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布隆斯坦的工作被遗忘了，多数物理学家回头去研究量子场论。我在第四章说过，QED直到20世纪40年代末才发展起来。这一成功激发了一些人重新担负起统一引力和量子论的挑战。于是立刻形成两个对立的阵营。一个随布隆斯坦，重视广义相对论的背景独立性；另一个忽略背景独立性，走海森伯和泡利的路线，将量子论用于在固定背景下运动的引力波。
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因为背景独立性是广义相对论的一个原理，将它融人与量子论的统一应该是合理的。但结果表明，事情并不那么简单。有些人——如英国物理学家狄拉克（P.A.M.Dirac）和德国人贝格曼（Peter Bergman，曾在普林斯顿做爱因斯坦的助手，从而开始了学术生涯）——确实尝试过构造一个背景独立的量子引力理论。他们发现那真是一项艰巨的任务。直到80年代中期，这些努力才有了一点成果。不过那时以来，以背景独立观点来认识量子引力已经有了很多进步。多数量子引力的理论家在以不同的背景独立方法进行研究。这些事情我们后面还要讲，因为它们是弦理论的最重要替代者。
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但是，当人们在50年代开始走上量子引力路线时，这些前景还没显露一丝迹象。与QED的大踏步前进比起来，背景独立方法取得的有限进展就显得微不足道了。于是，从80年代末以前，多数人都选择了别的路线，试图将QED方法用于广义相对论。这大概是可以理解的。QED建立之后，人们对背景相关的量子理论有了很多认识，但没人知道背景独立的量子理论（假如有的话）像什么样子。
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这是引向弦理论的路线，所以我们需要认真追溯。因为理论在30年代就被人遗忘了，所以还要重新发现。后来，引力子理论在德维特（Bryce DeWitt）的博士论文里重新出现了，40年代他是施温格在哈佛的学生。因为德维特的这个成果和许多其他发现，我们认为他是量子引力理论的奠基者之一。
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可我们前面讲过，引力子理论还不够。如果引力子仅仅在空间运动，引力子理论是很好的。但如果引力子真的只是那样，就没有引力了，当然也就没有动力学的或弯曲的几何。所以，这不是广义相对论或引力与量子理论的统一。50年代初，当人们又开始研究它们的相互作用时，引力子理论的问题再次出现。从此以后直到80年代，人们为了消除与量子理论原理的矛盾，在引力子的自作用问题上做了大量工作。结果没有一个成功的。
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也许我们应该停下来，想想这在我们的生活中会意味着什么。我们谈了30多年的艰苦劳作，进行了大量复杂的计算。想象一下，假如你整天计算自己的个人所得税，算了一个星期，还不能得到正确的结果，那一定是哪儿出了问题，只是你没发现它。假如你这样过了一个月，你还会让它延续一年吗？那么，假如过了20年呢？再假如周围好几十个人，有朋友，也有对手，都这样过日子，情况会怎样？他们都有自己的生活策略，每个策略到头来都失败了。但是，尝试一个略微不同的方法，或者将两种方法结合起来，也许你能成功。你每年参加一两个国际会议，你把新策略告诉其他疑惑的人。这就是1984年前的量子引力领域的状况。
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费曼是第一个攻击这种引力子理论的人。当然应该攻击。他在QED做过那么好的工作，为什么不把同样的方法用于量子引力呢？60年代初，他离开了粒子物理学，花了几个月的时间来看自己是否能把引力量子化。为了让大家真切感受量子引力那时是怎样的一潭死水，我们来看费曼1962年给妻子的一封信，谈的是在华沙举行的一次会议，他在会上还做了报告：
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我没从会上得到任何东西，什么也没学到。因为这个领域没有实验，一点儿也不活跃，几乎没有最优秀人物做那些事情。结果来了一大群笨蛋……这对我的血压没好处。记得提醒我，以后不要参加任何引力会议！33
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不过，费曼还是取得了很好的进展，澄清了与概率（0和l之间的数）有关的一个技术问题。任何肯定发生的事件，我们说它有概率1。所以，任何所有事件发生的概率为l。在费曼之前，没人能使量子引力的各种事件发生的概率总和为1。实际上，费曼只是在1阶近似下计算了概率之和；几年后，德维特指出了如何将其推广到任意阶的情形。大约1年后，两个俄罗斯人，法德耶夫（Ludwig Dmitrievich Faddeev）和波波夫（Victor Nicolaevich Popov）也发现了这一点。他们不可能知道德维特的工作，因为杂志把他的文章寄给了一个专家评审，而审稿人用了一年多的时间才看完。就这样，人们在一点点地解决问题——但即使概率总和等于1，引力子理论在总体上还是不能运行。
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这项工作带来一些副产品。同样的方法可以用于标准模型赖以建立的杨-米尔斯理论。于是，当温伯格和萨拉姆用这些理论来统一弱力和电磁力时，计算的技术已经具备了。结果比量子引力的好。荷兰理论家特胡夫特（Cerardt Hooft）最终在1971年证明，杨-米尔斯理论作为量子理论是恰到好处的。实际上，特胡夫特和以前的人一样，是为量子引力热身而研究杨-米尔斯理论的。所以，30年的量子引力研究也不完全是浪费，它至少能使我们更聪明地做粒子物理学。
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但没有谁能救量子引力。人们尝试过所有的近似方法。因为粒子物理学的标准模型是有效的，许多方法就是为了探究其不同特征才发展起来的。这些方法一个个都用到量子引力问题，但每一个都失败了。不管怎样组织引力波的量子理论，只要考虑了它们相互作用的事实，就会产生无穷大量。不管怎么处理，那些无穷大都不会消除。尽管又经过了多年，发表了更多的文章，出现了更多的博士，举行了更多的学术会议，情况依然如故。到1974年，人们终于明白了，用背景相关方法来结合广义相对论与量子理论是没有意义的。
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然而，背景相关方法确实可以做一件事情。原先是为了认识量子理论对引力波的影响而将引力量子化，现在我们可以把问题反过来，看引力对量子现象会有什么影响。为此，我们可以研究量子粒子在引力作用下的时空（如黑洞或膨胀的宇宙）中的运动。自20世纪60年代以来，这方面取得了很多进展。这是一个重要方向，因为有的发现引出了后来的方法（如弦理论）需要解决的疑难。
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第一个成功是预言了在引力场迅速变化时会生成基本粒子。这个思想可以用于迅速膨胀的早期宇宙，引出了我们今天熟悉的关于早期宇宙的预言。
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这些计算的成功激发了个别物理学家去尝试研究更难的问题，即黑洞对量子粒子和场的影响。这儿的问题在于，虽然黑洞占据着一个急剧演化的时空区域，那个区域却隐藏在视界后面。所谓视界是光线静止的一个叶面，它标志着在那个界线内部的所有光线都会被拉向黑洞的中心。于是，没有光线能从视界背后跑出来。从视界外面看，黑洞是静止的，但一旦进入视界，那个区域的事物就被拉向越来越强大的引力场。它们终结于一个奇点，那里的事物都是无穷，那里的时间停止了。
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联系量子论与黑洞的第一个关键结果是贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）在1973年发现的，这个以色列小伙子是惠勒（John Archibald Wheeler）在普林斯顿的研究生。他惊讶地发现黑洞有熵。熵是无序的度量，有个著名的定律（热力学第二定律）说，封闭系统的熵永远不会减小。贝肯斯坦担心的是，假如他拿一个充满热气体的盒子——它会有很高的熵，因为气体分子的运动是随机和无序的——将它扔进黑洞，则气体再也回不来了，于是宇宙的熵将减小。为了挽救第二定律，贝肯斯坦假定，黑洞本身应该有熵，当气体盒子扔进去时，它的熵会增大，这样整个宇宙的熵才不会减小。他通过几个简单的例子就发现了黑洞的熵必然正比于包围它的视界的面积。
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这引出一个问题。熵是随机性的度量，而随机运动是热的。难道说黑洞也有温度？一年后，1974年，霍金才证明黑洞实际上肯定是有温度的。他还确立了黑洞视界面积与熵之间的精确比例关系。
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霍金还预言了黑洞温度的另一方面特征，对我们后面的讨论很重要，即黑洞温度与其质量成反比。这意味着黑洞行为和普通物体不同。对大多数事物来说，为了将其加热，需要输入能量，“为火焰添加燃料”。黑洞行为正好相反，给它添加能量或质量，可以使它更大，但也使它变冷了。34
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从此，引力的量子论的每一次努力都要面对这个奇妙的挑战：如何根据第一原理解释黑洞的熵和温度？贝肯斯坦和霍金把黑洞看作量子粒子在其中运动的经典的固定背景，然后基于与已知定律的一致性而进行论证。他们没有把黑洞描述成一个量子力学体系，因为那只能在时空的量子理论下才能做到。因此，任何引力的量子理论的问题就是要让我们对贝肯斯坦熵和霍金温度有更深刻的认识。
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第二年，霍金发现那些结论还有一点疑惑。因为黑洞有温度就会像任何热体一样产生辐射。但辐射会从黑洞带走能量。只要有足够的时间，黑洞的所有物质都将转化为辐射。当黑洞失去能量时，质量会减小。而根据刚才描述的性质，它失去质量会加热，所以黑洞会辐射得越来越快。到过程的最后，黑洞收缩到普朗克质量，因而需要引力的量子理论来预言它的最终命运。
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但不管最终命运如何，关于信息的命运似乎都是一个难题。在黑洞的一生中，会吸收大量的携带着大量内在信息的物质。可最后留下的只不过是一个小黑洞和大量的随机而不带任何信息的热辐射。难道信息就这样消失了吗？
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这是一个量子引力问题，因为量子力学中有个定律说信息不会丢失。世界的量子描述被认为是精确的，这隐含着一个结论：当所有细节都考虑时，没有信息可以丢失。霍金做了很强的论证，说明蒸发的黑洞会丢失信息。这看来与量子理论矛盾，所以他说自己的论证是黑洞信息悖论。任何可能的引力的量子理论都需要解决它。
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20世纪70年代的这些发现是通向引力的量子理论的里程碑。从那时起，我们要度量一个量子引力方法的成功，就看它在多大程度上回答了黑洞熵、温度和信息丢失等疑难问题。
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大约这时候，人们终于提出一个有用（至少用过一时）的量子引力思想。它涉及将超对称的思想用于引力，结果就是超引力。
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我听过这个新理论的一次早期讲座。那是1975年在辛辛那提召开的一个广义相对论的会议。那时我还只是汉普郡学院的大学生，但还是去了，就想看看人们在想些什么。我还记得芝加哥大学格罗赫（Robert Geroch）的几个精彩演讲，他当时是这个领域的一颗明星，专门研究无限空间的数学。他那美妙的论证赢得了满堂喝彩。接着，会议结束时，一个叫彼德·范·纽文惠增（Peter van Nieuwenhuizen）的年轻博士后做了演讲。他开始就说要介绍一个崭新的引力理论，吸引了我的全部注意力。
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彼德说他的新理论以超对称（当时是统一玻色子与费米子的一种新思想）为基础。从引力波的量子化我们得到叫引力子的粒子，它们就是一种玻色子。但是对具有超对称的系统来说，它必须既是玻色子也是费米子。广义相对论没有费米子，新的费米子必须假定为引力子的超伙伴。“超引力子”不好听，所以改称它们为“引力微子”。
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