QED的預言已被實驗不斷地檢驗，並且人們發現其精確地契合了實驗的結果，但是QED所需要進行的數學計算十分困難。正如我們下麵看到的，問題在於當你對上麵粒子交換框架加上量子論的要求，即人們包括相互作用能發生的所有曆史，例如，所有力粒子能被交換的方式，其數學的關係就變得複雜了。幸運的是，費恩曼除了發現可擇曆史的概念，在前一章描述的考慮量子論的方法，還研究出解釋不同曆史的優雅的圖解方法，該方法在今天不僅應用於QED，更應用於所有的量子場論中。
費恩曼圖解方法提供一種摹想曆史求和中的每一項的方法。這些被稱為費恩曼圖的圖畫是現代物理中最重要的工具之一。
費恩曼圖不僅是想象和分類相互作用如何發生的一種優雅的方法，該圖還附有允許你從每個圖的線和頂點得出數學表達式的規則。例如，具有某給定初始動量的入射電子形成具有某個特別的最終動量飛離的概率，那是由對每一幅費恩曼圖的貢獻求和得到的。但正如我們之前所說，因為這些圖的數目是無限多，所以需要我們花費一些功夫，此外，盡管射入和射出的電子被賦予了確定的能量和動量，但在費恩曼圖內部的閉圈的粒子可具有任意的能量和動量，這一點是很重要的，因為在進行費恩曼求和時，我們不單要對所有的圖求和，而且還要對所有的那些能量和動量值進行求和。
費恩曼圖為物理學家在想象和計算由QED描述的過程的概率提供了巨大的幫助。然而，費恩曼圖不能治療QED理論患上的重要毛病，當我們把無數不同曆史上的貢獻疊加起來，就能夠得到無限的結果。（如果在一個無限求和中相繼的項減小得足夠快，和就可能是有限的，可惜，這裏的情況並非如此。）特別是，當把費恩曼圖加起來時，其答案似乎表明電子具有無限質量和電荷。這是十分荒謬的，因為我們能夠測量到質量和電荷，而它們則是有限的。為了處理這些無限，人們發展了一個被稱為重正化的步驟。
重正化的過程牽涉減掉一些量，這些量以這樣的方式被定義成無限的負的，注意數學細節，使得負無限大的值與理論中產生的正無限大的值的和幾乎完全對消，隻留下一個小餘量，即質量和電荷的有限的觀察值。這些操作可能聽起來有點兒像那使我們在中學的數學考試中不及格的東西，而重正化，就像我們聽起來的那樣，在數學上的確是可疑的。一個推論是這個方法得到的電子質量和電荷值可以是任意有限的值，其優點是物理學家可選擇負無限給出正確的答案，但缺點是不能從理論上預測出電子質量和電荷。但是，一旦我們使用了這種方法固定了電子的質量和電荷，就可以利用QED去做其他的許多非常精確的預言，所有這些預言都和觀測極其接近地一致，因此，重正化可以說是QED的一個重要組成部分。例如QED早期的一個勝利是正確地預言了所謂的蘭姆移動——這是在1947年發現的氫原子的一個態的能量的小小的改變。
QED中重正化的成功鼓舞了正在尋找描述其他3種自然力的量子場論的方法的人。然而，將自然力分成4種也許是人為的，並且是由於我們缺乏正確的理解所造成的，因此人們一直都在尋找一種萬物理論，它能夠將4類力統一到一種和量子論和諧的單獨的定律中。毫無疑問，這個命題將是物理學中的聖杯。
從弱力理論中得到統一是我們找尋到正確方法的一個線索。隻描述弱力自身的量子場論是不能重正化的，也就是說，它具有不能由減去有限個如質量和電荷的量來對消的無限。但是，阿伯達斯·薩拉姆和史蒂芬·溫伯格於1967年各自獨立地提出了一個相同理論，在該理論中把電磁力與弱力相統一，而且發現這個統一能解決無限的困難，這個統一的力被稱作弱電力，並且其理論可被重正化，而且它預言了分別叫做W+、W-和Z0的3個新粒子。早在1973年，在日內瓦的CERN中就發現了Z0的證據，而薩拉姆和溫伯格也因此在1979年獲得諾貝爾獎，盡管直到1983年的時候，W和Z粒子才被直接觀察到。
在被稱為QCD或者量子色動力學的理論中，強力自身可被重正化。按照QCD，質子、中子以及其他很多物質基本粒子是由誇克構成的。誇克具有物理學家同意稱之為顏色的奇妙性質（術語“色動力學”由此而來，盡管誇克的色僅僅為有用的標簽——和可見的顏色沒什麼關聯）。誇克以3種所謂的顏色——紅、綠和藍存在，此外，每一種誇克都存在著一個反粒子的夥伴，而那些粒子的顏色相應地就被叫做反紅、反綠和反藍，其思想是隻有不具有淨顏色的組合才能作為自由粒子存在。存在兩種得到這種中性誇克組合的方法。一種顏色和其反顏色抵消，因而誇克和反誇克形成一個無色的對，這是一種被稱為介子的不穩定粒子。此外，當所有3種顏色（或反顏色）混合，其結果就沒有淨顏色。3個誇克，每種顏色一個，形成叫做重子的穩定粒子，質子和中子是其中的粒子（而3個反誇克形成重子的反粒子）。質子和中子是構成原子核的重子，而且是宇宙中所有正常物質的基礎。
QCD中還有一個叫做漸近自由的性質，我們在第三章提到了它但沒有介紹它的名稱。漸近自由指的是當誇克們靠近在一起時，它們之間的強力就很小，但是如果它們離開很遠的話，強力則會增大，仿佛是用橡皮筋將它們連在一起似的。漸近自由可以很好地解釋為什麼我們在自然中從來沒有看到有孤立的誇克存在，同時也未能在實驗室中製造出它們。盡管我們不能觀察到單獨誇克，但因為它能如此成功地解釋質子、中子和其他物質的粒子，所以我們接受漸進自由這個模型。
在統一了弱力和電磁力之後，20世紀70年代的科學家們都尋找著一種將強力融入到這一個理論當中去的方法。存在一些將強力和弱力以及電磁力統一的所謂大統一理論，我們也將其說成GUT，但是這些理論中大多數都預言到，質子——構成原子的一種粒子應在平均10的32次方年後衰變，而現在的宇宙隻有10的10次方年那麼老，因此質子的壽命是非常長的。在量子物理學中，當我們說到一個粒子的平均壽命為1032年，我們不是指大多數的粒子的壽命都近似1032年，隻是有些粒子更長一些，有些粒子更短一些。相反地，我們的真正意思是，每年，每個粒子都有10~32的衰變可能性。因此隻要我們能夠一直盯著一個容納著1032個質子的大容器幾年的話，那麼我們就應當能夠看到一些質子的衰變。由於1000噸的水中就包含1032個質子，所以建造出這樣的大容器其實並不是很困難。有的科學家進行過這樣實驗，但在實驗中途才發現、檢測出衰減，並將它和持續地從太空向我們撒來的宇宙線引起的其他事件區分開來，以我們現在的水準來說決不是一件簡單的事情。因此為了盡可能減小外界的幹擾，這種實驗必須要在地下深處進行，例如在日本的一座山下深3281英尺的神岡莊開煉礦公司的礦中進行，它可以有效防禦一些宇宙線。研究者根據於2009年得到的觀測結果得出結論，如果質子真的衰變的話，其壽命比1034年還長，這對於大統一理論來說顯然是個壞消息。
由於更早的觀測證據也都不能支持GUT，大多數物理學家采納了一種被稱為標準模型的特別的理論，它包含著弱電力的統一理論和作為強力理論的QCD。然而在標準模型中，弱電力和強力是分別在產生作用，而並沒有真正意義上的統一起來。標準模型雖然非常成功，並且也能和所有現在的觀測證據相符合，但是除了沒有將弱電力和強力真正統一外，它也沒有納入引力的概念，所以終究也是不能讓人滿意的。
將強力和電磁力以及弱力融合在一起或許已經被無數的人證明是困難的，但同樣地，將引力與其他3種力合並，甚至說同創立一個獨立的量子引力論相比，那可謂是真正的小菜一碟。創立量子引力論被證明如此困難的原因與我們曾在第四章討論過的海森伯原理有關。考慮到這個原理，結果是場的值與它的變化率起著和粒子位置與速度同樣的作用，這點是不明顯的。也就是說，其中一個越精確，則另一個隻能是越不精確。而海森伯原理重要的推論之一是，不存在像空虛的空間這類東西，那是因為空虛的空間意味著無論是場值還是它的變化率都精確地為零。（如果場的變化率不為零，則空間不會保持空虛。）由於不確定性原理不允許場和變化率都是準確的，因此空間永遠不可能真正的空虛，但是它可以擁有一個最低能量的狀態，我們稱之為真空，當然，這個態遭受著所謂的量子顫抖，換句話說，即真空漲落——粒子和場不停出現和消失。
我們可以將真空漲落認為是許多的粒子對在某一時間一起出現，相互離開，然而又重新回到一起，並且最終相互湮沒。按照費恩曼圖，它們對應於閉合的圈，這些粒子被稱為虛粒子。和實粒子不同，不能用粒子探測器直接觀察到虛粒子。然而，它們的間接效應，諸如在電子軌道上的能量的小改變可被測量到，並和理論預言一致到驚人的準確程度，問題是虛粒子具有能量，而且因為存在無限數目的虛粒子對，它們就會擁有無限的能量。根據廣義相對論，這意味著它們會將宇宙彎曲到無限小的尺度，但是這顯然並沒有發生。
這個無限的困難類似於強力、弱力和電磁力理論中產生的問題，在引力的費恩曼圖中的閉圈不能被重正化吸收掉，因為在廣義相對論中沒有足夠多的重正化參數（諸如質量和電荷的值）去消除從理論來的所有量子無限。因此，我們留下了一個引力理論，它預言某些量，諸如時空曲率是無限的，這個理論無法開動一個可居住的宇宙，那意味著，獲得一個切合實際的理論的僅有可能性是不求助於重正化，所有的無限就被某種辦法對消掉了。
1976年，人們對這個問題找到了一個可能的解決辦法，它被稱作超引力。加上這個前綴“超”，不是因為物理學家認為這個量子引力論可能真的行得通，這一點是“超級的”。超”僅僅是指理論擁有的稱為超對稱的一種對稱。
在物理學中，如果一個係統的性質在例如空間中旋轉或取其鏡像的某種變換下能夠不受到影響，則稱它擁有著對稱。例如，如果你把一個甜麵包圈翻過來，它顯得完全不同（除非它上部擁有著足夠多的巧克力，當然，在這種情景下，最好的選擇就是吃掉它）。超對稱是一種更微妙的對稱，與通常空間的變換無關聯。超對稱的一個重要含義是力粒子和物質粒子，因為力和物質在事實上隻是同樣東西的不同的兩麵罷了。實際地講，那意味著每個物質粒子，例如誇克應該具有一個力粒子的夥伴粒子，而每個力粒子，例如光子應該具有一個物質粒子的夥伴粒子，因為人們發現從力粒子閉圈引起的無限是正的，而從物質粒子閉圈引起的無限是負的，這樣在理論中致使從力粒子和它們夥伴物質粒子引起的無限抵消掉，所以超對稱具有解決無限的問題的可能性。可惜的是，需要找出在超引力中是否存在任何留下的未被對消的無限的計算實在是冗長和困難，並且可能發生種種不可預知的錯誤，進而使得沒人準備著手進行這項計算。但盡管缺乏實際的支撐，絕大多數的物理學家仍然相信超引力可能就是把引力和其他力統一的問題的正確答案。
也許會有人認為檢查超對稱的成立是件挺容易的事——無非就是檢查存在粒子的性質，並且看它們是否能夠配對。這樣的夥伴粒子至今沒有被觀察到。但是，物理學家做過的各種計算表明，對應於我們觀察到的粒子的夥伴粒子的質量至少應該是質子的1000倍那麼重，因為這種粒子太重了，以至於迄今我們在任何實驗中都沒有看到它們的身影，但位於日內瓦的大型強子碰撞機中有望最終創生出這樣的粒子。
超對稱的思想是創造超引力的關鍵，但此概念實際起源於多年前研究所謂弦論的理論雛形的理論家們。根據弦論，粒子不是點，而是隻具有長度，沒有高度或寬度的像無限細的一段弦的振動模式。弦論也導致無限，但人們相信，在合適的版本中，這種無限將被對消掉。它們還有另外不尋常的特征：隻有在時空為十維而不是通常的四維時，它們才是協調的。十維也許聽起來激動人心，但是你若忘記在何處泊車，它們就會引起真正的問題。如果這些額外的維度真實存在的話，為什麼我們都沒有覺察到呢？根據弦論，它們被蜷縮成非常小尺度的空間。為了描述這個，想象一個二維的平麵，因為我們需要兩個數（例如水平坐標和垂直坐標）去定位平麵上的任何點，所以稱平麵是兩維的。另一個兩維的空間是麥秸的表麵，為了在這個空間中給一點定位，你要知道這一點位於沿著麥秸長度的何處，還需要知道它位於圓周維度的何處。但是如果麥秸非常細的話，那麼我們隻要用沿著麥秸長度的坐標就能夠得到近似得非常好的位置，這樣我們就可以不考慮圓周的維度。而如果麥秸在直徑是一億億億億億（1後加40個0）分之一百英寸，我們也就根本不會覺察到圓周的維度，這就是弦理論家所擁有的額外維的圖像——這些額外維在小至我們看不見的尺度上都是高度彎曲或蜷曲的。在弦論中，額外維被卷曲成所謂的內空間，這是相對於我們日常生活中所經驗到的三維空間。就如我們將要看到的，這些內部狀態不隻是毫無聲息的隱藏的維度，它們還具有重要的物理意義。
弦論除了維數的問題，還受另一個令人困惑的問題的折磨：似乎至少存在5種理論以及幾百萬種額外維蜷縮的方式，對於那些提倡弦論是萬物的唯一理論的人而言，這是一個非常令人感到困窘的可能性。所以在後來，大約是1994年的時候，人們開始發現了對偶性——不同的弦論以及不同的蜷縮額外維的方式是描寫四維中的同樣現象的全然不同的方式。除此之外，人們還發現超引力也以這種方式和其他理論相互關聯。弦理論家們現在都堅信，5種弦理論和超引力隻是一個更基本理論的不同近似，各自在不同的情形下成立。
正如我們早先提到的，那個更基本的理論被稱為M理論。似乎無人知道“M”代表什麼，可能代表的有“主要”、“奇跡”或者“神秘”，它似乎是所有這三者的和。現在人們仍然在努力去釋明M理論的性質，但那也許是不可能實現的。在傳統上，物理學家期望自然有一個單獨理論，這難以獲得支持，同時也不會存在一個單獨的表述。我們想要描述宇宙的話，也許隻能在不同的情形下應用著不同的理論，每一種理論都會擁有它自己的關於實在的版本，但是根據依賴模型的實在論，每逢這些理論交疊，也就是它們都能適用之處，隻要它們的預言一致，那就可以被人們接受。
不管M理論是作為一個單獨的表述，還是隻當做一個網絡而存在著，我們的確知道關於它的一些性質。首先，M理論具有十一維時空，而不是傳統十維時空。弦理論家早就懷疑，十維的預言也許必須調整，而根據最近的研究結果也顯示，一維的確被人們所忽略了。此外，M理論不僅包含有振動的弦，還包含著點粒子、二維膜、三維塊，以及其他的我們更難想象的占據直至九維的更多空間維度的其他物體，這些物體被稱為p膜（這兒p從0到9）。
那麼那些蜷縮成極小維度的大量方式又是怎麼一回事呢？在M理論中，那些額外的空間維度都不能以任意方式蜷縮。該理論的數學性質限製內空間維度能被蜷縮的方式。內空間的準確形狀不僅確定物理常數的值，比如電子的電荷，還確定了基本粒子之間的相互作用。換句話說，它確定著自然的表觀定律。我們說“表觀”是因為我們說的定律是指在我們的宇宙中觀測到的4種力的定律以及諸如那些表征基本粒子的質量和電荷之類的參數，但是更為基本的定律則是M理論中的那些定律。
因此，M理論的定律允許擁有不同表觀定律的不同宇宙，表觀定律按照內空間如何蜷縮而確定。M理論具有允許許多，也許多達10500的不同內空間的解，這意味著它允許10500個不同宇宙各自具有自己的定律。為了體會這個數字有多大，可以這樣考慮：如果某種生物隻用1毫秒就能分析那些宇宙中的每一個預言的定律，並且從大爆炸時就開始進行，至今那個生物才研究了其中的1020個，而這還是在連喝咖啡的時間都不曾有的情形之下。
早在幾個世紀之前，牛頓就已經證明了，數學方程能夠對物體相互作用做出令人驚訝的準確描述，無論是在地球之中還是在天穹之外。科學家們由此而相信，如果我們知道正確的理論並擁有足夠的計算能力，那麼我們便能夠預見整個宇宙。由於後來出現了量子不確定性、彎曲空間、誇克、弦以及額外維等理論，他們工作的最後結果是10500個宇宙，都各自擁有不同的定律，其中隻有一個對應於我們所知道的宇宙。物理學家原先是希望能夠創造出一個單獨的理論，把我們宇宙的表觀定律解釋成一些簡單的假設的唯一可能的結果，現在這種希望也許必須被拋棄。那我們應該怎麼辦？如果M理論允許10500族的表觀定律，那我們為何會落到現在這個宇宙並擁有如此之多我們可見到的定律？而其他的那些可能的世界又會是怎樣的呢？