大量物質粒子產生的場可以疊加起來，得到在宏觀尺度上能被檢測到的場。正因為這些原因，它們首先獲得為之發展的理論：十七世紀牛頓的引力論，以及十九世紀馬克斯韋的電磁理論。牛頓理論在整個系統被賦以任何均勻的速度時保持不變，而馬克斯韋理論定義了一個優越的速度——光速，所以這兩種理論在本質上是相互矛盾的。人們最後發現，牛頓引力論必須被修正，使之和馬克斯韋理論的不變性相協調。愛因斯坦在1915年提出的廣義相對論達到了這種目的。

引力的廣義相對論和電磁力的馬克斯韋理論是所謂的經典理論。經典理論牽涉到至少在原則上可以測量到任意精度的連續變化的量。然而，當人們想用這種理論去建立原子的模型時產生了一個問題。人們發現，原子是由一個很小的帶正電荷的核以及圍繞它的帶負電荷的電子雲組成的。自然的假定是，電子繞著核公轉，正如地球繞著太陽公轉一樣。但是經典理論預言，電子會輻射電磁波。這些波會攜帶走能量，並因此使電子以螺旋軌道撞到核上去，導致原子坍縮。

量子力學的發現克服了上述的困難。它的發現無疑是本世紀理論物理的最偉大的成就。其基本假設是海森堡的不確定性原理，它是講某些物理量的對，譬如講一顆粒子的位置和動量不能同時以無限的精度被測量。在原子的情形下，這表明處於最低能態的電子不能靜止地呆在核上。這是因為在這種情形下，其位置是精確定義的（在核上），而且它的速度也被精確地定義（為零）。相反的，不管是位置還是速度都必須圍繞著核以某種機率分佈抹平開來。因為電子在這種狀態下沒有更低能量的狀態可供躍遷，所以它不能以電磁波的形式輻射出能量。

在本世紀的二十年代和三十年代，量子力學被極其成功地應用到諸如原子和分子的只具有有限自由度的系統中。但是，當人們嘗試將它應用到電磁場時引起了困難，電磁場具有無限數目的自由度，粗略地講，時空的每一點都具有兩個自由度。這些自由度可被認為是一個諧振子，每個諧振子具有各自的位置和動量。因為諧振子不能有精確定義的位置和動量，所以不能處於靜止狀態。相反的，每個諧振子都具有所謂零點起伏和零點能的某一最小的量。所有這些無限數目的自由度的能量會使電子的表觀質量和電荷變成無窮大。

在本世紀四十年代晚期，人們發展了一種所謂的重正化步驟用來克服這個困難。其步驟是相當任意地扣除某個無限的量，使之留下有限的餘量。在電磁場的情形，必須對電子的質量和電荷分別作這類無限扣除。這類重正化步驟在概念上或數學上從未有過堅實的基礎，但是在實際中卻相當成功。它最大的成功是預言了氫原子某些光譜線的一種微小位移，這被稱為藍姆位移。然而，由於它對於被無限扣除後餘下的有限的值從未做出過任何預言，所以從試圖建立一個完整理論的觀點看，它不是非常令人滿意的。這樣，我們就必須退回到人擇原理去解釋為何電子具有它所具有的質量和電荷。

在本世紀五十年代和六十年代，人們普遍相信，弱的和強的核力不是可重正化的，也就是說，它們需要進行無限數目的無限扣除才能使之有限。這樣就遺留下無限個理論不能確定的有限餘量。因為人們水遠不能測量所有這些無限個參量，所以這樣的一種理論沒有預言能力。然而，1971年傑拉德·特符夫特證明了電磁和弱相互作用的一個統一模型的確是可重正化的，只要做有限個無限扣除。這個模型是早先由阿伯達斯·薩拉姆和史蒂芬·溫伯格提出的。在薩拉姆——溫伯格理論中，光子這個攜帶電磁相互作用的自旋為1的粒子和三種其他的自旋為1的稱為W＋，W…和Z°的夥伴相聯合。人們預言，所有這四種粒子在非常高的能量下的行為都非常相似。然而，在更低的能量下人們用所謂的自發對稱破缺來解釋如下事實，光子具有零靜質量，而W＋、W…和Z°都具有大質量。該理論在低能下的預言和觀測符合得十分好，這導致瑞典科學院在1979年把諾貝爾物理獎頒給薩拉姆、溫伯格和謝爾登·格拉肖。格拉肖也建立了類似的理論。然而，因為我們還沒有足夠高能量的粒子加速器，它能在由光子攜帶的電磁力以及由W＋、W…和Z°攜帶的弱力真正發生相互統一的範疇內檢驗理論，所以正如格拉肖自己評論的，諾貝爾委員會這次實際上冒了相當大的風險。人們在幾年之內就會擁有足夠強大的加速器，而大多數物理學家堅信，他們會證實薩拉姆——溫伯格理論＇10＇。

＇10＇作者注：事實上，1983年人們在日內瓦的歐洲核子中心觀測到W和Z粒子