20世纪物理学有两大支柱：广义相对论和量子力学。
广义相对论是爱因斯坦凭一己之力思考孕育而来的，是关于引力、空间和时间简洁又统一的观点。
1905年，爱因斯坦发表了三篇论文，这三篇中的任何一篇都足以让他获得诺贝尔奖。第一篇指出了原子的存在，第二篇奠定了量子力学的基础，第三篇提出了狭义相对论，指出宇宙中没有统一的时间。
狭义相对论之后，爱因斯坦发现自己的理论和牛顿力学产生了矛盾，他期望可以修正万有引力学说。万有引力说假设万物之间存在一种相互吸引的力量，牛顿称之为引力。爱因斯坦不这样认为，他想像有一个如同电磁场一样的引力场，引力和电力一样，也是通过场来传播的。
然而这个引力场究竟是什么？正当百思不得其解时，爱因斯坦灵光一闪，想到了一个天才的点子：引力场并非弥漫于空间，因为它本身就是空间。1915年，他把自己的发现写成论文，提出了一个全新的理论——广义相对论。
这是一个惊世骇俗的理论，对宇宙做了惊人的简化：空间不再是一种有别于物质的东西，而是构成世界的“物质”成分之一，一种可以波动、弯曲、变形的实体。打个比喻，我们不再身处一个看不见的坚硬框架里，而更像是深陷在一个巨大的容易变形的软体动物中。
简单来说，狭义相对论指出，时间不是永恒不变的，在不同空间会发生弯曲。而广义相对论指出，空间也是可以弯曲的，只要有物质的地方会发生弯曲。
广义相对论的猜想不断被证实，就在不久前，爱因斯坦预言的引力波也被发现了。
再来说说量子力学。
这不是某个人的科学理论，而是一大批科学家集体智慧的结晶。量子理论有个特点，在实验上获得了无与伦比的成功，但这个理论诞生100年后，仍然笼罩在一片神秘莫测的奇异氛围中。
上面说到爱因斯坦在1905年发表的第二篇论文，奠定了量子力学的基础。那么提出量子概念的是谁？德国物理学家普朗克被称为量子理论之父，他假设电磁场的能量都分布在一个个的“量子”上，也就是说能量是一包一包或一块一块的，用这个方法计算出的结果竟然与测量得到的数据完全吻合。普朗克也许并没有意识到这样做是否正确，爱因斯坦终于认识到，这些能量包是真实存在的。
丹麦物理学家玻尔率领弟子引领了量子理论的新发展。1925年，量子理论的方程终于出现了，取代了整个牛顿力学。仿佛一切现象都找到了归宿，一切都可以被计算出来。元素周期表是的每个元素，都是量子力学最主要方程的一个解。
虽然人类对量子理论的认识在不断推进，但一个世纪过去了，至今我们只知道这个物理系统是如何影响另外一个物理系统的，对这个物理系统内部究竟发生了什么，却仍然无法确定地描述。
量子力学就是要描述宇宙中的各种粒子的性质和运动方式。
我们身边所有的物体都是由电子、夸克、光子和胶子组成。它们被称作基本粒子，此外还有几种微粒，如中微子、希格玻色子。
这些粒子并不像小石子一样真实可感，而是相应的场的量子，比方说光子是电磁场的量子。粒子无所不在，即使空间中一块没有原子的区域，还是可以探测到粒子的微小涌动，宇宙中没有彻底的虚空。
量子力学和粒子实验告诉我们，世界是物体连续的、永不停歇的涌动，是稍纵即逝的实体不断地出现和消失，是一系列的振荡，是一个由事件而非物体构成的世界。
根据量子理论，物理学家搭建了一个“基本粒子标准模型”。这是一个东拼西凑的复杂模型，并非如广义相对论方程式那样简洁，但是它仍然是目前解释物质世界最好的理论，它的预测全都得到了证实，除了暗物质和广义相对论中被描述为时空曲率的引力之外。
广义相对论和量子力学，一个指向宇宙空间，一个指向微观世界，然而这两个理论不能同时正确，即它们是矛盾的。科学家一直期望找到一个完美的理论，能形成一个统一的世界观。
于是出现了SU（5）理论、超对称理论、圈量子引力理论……
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