Vor allem bei dem Versuch, die Phänomene der vierten Wechselwirkung, nämlich der Gravitation, und die Quantentheorie unter einen Hut zu bringen, stößt man an eine harte mathematische Grenze. Um sie zu überwinden, gibt es heute verschiedene Ansätze, vor allem die Stringtheorie und die Schleifen-Quantengravitation (Loop Quantum Gravity).
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Die Stringtheorie geht davon aus, dass sich alle Elementarteilchensorten – sowohl die Leptonen wie das Elektron als auch die Quarks, aus denen sich Protonen und Neutronen zusammensetzen – als unterschiedliche Anregungszustände einer einzigen Art von Objekten, den Strings, manifestieren. Diese Fäden schwingen wie Saiten einer Gitarre (daher auch der englische Name string) in einem Raum, der zehn oder elf Dimensionen hat.
Die Schleifen-Quantengravitation braucht diese Vieldimensionalität nicht. Sie bleibt in unseren gewohnten vier Dimensionen von Raum und Zeit, postuliert jedoch, dass diese nicht kontinuierlich sind, sondern aus Quanten (kleinsten, unteilbaren Einheiten) bestehen – eben den Loops oder Schleifen. In ihrer Bildsprache kann man sich die Welt vorstellen, als habe sie eine Gewebestruktur: Der Raum ist also nicht glatt wie eine Plastikfolie, sondern gerastert wie ein Frotteestoff. Das Gleiche gilt dann für die Zeit: Sie besteht aus kleinsten Zeitschritten, unter die eine weitere Auflösung nicht mehr möglich und auch nicht mehr sinnvoll ist.
