В современной физике известны четыре фундаментальных взаимодействия, определяющих поведение материи: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Гравитация управляет движением планет, звёзд и галактик. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, её действие связано с искривлением пространства-времени под влиянием массы и энергии. Электромагнитное взаимодействие отвечает за электричество, магнетизм, распространение света и химические связи. Сильное взаимодействие удерживает кварки внутри протонов и нейтронов, а его остаточное действие связывает частицы атомных ядер. Слабое взаимодействие участвует в радиоактивных распадах, превращениях элементарных частиц и термоядерных реакциях в недрах звёзд.

Долгое время эти взаимодействия рассматривались как независимые. Однако в XX веке физики обнаружили, что электромагнитное и слабое взаимодействия имеют общую природу. В 1960-х годах была разработана электрослабая теория, согласно которой при достаточно высоких энергиях оба взаимодействия описываются единой системой. По мере охлаждения ранней Вселенной электрослабая симметрия нарушилась благодаря взаимодействию частиц с полем Хиггса. Переносчики слабого взаимодействия — W- и Z-бозоны — приобрели массу, тогда как фотон остался безмассовым. Предсказания этой теории получили экспериментальное подтверждение после открытия W- и Z-бозонов в 1983 году, а обнаружение бозона Хиггса в 2012 году подтвердило существование соответствующего механизма.

Успех электрослабой теории заставил физиков задуматься о возможности объединения остальных взаимодействий. Согласно теориям Великого объединения, сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия при чрезвычайно высоких энергиях могли представлять собой проявления единого фундаментального взаимодействия. Некоторые модели предполагают, что подобные условия существовали в первые мгновения после Большого взрыва, когда энергия частиц достигала порядка 10¹⁶ ГэВ. Это примерно в триллион раз превышает энергии столкновений на Большом адронном коллайдере. Непосредственно проверить такие предположения современная экспериментальная физика пока не позволяет. Однако многие теории Великого объединения предсказывают существование новых тяжёлых частиц и крайне редких процессов, в том числе распада протона. В Стандартной модели протон считается стабильным, а его распад стал бы свидетельством существования физики за её пределами. Именно поэтому учёные продолжают искать следы подобных событий в огромных подземных детекторах. Пока ни одного достоверного случая распада протона зарегистрировано не было.

Ещё сложнее обстоит дело с гравитацией. Три остальных взаимодействия успешно описываются квантовой теорией поля, тогда как гравитация рассматривается общей теорией относительности как геометрическое свойство пространства-времени. Попытки построить согласованную квантовую теорию гравитации продолжаются уже несколько десятилетий. Среди рассматриваемых подходов — теория струн и петлевая квантовая гравитация, но ни один из них пока не получил решающего экспериментального подтверждения.

Возможно, при энергиях, существовавших в самые ранние моменты жизни Вселенной, все четыре взаимодействия действительно представляли собой единую физическую систему. Однако на сегодняшний день достоверно установлено лишь объединение электромагнитного и слабого взаимодействий. Существование более глубокой единой теории остаётся одной из крупнейших открытых проблем фундаментальной физики.