什么是大统一场论？是谁首先提出的？
然而，曾经有一段时间，这种简单的状态被大自然探索过。那时候宇宙还没有在大爆炸中诞生一秒钟。当时的温度高达1027度，正好是探索原始原始状态所需的能量。这一时期物理学家称之为大统一时代，因为当时的物理学被基本力大统一理论的过程所主导。我们在第三章提到的至关重要的非平衡就是在那个时候建立的，有了那种非平衡，物质就比反物质多一点。后来随着宇宙的冷却，原来的统一力也分成了三种不同的力——电磁力、弱力和强力。这些力就是我们在相对冷却的宇宙中看到的。
今天的复杂物理是由最初的大爆炸火焰的简单物理冷却形成的。这景色很奇妙，很吸引人。自然界的终极原理，也就是惠勒的“闪光的中枢机制”，因为能量不足，我们很难看到。如果人们追溯到大一统时代之前的那些时期，赶上更接近时间开端、温度更高的地方，就能发现超重力。超引力所代表的是存在的开始，在那里时间和空间与基本力融为一体。大多数物理学家认为，时空的概念在超重力时代是不能用的。事实上，有迹象表明，时间和空间也应该被视为两种场，它们本身就是由几何元素组成的原汤“冷却”的。所以，在这个超重力的时代，自然的四种力量是混沌的，是一体的，而时空还没有成为一个形象。那时候的宇宙只是一堆超简单的成分，是某些神用来创造时间、空间和物质的原料。
这一章描述了物理学中基本力研究的最新进展。这些进步使人们从一个新的角度看待自然。这种观点的影响正在物理学家和天文学家中迅速扩大。现在，人们已经开始把宇宙看作是简单事物冷却后产生的复杂事物，而不是像一个看不见的海洋冻成了姿态各异的浮冰。科学家们有一种感觉，宇宙学的研究主题和人们对物质中基本力的研究正在提供对宇宙的统一描述。在这种描述中，物质的微观结构与宇宙的整体结构密切相关，两种结构都以微妙而复杂的方式影响着彼此的发展。
本章所描述的物理学中的一系列成功无疑代表了以还原论为基础的现代物理学思想的一次胜利。物理学家试图将物质简化成它的最终组成部分——轻子、夸克、信使粒子——这样他们就能对这一基本定律有所了解。就是那个基本定律控制了形成物质结构和行为的力量，可以解释宇宙的很多基本特征。
然而，追求以这种方式感受到的某种终极真理是不够的。正如我们在前面几章中所看到的，还原论无法解释许多具有整体性特征的明显现象。比如，我们不能用夸克来理解意识、活细胞甚至龙卷风等无生命系统。不然会有笑话。
到目前为止，本章使用的语言在很大程度上没有传达物理学家心目中的物质结构概念。当一个物理学家说质子是由夸克“组成”的时候，他并不是这个意思。例如，当我们说一个动物是由细胞组成的，或者一个图书馆是由书籍组成的，我们的意思是我们可以从那个更大的系统中取出一个细胞或一本书，或者任何东西进行孤立的研究。但是夸克不是这样的。据我们所知，真正把质子拆开拿出夸克是不可能的。
然而，拆卸有着辉煌的历史。拆卸原子现在是司空见惯的事；很难敲开原子核，但在高能的冲击下也会分裂。这可能意味着用高速粒子轰击质子或中子会把它们压成夸克。然而，实际情况并非如此。一个微小的高速电子将穿过质子内部，并猛烈地反弹其中一个夸克，从而使我们确信质子内部的某个地方存在夸克。但是，如果撞击质子的不是一个小电子，而是一把大锤，也就是另一个质子，那么我们在质子的碎片中就不会看到夸克，而只会看到更多的强子(质子、介子等。).换句话说，夸克从来不会孤立出现。大自然似乎只允许夸克作为一个群体出现，总是两三个在一起。
所以当物理学家说质子是由夸克组成的时候，他并不是说这些神秘的夸克可以单独出现。他只是指一个描述性的层次，比质子层次更基础。支配夸克的数学定律比支配质子的更简单、更基本。从某种意义上说，质子是合成的，而不是基本的；但是从夸克合成质子和在图书馆合成书是不一样的。
当我们把量子因素考虑进去时，正如我们在第八章所看到的，理解物质的基本结构就更加困难了。这是因为没有一个亚原子粒子(无论是夸克还是其他基本粒子)是真正的粒子。事实上，亚原子粒子甚至可能不是“东西”。这让我们再一次认识到，所谓物质是某某粒子集合的描述，实际上必须算是数学确定的一个描述层面。物理学家只有通过抽象的高等数学才能准确描述物质的结构，人们只有认识到这一背景，才能理解还原论的真正含义。
海森堡测不准原理的一个方面很好地说明了量子因子给“什么是由什么构成的”的研究带来的困难。但这种二元性不是波与粒子之间，也不是运动与位置之间，而是能量与时间之间。能量和时间这两个概念是一种神秘而对立的关系:你知道一个却不知道另一个。因此，即使在短时间内观察到一个系统，其能量也可能有很大的波动。在日常生活中，能量总是守恒的。能量守恒是经典物理学的基石。但在量子微观世界中，能量可能会不知从哪里冒出来，或者以一种自发的、不可预测的方式消失。
当考虑爱因斯坦著名的公式E=mc2时，量子能量的涨落就变成了一个复杂的结构。爱因斯坦公式说能量和质量相等，或者说能量可以创造物质。这在前面几章已经讨论过了。然而，那些章节中提到的能量来自外部。在这里，我们想讨论在没有外部能量输入的情况下，如何从量子能量的涨落中创造出物质粒子。海森堡的原理很像一个能量银行。能量可以短期借用，只要归还得快。借款期限越短，可借金额越大。
比如微观世界，一次突然的能量波动，可能会让一对正负电子在短时间内出现又消失。这对正负电子的短暂存在，是靠海森堡式的借贷维持的。它的存在时间从来不会超过1/1021秒。但是无数个这样忽明忽暗的幽灵粒子的累积效果，给了空旷的空间某种被转化的质感，虽然是一种模糊的不真实的质感。亚原子粒子必须在这个不断运动的海洋中游动。不仅是电子和正电子，还有质子和反质子，中子和反粒子，介子和反粒子。简而言之，自然界所有的粒子都是如此的湍流。
从量子的角度来看，电子不仅仅是电子。能量变化的模式在它周围闪现，不知道什么时候突然导致了光子、质子、介子甚至其他电子的出现。总之，亚原子世界的一切都附着在电子上，比如电子披上了一件看不见摸不着的外衣，或者一群蜜蜂像幽灵一样围着中间的蜂巢嗡嗡叫，形成了蜂巢的掩护。当两个电子相互靠近时，它们的覆盖层也纠缠在一起，于是发生了相互作用。所谓的盖，不过是之前被认为是力场的量子化表达。
我们永远无法把电子和它们携带的幽灵粒子分开。当有人问“什么是电子”时，我们不能说电子就是那么小的粒子；我们必须说，电子是不可分割的一整串东西，包括与之产生力的鬼粒子。而说到内部结构的强子，就更加模糊不清，难以分辨了。一个质子不知何故总是携带夸克，而夸克是由胶子连接的。这里还有一个怪圈:力是由粒子产生的，产生的力产生力。
对于光子这样的粒子来说，这个怪圈意味着光子可以表现出很多不同的面貌。通过借用能量，可以暂时变成电子-正电子对或者质子-质子对。已经进行了实验来观察光子如何变成正负电子对或正负质子对。然而，人们再次发现，不可能从这种复杂的变化中分离出“纯”光子。
我们会看到，物质的本质在其量子论中带有强烈的整体论味道:对物质不同层次的描述是相互联系的，一切都是由其他一切组成的，但一切同时又表现出结构的层次顺序。正是在这种无所不包的整体性中，物理学家追求物质的终极构成和终极统一的力。