Perkembangan ilmu fisika di abad ke-20 melahirkan dua fondasi utama fisika modern; teori kuantum dan teori relativitas Einstein, yang berperan penting dalam mengubah wajah peradaban manusia. Teori kuantum mengubah pemahaman kita secara mendalam tentang materi, energi, dan kausalitas, sementara teori relativitas mengubah pemahaman kita secara mendalam tentang ruang dan waktu. Kedua teori bekerja dengan sangat baik dalam menjelaskan sifat dan perilaku alam dalam dua domain yang berbeda - teori kuantum bekerja dengan sangat baik dalam dunia berskala mikroskopik atau skala atomik dan subatomik, sedangkan teori relativitas (umum) bekerja dengan sangat baik dalam skala makroskopik atau skala kosmik.
Meskipun kedua teori ini telah berkontribusi sangat luar biasa dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi modern, akhir perjalanan dari pencarian hukum alam yang sejati masih jauh dari puncak yang sedang didaki. Setiap kali status sebuah hukum alam yang ditetapkan telah mapan - yang dibuktikan melalui berbagai eksperimen - maka ilmuwan seringkali akan berupaya untuk menyatukan hukum-hukum alam yang mapan tersebut dalam satu kerangka tunggal. Tujuannya cuma satu, agar hukum-hukum alam menjadi lebih sederhana. Dengan penyederhanaan hukum-hukum alam ini diharapkan dapat membawa manusia lebih dekat kepada rahasia alam semesta itu sendiri.
Meskipun alasannya sederhana, seringkali penyatuan dua atau lebih teori fisika dalam satu kerangka tunggal memainkan peran penting dalam munculnya terobosan besar dalam ilmu pengetahuan. Sir Isaac Newton misalnya, menyatukan fenomena gerak benda-benda langit dan fenomena benda yang selalu jatuh menuju permukaan bumi dalam satu kerangka teori yang disebut hukum gravitasi. Ada juga James Clerk Maxwell yang menyatukan fenomena listrik dan magnet dalam satu kerangka hukum elektrodinamika (elektromagnetisme). Hasil gabungan-gabungan ini telah merevolusi dan melahirkan banyak terobosan dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang masih berlaku dan terus berkembang sampai sekarang.
Hal yang sama juga ingin dilakukan oleh ilmuwan yang hidup di era sekarang untuk menyatukan kedua fondasi utama yang merevolusi ilmu fisika modern, yaitu teori kuantum dan teori relativitas Einstein. Sampai saat ini, ilmuwan telah berhasil menyatukan teori kuantum dan teori relativitas khusus Einstein melalui teori medan kuantum. Teori medan kuantum menjadi aktor utama dalam perkembangan bidang ilmu fisika partikel berenergi tinggi yang menghasilkan berbagai macam teknologi modern yang ada saat ini - bahkan salah satu spin-off yang berakar dari penyatuan ini adalah teknologi internet yang kita gunakan sekarang. Sayangnya, teori kuantum belum berhasil disatukan dengan teori relativitas Einstein yang satunya lagi, yaitu teori relativitas umum.Â
Teori relativitas umum adalah teori yang menjelaskan perilaku dan gerak dari objek yang mengalami percepatan ekuivalen dengan objek yang mengalami percepatan gravitasi. Teori ini kemudian menjadi bentuk umum dari hukum gravitasi yang sudah lebih dulu ditemukan oleh Newton. Oleh karenanya, bidang yang mengkaji setiap upaya untuk menyatukan teori kuantum dan teori relativitas umum Einstein sering disebut teori gravitasi kuantum.
Hingga kini ada beberapa teori gravitasi kuantum yang diusulkan. Namun masih belum ada teori gravitasi kuantum yang lengkap dan konsisten. Hal ini dikarenakan teori gravitasi kuantum harus berhadapan dengan masalah paling mendasar yaitu masalah eksperimental. Tanpa dukungan uji eksperimental, kita tidak memiliki referensi untuk membandingkan dan membuktikan teori-teori kandidat yang diusulkan sampai saat ini.
Teori kuantum menjelaskan perilaku objek dalam skala atom, sedangkan gravitasi menjelaskan perilaku objek pada skala masif yang sangat besar. Oleh karena gravitasi merupakan gaya terlemah, maka untuk bisa membuktikan efek gravitasi yang ditimbulkan oleh objek dalam skala atom akan membutuhkan usaha yang sangat besar pula. Ingat bahwa semakin kecil skala objek yang ingin diteliti, maka energi yang dibutuhkan akan semakin besar - yang artinya akan menelan biaya penelitian yang sangat besar juga. Oleh sebab itu, sampai saat ini, semua kandidat teori gravitasi kuantum masih hanya sebatas pendekatan yang mungkin dan belum bisa ditetapkan sebagai teori yang mapan karena keterbatasan pembuktian eksperimental.
Meskipun begitu, ilmuwan terus berupaya untuk memecahkan masalah ini secara teoritik, dan sampai sejauh ini ada dua kandidat utama teori gravitasi kuantum. Kandidat pertama adalah teori string (dawai) dan yang kedua adalah Loop Quantum Gravity. Teori string bukanlah teori gravitasi kuantum dalam arti yang sempit karena memiliki tujuan yang luas. Teori string bertujuan untuk memberikan deskripsi terpadu tentang dunia fisis, yang mana menurut teori ini, semua entitas fisis dipahami sebagai manifestasi gerak dari objek satu dimensi yang disebut string. Jadi, partikel-partikel elementer yang selama ini kita bayangkan sebagai partikel titik berdimensi nol, dipercaya sebagai manifestasi dari getaran objek berdimensi satu yang disebut string.
Teori string juga bertujuan untuk menyatukan semua interaksi dasar yang ada di dalam semesta dalam satu kerangka tunggal yang sering dikenal sebagai teori segalanya - the theory of everything. Jadi, dalam teori string, apa yang disebut gravitasi sebenarnya merupakan salah satu aspek yang muncul dari dinamika string. Karena luasnya motivasi dan tujuan yang berada dibalik teori string, menjadikan teori ini sebagai teori yang paling banyak diminati ilmuwan dan menjadikannya sebagai kandidat terpopuler dari gravitasi kuantum dengan jumlah penelitian yang jauh lebih banyak dibandingkan teori kandidat lainnya.
Salah satu kandidat teori gravitasi kuantum yang menjadi saingan terdekat teori string adalah Loop Quantum gravity (LQG). Dibandingkan dengan teori string yang lebih ambisius, LQG benar-benar murni bertujuan untuk menjelaskan sifat-sifat kuantum dari gravitasi. Jadi, LQG memiliki tujuan yang secara fundamental lebih terbatas, yaitu sebagai sebuah teori gravitasi kuantum. Teori ini merupakan teori yang bebas latar belakang, artinya bahwa teori ini menjelaskan ruang-waktu, dan bukan teori yang menempatkan gravitasi pada ruang-waktu yang sudah ada seperti halnya teori string. Karena teori ini menjelaskan ruang-waktu dalam skala kuantum atau mengkuantumkan ruang-waktu maka sering disebut sebagai teori kuantum ruang-waktu.
