许多人一定对这样一个故事耳熟能详：坐在树下的艾萨克·牛顿猛地被掉下来的苹果打中了头，于是他认为一定有引力存在。当然，事物的发展要复杂得多。实际上，伽利略早就开展了这方面的工作。他发现两个大小、重量不同的物体，比如苹果和西瓜，当从同一高度使它们同时下落时，它们将同时到达地面。伽利略用了数年的时间进行这方面的研究，得到了落体定律，并于1638年发表在他的《对话》一书中。4年后，牛顿出生了。
然而，牛顿注定要走得更远。1665年，23岁的牛顿从剑桥大学毕业了。当时，英国的城市里正流行黑死病，于是牛顿回到了家乡林肯希尔。在那里他度过了两年的黄金时光，取得了丰硕的成果。现在看来，这些成果所显示出的重要性只有爱因斯坦在1905年所迸发的伟大创造力才能与之媲美。牛顿的成果包括微分学、积分学和白光的分解，当然还有最重要的牛顿运动三定律和万有引力定律。
牛顿认为，引力是由于物体具有质量而产生的物体间的吸引力。两个大物体间的引力要比两个小物体间的引力大。而且，两个物体相距较近时的引力要比相距较远时的大，也就是说，两个物体间的引力与两个物体质量的乘积成正比，与物体间的距离平方成反比。丢到空中的球会落到地面，这是因为地球的质量远大于球的质量。如果球被丢得很高，它将花更长的时间回到地面，因为球和地球之间的距离加大了。
牛顿将下落的苹果同绕地球运动的月亮联系了起来，尽管苹果落到了地面，月亮悬在空中。在适当方向上的适当运动可以抵消，甚至克服引力。月亮悬在空中而非撞向地球，阿波罗11号飞离地球奔向月亮，这些都能用牛顿定律进行解释。思考中的牛顿牛顿的引力理论中存在一个问题：引力怎样通过虚空？牛顿也意识到了这个问题。他写道：“难以想象，这些毫无生气的物质在没有其他非物质的东西调和下，怎能作用在其他物质上并产生影响，而它们之间又没有任何接触。引力一定是天生的、固有的和必需的，这样一个物体才能通过真空作用在远处的物体上，而不需要其他东西来把作用和力从一个地方传到另一个地方。在我看来这是很荒谬的。引力一定是由一个作用物按照一定的规律产生的，这个作用物是物质的还是非物质的，我想我还是把它留给我的读者去考虑吧。”简而言之，尽管引力确实存在，但我们不知道它是由什么来传递的。
牛顿的读者，其中不少是科学家，基本上认为答案是非物质的作用物：空间。人们猜想空间充满了看不见的、无摩擦的介质，介质发生运动时就会推动引力（和光）前进。这种介质被称为“以太”，但这是一个不正确的想法，正如认为鸟类冬眠而不迁徙一样不正确。然而，这个想法却持续了很长时间，因为没有更好的解释。1887年，美国科学家迈克耳孙和莫雷设计了一个实验，表明了并不存在以太。于是问题又回到了起点：引力如何在虚空中作用？
1905年，爱因斯坦首先在他的狭义相对论理论中暗示一个答案，并在1907年发表他那著名的方程E=mc2时进行了发展。他认为质量和能量是对等的，可以相互转换。质量和能量之间的转换率是固定的。E是能量，大小会发生变化；m是质量，大小也会变化，但转换率一直是c2，或光速的平方。由于转换率如此之高，所以很少的质量中就能储藏很多的能量。想想具有巨大破坏力的原子弹就不难明白这一点。这个著名的方程同时暗示，相对而言只需不多的能量就能产生足够的速度克服引力，这就是为什么阿波罗11号能将人送上月球的原因。我们也看到阿波罗11号从肯尼迪航天中心起飞需要多级火箭助推，而登月舱从月球返回时只需一个中等的火箭提供动力。爱因斯坦有关引力的所有问题只有在1915年广义相对论问世后才得到真正的解决。这种新的引力理论无需引入以太。实际上，爱因斯坦同时也丢掉了牛顿理论中的力。空间在牛顿的世界中是静态的，在爱因斯坦的世界中则是动态的。根据广义相对论，空间本身是弹性的，可以弯曲、伸展，或者受一个物体质量的影响而严重地变形。太阳就能使通过它附近的光线发生弯曲，因为太阳的引力场使附近区域的空间发生了扭曲。更大的恒星会使空间产生更大的扭曲。最终将为人们所认识的黑洞，对空间的影响达到了不可思议的地步。爱因斯坦向人们表明，物质使空间弯曲。
爱因斯坦的引力理论并没有完全丢弃牛顿理论。牛顿理论中的“力”在太阳系范围内仍然行得通，更不用说在日常生活中了。然而到了更大的范围，牛顿理论就遇到了麻烦，这时就需运用爱因斯坦的理论了。比如，黑洞的引力很强，连光线都逃不脱，牛顿理论没法解释这点，而爱因斯坦的理论则认为，黑洞那极高的质量密度使空间发生了扭曲，俘获了光线，从而清楚地解释了这种奇怪的现象。
在基本粒子层面上，引力基本上不起作用。1个电子和1个质子组成1个氢原子，靠的不是引力，而是强度更大的电磁力。到底有多大呢？大1040倍。正如法国物理学家和作家蒂阿纳所说：“如果没有电磁力，仅仅在引力的作用下的话，1个氢原子就将充满整个宇宙。引力非常微弱，不可能使电子和质子结合得如此紧密。”
只有很多的原子聚合在一起时，它们才会产生足够大的引力。从物理的角度来看，连喜玛拉雅山都无法产生足够的引力将一个人吸向它。那些登山者将与地球引力搏斗，如果他们不小心滑倒，地球引力会毫不留情地将他们拉下。引力可置人于死地，但从另一个角度说，它又几乎可被忽略。一张纸放在桌上需要地球的全部质量来产生引力。尽管引力是4种力中最弱的一种，然而具有讽刺意味的是，它却给我们带来了巨大的麻烦。
作为说明宇宙起源的大爆炸理论的基石，量子理论试图解释4种力中的其他3种力，弱核力、强核力和电磁力的基本相互作用。不管从牛顿还是爱因斯坦的观点来看，这就把引力放到了一旁。除非能将引力与其他3种力统一起来，否则就不会存在“万物理论”，或者大统一理论这类现代物理学的圣杯。即使将电磁力与量子理论相融合也用了许多年时间，这主要是因为引进了“重整化”计算方法，以消去无穷大这个现代物理学中的难题。
但对于引力重整化的效果并不好。林德利在他1993年的《物理学的终结》一书中表明，引力的重整化要比电磁力的情况复杂得多。“当两个物体被拉开，抗拒了引力的作用，体系的能量一定会增加；如果两个物体靠近，能量就会减少。但爱因斯坦又证明能量与质量相当，质量导致引力。你甚至可以认为，引力受到引力作用。”换句话说，质量和能量彼此纠缠在一起。这使引力中的无穷大问题更难处理。
问题最终回到了牛顿留给他的读者的问题：在真空中传递引力的作用物是什么？许多物理学家都认为问题的答案就在引力子，一种假设的亚原子粒子，就像传递光的光子一样。已被确认存在的光子和假设的引力子，都是“玻色子”。如果不存在引力子的话，就需要对量子力学进行重建了。
寻找引力子的路还很漫长。宇宙中所有猛烈的事件，超新星爆炸或星系碰撞，都会产生引力波，并最终到达地球。在路易斯安那州和华盛顿州已建成了两个长约3.5千米的巨大的引力观测站，用来检测宇宙引力波，并用它们进行研究。人们寄希望于激光干涉引力观测站找到这难以捉摸的引力子。现在，关于传递引力的作用物问题，我们并不比牛顿知道的多多少。
