萬有引力就像艾薩克·牛頓爵士描述的那樣：如果你跳起來，萬有引力就會把你拉回到地面。簡單地說，引力是一種影響和改變物體運動的力。至少的愛因斯坦出現之前是這樣的。
愛因斯坦通過他的廣義相對論，詳細闡述了引力的數學公式，這個力被理解為時空「不可避免的扭曲」。但是，這種扭曲是如何發生的呢？
無論什麼時候，任何東西都試圖以直線穿過宇宙，這個物體都會沿著一個軌跡運動，這個「軌跡」會被附近任何形式的質量和能量所彎曲。因此，我們所認為的引力就是宇宙結構的曲率。
看起來是這樣，但是一旦我們把這個理論應用到另一個物理領域中非常重要的理論——量子力學時，問題就出現了。
但是量化引力並沒有那麼難。我們已經把所有其他的基本力（電磁力，強核力和弱核力）量化了。因此量化引力（基本力中最弱的）應該是小菜一碟。對吧？
錯了！
事實上，大錯特錯！
廣義相對論的圖示首先，考慮下面的例子來理解為什麼會這樣：
一個電子遇到一個光子。接下來會發生什麼？兩個粒子會相互碰撞嗎？光子能「反彈」嗎？能量或動量是如何交換的？這些粒子會在第一眼就愛上對方還是討厭對方？
現在，有一些事情使這個情況變得複雜。例如，光子可以隨意產生或消滅。打開電燈，數以萬億計的光子從燈泡中湧出。他們短暫地體驗了生活所能提供的所有快樂和自由，但當他們撞上一堵牆並被原子吸收時，他們的存在就消失了。所以，在狹義相對論中，物質和能量是可以相互轉換的，如果能量可以被創造或毀滅，那麼質量也可以被創造或毀滅。
因此，我們可以同時創造光子和電子。你只需要一個空盒子，它們就會神奇地出現。當然，如果它們真的出現了，它們會馬上消失。
但我們假設盒子裡有一個粒子（假設是一個光子），能隨意將自身轉變成電子或正電子的物質。同樣的，任何粒子也可以把自己變成光子。畢竟，物質和能量是一回事。兩者都能像換襯衫一樣容易地轉換。
早在19世紀，我們就有了物理學的「經典」圖景。這幅畫布被塗上了連續的顏色，其中電磁場優雅而流暢地擺動和波動。但量子力學出現了，它描繪的現實圖景完全不同。量子世界不是光滑連續的場，物質只能有一定數值的能量和一定數值的角動量。
因此，為了調和經典力學和量子力學，我們必須創造一個概念。這就是量子電磁場。
量子電磁場的藝術印象我們的猜想是存在一個貫穿時空的電磁場。它可以獲得額外的能量，然後被「捏掉」。就像光子一樣。這意味著光子只是電磁場的一小部分。因此，可以通過從電磁場的局部區域增加或減少能量來創造或消滅光子。
從這一點我們可以論證，有一個帶光子的電磁場和一個帶電子的電場。兩者同時在空間中擴散。所以，如果給電磁場增加一點能量，一些光子就會蹦出來。相應地，如果給電場增加一點能量，一些電子就會跳出來。最後，所有的事情都是一樣的，這解釋了如何可以隨心所欲地創造和破壞電子。它所需要的只是從能量場中增加或減少能量。
建立了這個概念之後，讓我們回到最初的問題：當光子和電子碰撞時會發生什麼？
現在你可以看到困難了。我們面對的不僅僅是一對一的直接碰撞。當電子和光子移動時，它爾會消失，然後又重新出現，甚至相互轉換（就像一個場向另一個場傳遞能量一樣容易）。所以必須把所有可能的碰撞加起來。
然而，當把所有這些可能的碰撞加起來時，就又會遇到麻煩。這些粒子的相互作用有無數種可能的組合。而在自然界中，無論何時出現無窮大，都無法取得進步；沒有進步，就無法做出預測；沒有預測，就沒有科學。
幸運的是，幾十年前，一些傑出的物理學家發現了一些竅門。通過巧妙的操作，他們成功地把所有的數學術語都集中到有限的幾個地方。無窮大仍然存在，但由於方程的存在，可以將無窮排除在外。所以，即使我們的理論不能預測所有的事情，但通過將無窮排除在外，我們可以取得一些進展，並預測一些事情。
這就是量子場論的世界，正是由於它，粒子領域取得了令人難以置信的進步，以及它們與四種基本力的相互作用的方式。但是哪一種力是難以被吸收的呢？
這就引力！
那麼，我們該如何應對呢？
其中一個問題是重力並不像其他力一樣。時空是所有粒子炫耀自己的舞臺。廣義相對論告訴我們，「舞臺」也是有生命的。它在粒子的影響下發生彎曲和翹曲，這種彎曲和翹曲改變了它們的運動方向。所以當物理學家從量子場的角度研究基本的電子-光子相互作用時，我們就會有遇到麻煩。因為，我們不僅要考慮光子和電子相互作用的每一種可能的組合和排列，還要考慮它們所有可能的時空配置！
無窮大是無法處理的。但我們又不能假裝他們不存在。我們無法用已知的測量數據來彌補。數學太複雜了，我們無法使它簡單到足以解決這個難題。
但還是有希望的。一些聰明的想法，如弦理論，正試圖解決這些問題。但必須指出的是，在過去幾十年裡，這種理論都沒有取得多大的進展。
這就是為什麼像黑洞和早期宇宙這樣的地方對理論物理學家如此有吸引力。它們是引力強大的地方，通過研究它們，我們希望能對如何正確對待引力有一個大致的了解。
但與此同時，我們希望能夠找到物理學聖杯，它能一勞永逸地解決現代物理學最大的問題。