广义相对论
让我们从牛顿第一运动定律开始，该定律指出，除非受到不平衡的外力作用，否则物体处于静止或永不停止的匀速直线运动。1907年的一天，爱因斯坦在瑞士专利局工作时，设想了牛顿的万有引力思想，并想象自己从附近大楼的屋顶上掉下来。
我坐在伯尔尼专利局的扶手椅上，突然想到："如果一个人处于自由落体状态，他不会感到自己的重量。我大吃一惊。这个简单的想法给我留下了深刻的印象。它促使我朝着 "万有引力理论 "的方向发展，从而走上了通向广义相对论的道路。
这使他认识到这样一个事实：即使一个物体在自由落体中没有受到任何外力，它仍然会加速向地面移动。一个没有受到力的物体应该以恒定的速度前进。但由于重力而加速的物体却感觉不到任何力。爱因斯坦意识到，如果他解决了这个悖论，他可能会解释引力的起源。爱因斯坦称这是 "我一生中最快乐的想法！" 然后他设想了一个宇宙，在这个宇宙中，引力不是一种力，而是弯曲的时空的一种几何属性，围绕着大质量物体而扭曲。正如著名的理论物理学家约翰-惠勒（他还创造了 "黑洞 "和 "虫洞 "这两个词）用短短12个字描述了爱因斯坦的广义相对论。
时空告诉物质如何移动，物质告诉时空如何弯曲。
爱因斯坦花了数年时间研究数学，并于1915年发表了他的广义相对论，该理论被认为是数学上和实验上最一致的引力理论。广义相对论的定律主要制约着宇宙的大尺度结构。
20世纪初，爱因斯坦作为一个专利局职员。
支配原子和亚原子世界的理论是量子力学，它由马克斯-普朗克开创，并由许多著名的物理学家进一步发展，如尼尔斯-玻尔、德-博格利、E-薛定谔、W-海森堡和沃尔夫冈-泡利等等。
经典力学与量子力学的区别是什么？
经典力学处理的是宏观世界，而量子力学处理的是基本粒子和它们的相互作用。经典力学是基于牛顿的运动定律，而接近量子力学的方法之一是基于薛定谔的一维波方程。经典力学处理的是确定性问题，而量子力学处理的是概率性问题。量子力学的基础在于对光的波粒二象性的理解。理论物理学家德布罗意在1924年提出了这个命题。德布罗意的物质波假说认为，任何具有线性动量的物质粒子也是一种波。与一个粒子相关的物质波的波长与该粒子的线性动量的大小成反比。而另一个作为量子力学基础的概念是不确定性原理，也叫海森堡不确定性原理，由德国物理学家维尔纳-海森堡于1927年提出，它指出物体的位置和速度不能同时被精确测量，即使在理论上也是如此。
薛定谔方程是量子力学的另一个主要方面，由物理学家埃尔温-薛定谔于1925年提出，并于1926年发表，构成了他在1933年获得诺贝尔物理学奖的基础。该方程发挥了经典力学中牛顿定律和能量守恒的作用，即预测动态系统的未来行为。就波函数而言，它是一个波方程，可以分析和精确地预测事件的概率。
量子力学的先驱们（从上到下）尼尔斯-玻尔、阿尔伯特-爱因斯坦、马克斯-普朗克和（下）沃尔夫冈-泡利、维尔纳-海森堡、埃尔温-薛定谔
粒子物理学的标准模型描述了宇宙中的大部分粒子及其相互作用，以及自然界四种基本力中的三种（电磁、弱和强相互作用，而忽略了引力）。由胶子携带的强力将原子核结合在一起，使其稳定。由W和Z玻色子携带的弱力引起核反应，为太阳等恒星提供了数十亿年的动力。第四种基本力是引力，标准模型没有充分解释它。我们对这些粒子和三种力如何相互关联的最佳理解被“编译”在粒子物理学的标准模型中。该模型开创于20世纪70年代初，成功地解释了几乎所有的实验结果，并精确地预测了各种各样的现象。随着时间的推移和许多实验的进行，标准模型已被确立为一种经过充分检验的物理学理论。引力是一种非常非常弱的力（比电磁力弱10^40倍）。
粒子物理学的标准模型
这种不一致要求量子引力理论来解释所有的力。它以类似于量子力学预测光子存在的方式，推测出一种叫做 "引力子 "的无质量粒子的存在。引力子是介导引力的粒子。
引力子是一种非常特殊的粒子，它必须根据量子引力的预测而存在。但问题是，由于引力是一种极其微弱的力，利用今天的任何粒子物理学实验，都不可能制造出引力子。
然而，如果我们以一种完全不同的方式来描绘物理世界/维度，那么有一个很小的可能性，那就是我们可能很快在某一天找到这样的一个粒子。如果宇宙有超出3维空间的微小维度，我们就有可能找到引力子。
谈到量子引力，到目前为止已经取得了许多进展，但有两个理论在数学一致性方面非常突出，它们在统一广义相对论和量子力学方面似乎很有希望。
超弦理论
环量子引力论（圈量子引力）
该理论提出存在一种被称为弦的一维物体，它能形成闭合的环，然后这种环的运动发生在10维空间。一个环的直径是普朗克长度的数量级。
在这个理论中，一个环的振荡可以产生一个无质量电荷的引力子。但由于没有超对称或弦的实验证据，所以我们可以得出结论，弦理论可能被证明不过是数学上的猜测。
用振动的弦代替点状粒子的概念的起源可以追溯到20世纪60年代。弦理论预言了一种质量为零、自旋为2的粒子。两位数学物理学家约翰-施瓦茨（ John Schwarz）和乔尔-舍克（ Joel Scherk）在1974年发现，这个粒子正是引力子，引力的量子载体。这为调和引力与量子力学创造了一个极其惊人的出路。理论物理学家伦纳德-姆洛迪诺（Leonard Mlodinow）称赞施瓦茨和舍克的 "惊人发现"，即引力是弦理论的一部分，可以 "调和广义相对论和量子力学之间的矛盾"。
多种振动弦
超弦理论，被现代科学界许多伟大的知识分子，包括1990年菲尔兹奖获得者和数学物理学家爱德华-威腾（Edward Witten），认为是最有希望成为万物理论的理论。然而，该理论有其自身的局限性。超弦理论是建立在超对称的基础上的，而到目前为止还没有发现这种超对称粒子。因此，基本上，缺乏实验证据是对该理论的严重限制，尽管它在理论上是准确的，极有希望的，在数学上也是非常一致的。
环量子引力论（LQG）
LQG指出，时空在与普朗克尺度相当的尺度上是明确量化的，并且具有隐性的颗粒结构。
在四维时空中，这些环导致了自旋泡沫（ spin foam）。它已经成功地将量子引力重整化为2个环。但如何将物质加入到理论中，以及如何将理论从普朗克尺度扩展到低能量尺度，又扩展到连续体层面，目前尚不清楚。如果我们用这些节点和网格线来描绘三维的自旋网络。它看起来像这样：
环量子引力论的起源可以追溯到1986年，当时印度理论物理学家阿贝·阿西提卡（Abhay Ashtekar ）提出了爱因斯坦广义相对论场方程的量子公式。1988年，物理学家李·斯莫林（Lee Smolin）和卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli）扩展了这一研究思路，并在1990年表明，在这种方法下，引力是量化的。
环量子引力论三个成功之处是：
它量化了广义相对论的3维空间几何。
它允许对黑洞熵进行计算。
我们可以理解环量子引力论的方式是，它纳入了广义相对论，基本上只是广义相对论的量子几何版本。它使时空离散，不需要一个力的载体或任何粒子（引力子）来描述引力。
到目前为止，还没有一个这样的理论被普遍接受并被实验所证实。因此，"量子引力 "这个词实际上是一个未解决的问题，而不是一个理论。
因为它是一个未解之谜，所以它是物理学界最吸引人的话题之一。寻找一个合适的 "量子引力理论 "已成为现代物理学中最关键的研究。