量子理论
如果广义相对论是现代物理学的两个支柱之一，那么量子理论是现代物理学的另一个支柱，作为我们理解基本粒子和凝聚物理的基本理论。然而，如何将量子理论中的概念应用到广义相对论的框架中仍然是一个未解决的问题。
量子场论
量子场理论作为现代物理学中粒子物理学的基础，通常是基于平坦的闵可夫斯基时空，这对地球等弱引力场中的微粒的描述非常相似。在某些情况下，重力场的强度足以影响量子物质，但不足以要求重力场本身被量子化。因此，物理学家在弯曲的时间和空间中发展了量子场理论。借助经典的广义相对论，这些理论描述了弯曲的背景时空，并定义了广义弯曲时空中的量子场理论。通过这一理论，可以证明黑洞也通过黑体辐射释放粒子，即霍金辐射，黑洞最终可能通过这种机制蒸发。霍金辐射在黑洞热力学研究中起着关键作用。
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量子引力
物质量子描述与时空几何描述不相容，广义相对论中时空曲率无限高（意味着其结构成为微观尺度）的奇点需要建立一个完整的量子引力理论。这一理论需要能够充分描述黑洞内部和早期宇宙的情况，而重力和相关的时空几何需要用量子语言来描述。虽然物理学家为此做出了很多努力，并且发展了许多潜在的候选理论，但人类还没有得到一个完整和自洽的量子引力理论。
量子场论作为粒子物理的基础，可以描述除重力外的其他三种基本相互作用，但试图将重力概括为量子场论框架的尝试遇到了严重的问题。这种尝试在低能区取得了成功，结果是一种可接受的重力有效(量子)场理论，但在高能区获得的模型是发散的(不可重组的)。
一个简单的自旋网络在圈量子引力中
试图克服这些限制的尝试性理论之一是弦理论，它研究的最基本的单位不再是点粒子，而是一维弦。弦理论可能成为一个大统一的理论，可以描述所有粒子的基本相互作用，包括引力，其成本导致六维的额外维度和其他异常特征在三维空间的基础上。在所谓的第二次超弦理论创新中，人们猜测超弦理论，以及广义相对论和超对称的统一，即所谓的超重力，可以构成猜测的11维模型的一部分。该模型被称为M理论，被认为可以建立一个具有独特定义和自一致性的量子重力理论。
另一种尝试来自量子理论中的正则量子化方法。应用广义相对论的初始形式(见上文演化方程一节)，其结果是惠勒-德卫特方程(类似薛定谔方程)。虽然这个方程的定义在正常情况下并不完整，但在所谓的阿西特卡变量的引入下，从这个方程中可以得到一个非常有前途的模型：圆量子引力。在这一理论中，空间是一种网状结构，被称为自旋网络，并在离散时进化。
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当前进展
在引力和宇宙学的研究中，广义相对论已经成为一个高度成功的模型，到目前为止，它已经通过了每一个具有明确意义的观察和实验测试。然而，即便如此，仍有证据表明，这一理论并不完善：量子引力的追求和时空奇点的实际问题仍有待解决；支持暗物质和暗能量存在的数据结果也暗中呼吁建立新的物理学；先驱者观察到的异常效应可以用已知的理论来解释，这可能真的是新物理学的预测。然而，广义相对论仍然充满了探索的可能性：数学相对论学家正在寻求理解奇点的本质和爱因斯坦场方程的基本属性；更新的计算机正在进行更多的数值模拟，如黑洞合并；广义相对论的最后一个预测（引力波）已经被证实，人类已经探测到了引力波，对宇宙的理解将达到一个新的领域。在爱因斯坦发表他的理论90多年后，广义相对论仍然是一个高度活跃的研究领域。
广义相对论的量子理论是什么？ 目前的进展如何