将引力统一到这一图像中之所以如此困难，这是因为引力与其他三种自然力相比极其微弱。不过，在某种意义下，引力和电磁力同样简单和易于处理，因为它只要求一种传达粒子，即无质量的引力子。

约翰“马隆著《科学难解之谜中的一段话说得非常清楚：“在基本粒子层面，引力基本不起作用。

一个电子和一个质子组成的氢原子，靠的不是引力，而是强度更大的电磁力。到底多大呢？大10^40倍。正如法国物理学家和作家蒂阿纳所说：‘如果没有电磁力，仅仅在引力的作用下的话，1个氢原子就将充满整个世界。引力非常微弱，不可能使电子和质子结合的如此紧密.......

除非能将引力与其他三种力统一起来，否则就不会存在‘万物理论’，或者大统一理论这类的现代科学的圣杯。

将引力包括到toe中的困难，可以通过考察四种基本力如何从一种统一的相互作用中‘分裂’出来而得到了解，物理学家认为这种‘分裂’应发生在宇宙由大爆炸中刚产生之时。

光子与中介矢量玻色子和胶子的本质差别之一，是光子没有质量，其他粒子却有质量。光子因没有质量而容易被创造，且能够原则上在整个宇宙范围内传播。传达弱力和强力的玻色子则做不到这点。在一次相互作用中，‘创造’特定玻色子组所需要的质量是按照量子力学的测不准原理向真空借来的。

但测不准原理指出，这些所谓的‘虚’粒子能够不时出现和随即消失，条件是它们不能存活过久以避免被宇宙‘注意’到它们的存在。这样一个粒子的质量越大，它在短暂生存期需要借用的能量越多，它也就必须越快地偿还债务。这就限制了玻色子在完成任务并消失之前运动所及的范围。

局限在原子核内部的短程粒子

但是，当宇宙很年轻时，它浸泡在原始火球的能量大海之中。只要这一能量的密度足够高，即使是胶子和中介矢量玻色子也能从火球抽取足够能量而变成真实的粒子，并在火球中到处游荡。那时，它们真正与光子等效，而不仅仅是类似；所有基本相互作用也都是同样强和远程的作用。随着宇宙膨胀和冷却，它们逐步失去部分能耐，变成了我们看到的局限在原子核内部的短程粒子。

引力仍然独树一帜。根据最好理论，当作为整体的宇宙温度为时，引力与所有其他力一样强。当宇宙开始平缓膨胀和冷却时，其他三种力仍然是统一的。在开始之后秒、温度达到时，宇宙冷却到不能供养强力的载体，于是强力被局限在我们所见的距离以内。

到秒时，温度为，宇宙冷却到无法维持中介矢量玻色子，于是弱力也变成了短程力。这是在整个宇宙的温度与地球上的粒子加速器迄今达到的最高能量相当的时期发生的——弱电理论之所以比qcd远为坚实可靠，这就是原因之一因为能够与实验进行比较。

由上述图像不难看出将引力包括到统一理论中的困难所在。然而有趣的是，还在发现强和弱两类相互作用之前，引力就已经与电磁力包括到一个统一理论中了！对统一理论的这一探讨，在两种‘附加’力发现之后很多年内基本上被人遗忘，而它算得上是长期追求万物之理征途上的领跑人。

广义相对论用的曲率来描述引力。阿尔伯特·爱因斯坦提出这一概念后不久，就发现用与爱因斯坦广义相对论方程式等效的方程式来描述五维曲率时，就得到我们熟知的、与麦克斯韦电磁场方程式并列的爱因斯坦理论中的场方程式。

几年以后的1920年代，引力和电磁场这种五维形式的统一甚至推广到包括了量子效应，这就是后来以两位开创此项研究的先驱科学家姓氏命名的卡鲁扎－克莱因理论。

计算中涉及增加额外维度的所有理论都叫做卡鲁扎－克莱因理论，但这种处理方法长期无人采用，因为，要把卡鲁扎－克莱因理论最初获得成功后就发现了的更复杂的弱和强相互作用效应包括进来，它要求的就不是一个而是好几个‘额外’维度。

如果说光子是第五维度中的涟漪，那么粗略地说z粒子就可以看成是第六维度中的涟漪，等等。

有两个原因使这类理论在1980年代再次流行。第一，构建大统一理论的尝试复杂到了令人厌烦的程度，其中有一些看来无论如何也必须增加额外维度才能进行下去。

既然总归需要很多额外维度，为什么不用卡鲁扎－克莱因的办法呢？第二，数学物理学家开始对弦理论感兴趣，在弦理论看来，人们习惯视为点状粒子的实体可描述成一维‘弦’的细小片断远远小于质子。

弦理论也只有在很多维度下才能‘工作’，它给我们极为丰厚的回报——引力。

理论家们以推导各种描述这类多维弦相互作用的方程式自娱，他们发现有些方程式描述的封闭弦环正好具有引力描述所要求的性质——弦环实际上就是引力子。

弦理论string theory是理论物理学上的一门学说。弦论的一个基本观点就是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。

这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈称为闭合弦或闭弦，闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。弦论是最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。

超弦理论是物理学家追求统一理论的最自然的结果。爱因斯坦建立相对论之后自然地想到要统一当时公知的两种相互作用－－万有引力和电磁力。他花费了后半生近40年的主要精力去寻求和建立一个统一理论，但没有成功。

回过头来看历史，爱因斯坦的失败并不奇怪。实际上自然界还存在另外两种相互作用力－－弱力和强力。已经知道，自然界中总共4种相互作用力除有引力之外的3种都可有量子理论来描述，电磁、弱和强相互作用力的形成是用假设相互交换“量子”来解释的。

但是但是，引力的形成完全是另一回事，爱因斯坦的广义相对论是用物质影响空间的几何性质来解释引力的。在这一图像中，弥漫在空间中的物质使空间弯曲了，而弯曲的空间决定粒子的运动。

人们也可以模仿解释电磁力的方法来解释引力，这时物质交换的“量子”称为引力子，但这一尝试却遇到了原则上的困难－－量子化后的广义相对论是不可重整的，因此，量子化和广义相对论是相互不自洽的。

超弦理论最引人注目，它距完成超对称统一理论还相当遥远。粒子理论的一个重要探索方向是关于超对称统一理论的研究，其目标一是把大统一理论扩大到包括万有引力在内，从而把四种基本相互作用统一到一起来；二是探索夸克和轻子的内部结构，提出“亚夸克”模型，从而把自旋为半整数的费米子和自旋为整数的玻色子统一到一起。

超弦理论是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以基本粒子是一维弦的假设而建立起来的自洽的理论，自然界中的各种不同粒子都是一维弦的不同振动模式。与以往量子场论和规范理论不同的是，超弦理论要求引力存在，也要求规范原理和超对称。

毫无疑问，将引力和其他由规范场引起的相互作用力自然地统一起来是超弦理论最吸引人的特点之一。因此，从1984年底开始，当人们认识到超弦理论可以给出一个包容标准模型的统一理论之后，一大批才华横溢的年轻人自然地投身到超弦理论的研究中去了。

目前来说我们已经完成了弱相互作用和电磁相互作用的统一，甚至开发出了它的用法，也就是说，强相互作用和电磁相互作用如果能够统一的话，也很有可能成为解决某一类核技术的关键。

质量间隙问题是量子色动力学理解强相互作用的理论关键，关乎理论物理学的数学基础，其解决将意味着一个数学上完整的量子规范场论的产生。物理学家普遍相信质量间隙的存在，但至今未能找到确凿的数学和物理学证明。

杨氏理论是基于su(n)组的一种规范理论，或者更普遍地说，是一个紧凑、半简单的李群。杨振宁，米尔斯理论旨在描述基本粒子的行为使用这些非阿贝尔李群和统一的核心的电磁和弱力(即u(1)×su(2))以及量子色动力学理论的强力(基于su(3))。从而形成了我们对粒子物理标准模型理解的基础。

杨—米尔斯场便是电磁场的推广。它是非线性的，这点跟爱因斯坦的场方程一样，都是非线性偏微方程。杨振宁和米尔斯在 1954 年的贡献便是引申了规范场而用之于基本粒子的相互作用，由此产生出将强力和弱力统一的想法。

所以说解决质量间隙问题是解决大统一理论的关键之一。