在物理学领域，人们都渴望着寻找到“圣杯”，即找到一个完整的统一理论。爱因斯坦在晚年用了很多时间寻找“圣杯”，但直到他去世也未能如愿以偿。“圣杯”对于物理学家来说有着非常大的诱惑力，许多物理学家孜孜以求，希望能在寻找“圣杯”的道路上向前跨进一步。然而，尽管他们付出得很多，但却未能如愿以偿。由此我们也可以想像到在物理学领域寻找“圣杯”有多么大的难度。
1980年，斯蒂芬·霍金在任剑桥大学卢卡斯数学教授的就职演说中，提到过关于理论物理学的终结的问题。霍金和许多物理学家对这个问题持乐观的态度。但是，许多年已经过去了。物理学并没有像一些人所预言的那样终结了。人们发觉在探寻“圣杯”的道路上还有许多路要走。即使物理学家找到了“圣杯”，难道理论物理学就真的终结了吗?霍金在1988年接受《新闻周刊》的记者采访时说，即使人们发现了一个包罗万象的物理学理论之后，仍然还有许多事情要做。物理学家马丁。里斯则指出，在物理学领域找到了一个包罗万象的理论，就好像掌握了一个象棋规则那样，这离做一个象棋大师的距离还很远。
首先这第一步即寻找“圣杯”就很不容易，尽管有些物理学家认为，这一“圣杯”已经近在咫尺，但迈出捧到“圣杯”的这一步还需要付出艰苦的努力。爱因斯坦在生命的后期，他把主要兴趣和精力放在统一场论上，试图把引力和电磁作用力综合到一个理论体系内，但他失败了。从整个20世纪80年代到90年代，物理学家们梦寐以求地寻找“圣杯”，即找到一个完整的统一理论，用它来诠释物理学上所知道的各种力和场。这在理论物理学上属于最前沿的问题，也是难度最大的问题。在这个问题上每取得一步进展，都受到人们的密切关注。
目前物理学家所寻求的统一理论与爱因斯坦晚年所艰辛探索的统一场论有着明显的不同。爱因斯坦在20世纪20年代初期开始探索统一场论时，那时在物理学领域已知的力只有两种，即引力和电磁作用力，爱因斯坦以一个伟大的理论物理学家的超人的洞察力，敏锐地认识到寻找这两种力的统一性，有着重大的理论意义。而随着物理学的发展，人们逐渐又发现了两种力，即原子核内部的强力和弱力。强力是指在原子核内部把质子和中子连接在一起的作用力，这种力无论是对不带电子的中子或带正电荷的质子来说，都具有同样性质的作用。弱力则是原子核内部自发的放射性衰变过程中产生的一种力。强力和弱力的作用范围都很小，它们的影响力不会超出原子核的范围之外。
引力是这四种力中最特别的一种力。除引力之外的其他三种力，即电磁作用力、强力和弱力，都可以用量子力学理论去解释，而且都在不同程度上获得了成功。电磁学的量子理论被称之为量子电动力学，它能够对电子之间相互作用的方式作出精确的描述。它包括了狭义相对论和量子物理学两方面的内容，但却没有把描述引力的广义相对论的内容包含进去。
弱力在某些方面有点像电磁力。20世纪60年代期间，物理学家们找到了如何用量子电动力学描述弱力的方法，从而找到了一个改进型的量子场论，它被称之为电弱作用理论。这一理论作出了一个重要预见，即应该有三种粒子与弱力相关，在这三种粒子相互之间所起的作用同光子在量子电动力学中所起的作用非常相似。然而，新的理论揭示了这三种粒子同光子具有不同之处，即它们具有质量。这种理论并且预言了这三种粒子其中的两种粒子的质量是一个质子的质量9倍，而另外一种粒子的质量是一个质子的质量的8倍。1983年，瑞士日内瓦的欧洲原子核研究组织的粒子高能加速器小组在实验中发现了具有这种属性的粒子的踪迹，从而证明了电弱作用理论的正确性。
然而，如何用量子电动力学对强力进行描述，却是一件十分困难的事情。后来，物理学家们以量子电动力学的数学模式为基础，找到了一种单一描述强力场的数学方法，这就是量子色动力学。在原子核内部，粒子实际上是由被称之为夸克的一种基本实体所组成，而夸克是多种多样的，具有丰富想像力的物理学家们以不同的颜色来命名它们，如红夸克、绿夸克、蓝夸克等。这并不意味着夸克真的有颜色，而只是物理学家们通过想像给予它们的名称。因此，描述夸克之间如何相互作用并导致强相互作用力的量子理论被称之为“量子色动力学”。而把电弱作用理论与量子色动力学结合在一起的方法有好多种，这些方法各有优点，而究竟哪一种是最佳的方法还有待进一步验证。人们在这种方法的探索中每前进一步，都被记录到人类历史的史册中，不少物理学家因此而获得了物理学领域的最高殊荣——诺贝尔物理学奖。这个庞大的工程也被称之为“大统一理论”。
尽管“大统一理论”已经包含了电磁作用力、强力和弱力三种已知的量子场，但它还不是完整的统一理论，因为它还没有把引力包含进去。引力是被物理学家们第一个研究的力，人们对它并不陌生，但它的确是被纳入量子模型时最难对付的一种力。霍金也认为，“大统一理论”还不够“大”，还需要建立一种把引力也包括在内的完整的统一理论。物理学领域所谓的“圣杯”就是建立一种完整的统一理论，这种理论应当能把目前的“大统一理论”与爱因斯坦的广义相对论结合起来。然而，寻找这样一种理论，难度是非常大的。首先是因为引力与其他三种力相比要弱得多，以一种平等的关系把这样一种弱得多的力与其他三种力一起概括到完整的统一理论之中，是十分困难的一件事情。其次，爱因斯坦的广义相对论从根本意义上讲，是一种经典的理论，它与19世纪的电磁理论是一脉相承的，但却没有把20世纪发展起来的量子理论综合进去。广义相对论将宇宙看作是一个连续体。按照这种经典的理论，空间可以以任何小的单位去分割和测量，同时电磁能也可以以任何小的数量出现。而量子理论改变了物理学家们看待宇宙的观点，它认为宇宙是不连续的。电磁能究竟可以小到什么程度，甚至时间的单位或距离的量度可以小到什么程度，并不是像经典理论所讲的那样是无限的，而是有一个最终限度的。物理学家对于光的本质的重新认识，导致了量子革命，量子理论综合了麦克斯韦的电磁学理论的精华，发展为一种新的理论，即量子电动力学。在此基础上，物理学家又先后发现了描述弱力和强力的量子理论即电弱作用理论和量子色动力学。然而，如果我们要想把引力综合到其他三种量子场中，那就需要一种引力量子理论，并把这种理论与其他三种力的量子理论结合起来。因此，许多物理学家都试图在这方面有所突破，但他们都未能如愿以偿。
由于引力与其他三种力相比要弱得多，从而导致了另外一个难题，即引力量子化的效应只能在一个极其强大的引力场的特殊情况下才会变得明显，而带有经典性质的广义相对论是以“近似弱力场”的方法来逼近引力的，所以它只能从理论上对引力进行描述，却不能通过实验证明。目前在地球上进行的所有实验都不能把引力涉及的量子化层面的作用直接量度出来，而只有在宇宙大爆炸的瞬间，引力量子化才能表现出来。因此，要想设计这样一个类似于宇宙大爆炸状态的实验，实在是一件非常困难的事情。
现代宇宙学的研究表明，在宇宙诞生的第一秒钟内，引力如此之强，足以与其他三种力处在平等的关系之中，并且在量子间的交互作用中表现得十分明显。此后，随着宇宙的不断膨胀，物质在空间分布上变得越来越稀薄，引力随之也变得弱起来，并与其他三种力相分离，最后变成了一个呈流畅变化的力场。其他三种力场随着宇宙的不断膨胀也相互分离开来，形成了目前我们所认识的四种不同的力场。
因此，量子引力起作用的地方，只能是在宇宙大爆炸的瞬间。同时，也只有在这时才能验证完整的统一理论的正确性。为了探寻完整的统一理论，宇宙学家和粒子物理学家对各自对方的研究发生了兴趣，从对方的研究中得到了很大的启示，从而互相走进了对方研究的领域。把爱因斯坦的广义相对论与量子理论相结合，是探寻完整统一理论迈出的重要一步。霍金在对黑洞和时间起始研究中把量子理论与广义相对论部分地结合在一起，在探寻完整统一理论方面作出了贡献。
而“圣杯”究竟离物理学家还有多远，也是众说纷纭。有的物理学家认为“圣杯”就在眼前，离我们只有一步之遥了；也有的物理学家认为寻找“圣杯”的道路还非常漫长。但不管怎样，建立完整统一理论的最近目标就是创立引力量子论，由此出发把其他三种力场统一起来。物理学家们从光子和电磁相互作用联想到，引力量子理论的一个重要特征是它必须包含与引力有关的粒子。物理学家们把这种假没的引力粒子叫做“引力子”。虽然人们创造了“引力子”这个名词，但迄今为止，人们还没有发现它。
霍金在1979年就职剑桥大学卢卡斯数学教授时，物理学的研究人员对量子引力理论所取得的进展兴奋不已，霍金在谈到这个问题时也比较乐观。那时，超引力的理论很盛行，它预言存在着一种引力子，而这样就要求有另外8种称为引力微子的粒子存在，同时还有154种其他尚未发现的引力粒子。这一理论与如此多的引力粒子联系在一起未免显得有些庞杂，但它表明在量子引力理论中需要无数的新粒子。超引力理论在发现量子引力理论方面确实取得了重大进展。这一理论得到了霍金的赞赏。
然而，在随后的几年中，情况发生了很大变化。20世纪80年代中期，一种与超引力理论完全不同的理论——弦理论诞生了。人们把兴趣和热情一下子全都集中到弦理论上，而对超引力理论失去了兴趣。弦理论在对于实体究竟是什么样的问题上不同于以往的理论。过去人们习惯上认为实体是点状的，像电子、夸克等都是这样。而在弦理论看来，实体的实际形状是线状的，它的样子很像一条细线。这种线状体非常小，1020条这样的细线首尾相连接才抵得上一个质子的直径那么长。这些细线的存在方式是各种各样的，它们或者是封闭的，首尾相接形成一个小环；或者是开放的，首尾两端可以自由地来回摆动。主张弦理论的物理学家认为，物质世界的许多特性可以用这些细线的震动和它们之间的相互作用方式来表示。