Fisika modern dibangun di atas dua teori yang sangat sukses tetapi saling bertentangan:

1. Relativitas Umum (Einstein): Menggambarkan alam semesta pada skala makroskopik (besar), menjelaskan gravitasi dan struktur kosmos.
2. Mekanika Kuantum: Menggambarkan alam semesta pada skala mikroskopik (sangat kecil), menjelaskan tiga gaya fundamental (elektromagnetik, kuat, dan lemah) dan perilaku partikel.

1. Titik Konflik Utama

Kedua teori ini bekerja dengan baik di domain masing-masing, tetapi mereka menghasilkan hasil yang tidak masuk akal (tak terhingga) ketika diterapkan bersama, terutama pada kondisi ekstrem:

• Singularitas Lubang Hitam: Di pusat Lubang Hitam, kepadatan materi dan kelengkungan ruang-waktu menjadi tak terhingga, dan ruang menjadi sangat kecil. Di sini, efek kuantum seharusnya dominan, tetapi Relativitas Umum tidak bisa menanganinya.
• Momen Big Bang: Pada awal waktu, alam semesta sangat panas, padat, dan kecil, membutuhkan deskripsi yang menggabungkan gravitasi dan kuantum.

2. Upaya Utama dalam Gravitasi Kuantum

Tujuan dari Gravitasi Kuantum adalah mendeskripsikan gravitasi menggunakan prinsip-prinsip Mekanika Kuantum (yaitu, memandang gravitasi bukan sebagai kelengkungan, tetapi sebagai pertukaran partikel kuantum yang disebut graviton).

A. Teori String (String Theory)

• Inti: Menggantikan partikel titik fundamental dengan untaian energi satu dimensi (strings) yang sangat kecil.
• Prinsip: Setiap partikel fundamental (elektron, kuark, foton, dan yang diharapkan, graviton) hanyalah mode getaran yang berbeda dari untaian dasar ini.
• Implikasi: Teori ini secara matematis membutuhkan dimensi ekstra (biasanya 10 atau 11 dimensi ruang-waktu) yang tersembunyi (compactified) untuk menjaga konsistensi. Teori String secara alami menyertakan graviton dan menyatukan semua gaya.

B. Gravitasi Kuantum Loop (Loop Quantum Gravity – LQG)

• Inti: Berupaya untuk mengkuantisasi ruang-waktu itu sendiri.
• Prinsip: Berlawanan dengan pandangan klasik bahwa ruang-waktu mulus, LQG menyatakan bahwa ruang dan waktu terdiri dari unit-unit diskrit atau ‘kuanta’ yang sangat kecil (seperti piksel).
• Implikasi: Ini menawarkan pandangan tentang struktur ruang-waktu pada skala Planck (sekitar $10^{-35} \text{ meter}$) dan berpotensi menghilangkan masalah singularitas karena ada batas seberapa kecil ruang itu bisa.

3. Konsekuensi Filosofis

Pencarian Gravitasi Kuantum berpotensi mengungkap:

• Sifat Sejati Waktu dan Ruang: Apakah waktu dan ruang benar-benar kontinu atau terdiri dari blok-blok bangunan fundamental?
• Apa yang Terjadi di Singularitas: Memberikan deskripsi fisik tentang apa yang ada di dalam Lubang Hitam dan apa yang terjadi sebelum Big Bang.