本书多次指出，据我们所知，自然界有四种基本力：引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。后两者只在原子和基本粒子的量子世界中发挥作用，因为它们的活动范围小得不可思议。前两者是我们在经典世界中也能体验到的，它们作用于行星、椅子、磁铁、猫等物体之间。但这些物体都是由基本粒子组成的，因此大的（宏观）物体之间的引力和电磁力应该是由小的（微观）物体之间的同样的力作用而产生的结果吧？
1 这里的拟声词原文为Planck，双关著名量子物理学家普朗克。
引力：看起来简单，其实未必！
我们很清楚电磁力是如何起作用的。在微观尺度上，它以在带电粒子之间飞来飞去的光子为介质。另外，大量的光子朝同一个方向飞去，就形成了宏观的电磁波。那么引力呢？好吧，我们也知道，在我们的经典世界里是有引力波的。而物理学家推测世界上可能存在“引力场的量子”，即“引力子”。20世纪70年代，物理学家试图按照确立已久且众所周知的光子量子理论的思路写下引力子的量子理论，只可惜，他们发现这样做行不通。这样写出来的公式毫无意义，而且还得出了不符合物理原则的结果。看来，引力作为一种相互作用并不符合标准量子理论的框架。
直到今天，我们仍然没有引力相互作用的量子理论。但关于如何研究该理论，人们想出了一些好主意。另外，人们也知道为什么最初构建相关理论的尝试失败了，那是因为他们在理论研究中将引力子与光子当成了一回事，把它们都视为了在一个固定不变的空间中运动的小粒子。空间和时间是一个舞台，在其中运动的粒子就是演员。对于其他三种相互作用来说，这个比喻很形象；但对于引力而言，时空本身就像是一个演员，质量可以扭曲和改变时空，时空本身的变化就关系到粒子向哪里移动。时空和粒子应该被当作共同出演宇宙这出剧的演员。
没有量子引力就没有大爆炸
好吧，最初构建引力相互作用的量子理论的尝试失败了。我们做一些实验来看看这是怎么回事吧。既然你能测量单个光子，那你是不是也应该试试测量单个引力子，或者量子引力的任何组成成分？
在此我们又碰到了量子引力的问题——在自然界中，想要找到一个用量子物理学或广义相对论都不足以解释的现象，是非常非常困难的。这是因为量子理论用来描述非常小的事物，如基本粒子；而广义相对论用来描述非常重的事物，如恒星和星系。而要量子效应和广义相对论效应都变得很重要，势必要非常极端的情形才行。
你可别误会，以下这样的物理现象肯定存在：在黑洞的中心，整个恒星的质量被压缩在不到一个原子大的空间里；宇宙大爆炸时，整个宇宙的质量被压缩到一个小点上，然后宇宙才开始膨胀。要理解这两个现象，我们需要一套量子引力的理论，因为这同时涉及了量子物理学和相对论物理学。可我们没有量子引力理论，这就是我们不知道大爆炸时到底发生了什么，黑洞的奇点中发生了什么的原因。这不像我们能去药店买一个什么仪器来做测量，真可惜。不过，这也许正是我们的幸运之处。
量化的空间与时间：普朗克长度和普朗克时间
即使我们不知道引力的量子行为是怎样的，我们也有非常好的理由认为，该量子行为导致世上存在一个最小的非零长度。理由如下：假设你想分辨一段非常小的距离，那么你需要一个波长至少和你想分辨的距离一样短的光子。现在，一方面量子理论告诉你，这意味着光子需要有非常大的能量；另一方面，广义相对论告诉你，如果你在足够小的空间内集中足够多的能量，这能量将弯曲空间和时间，形成一个黑洞，而你没有办法看到或测量黑洞视界背后的任何事物。
