，或者我们今天所知道的粒子是否是基本粒子，这些问题也尚未确定。但如果我们希望有一个万物的基本理论，它必须包括量化场，而广义相对论本身并没有做到这一点。
这两种情况都有其道理：因为我们不理解量子层面的引力，这意味着我们不太理解量子真空本身。量子真空，或真空空间的性质，是可以用各种方式测量的东西。例如，卡西米尔效应让我们能够通过改变导体的配置，在各种设置下测量真空空间中电磁相互作用的影响。如果我们测量整个宇宙历史的宇宙膨胀，就会向我们揭示所有力对空间零点能量的累积贡献：量子真空。
但是我们能否以某种方式量化引力对量子真空的量子贡献？
不可能。我们不知道如何在高能、小尺度、奇点附近或量子粒子表现出其固有的量子性质时计算引力的行为。同样，我们也不了解支撑引力的量子场（假设存在）在任何情况下的行为。这就是为什么即使我们现在所做的一切都是错误的，也不能放弃从更根本的层面理解引力的尝试。我们实际上已经设法确定了推动物理学超越其当前局限性所需要解决的关键问题：这是一项永远不应低估的巨大成就。唯一的选择是继续尝试或放弃。即使我们所有的尝试最终都是徒劳的，也比其他选择要好。
