Dalam upaya menyatukan teori kuantum dengan teori gravitasi, banyak upaya telah dilakukan untuk merumuskan gravitasi pada tingkat kuantum. Namun, penelitian ini masih belum berhasil, sebagian besar disebabkan oleh tantangan mendasar yang timbul dari perbedaan signifikan dalam skala energi antara mekanika kuantum dan fenomena gravitasi, yang menimbulkan pertanyaan penting dalam fisika teoretis.
Para ilmuwan dan ahli fisika teoretis terus mencari pemahaman yang lebih dalam dan konsep teoretis baru untuk mengatasi hambatan tersebut. Pencarian gravitasi kuantum adalah bagian dari upaya yang lebih besar dalam fisika teoretis untuk menyelaraskan pemahaman kita tentang alam semesta pada skala yang sangat kecil (kuanta) dengan fenomena yang melibatkan gaya gravitasi dominan pada skala besar (kosmologi). Meskipun tantangan ini belum sepenuhnya terselesaikan, tantangan ini mencerminkan kompleksitas alam semesta lebih dari kelemahan apa pun dalam pendekatan teoretis itu sendiri.
Pada dasarnya tidak ada yang "salah" dengan esensi fisika teoretis dalam hal gravitasi dan gravitasi kuantum. Namun, tantangan utamanya terletak pada sulitnya merekonsiliasi mekanika kuantum dengan teori gravitasi, yang dapat dijelaskan oleh perbedaan skala energi dan konflik antara kerangka matematika yang digunakan dalam kedua teori tersebut.
Gravitasi kuantum adalah konsep teoretis yang berupaya menggabungkan teori kuantum dan gravitasi menjadi satu kesatuan. Untuk menyatukan kedua pilar besar fisika tersebut, para ilmuwan mencoba merumuskan teori yang dapat menjelaskan fenomena pada tingkat partikel yang sangat kecil dan pada tingkat gravitasi.Meskipun konsep ini masih berkembang, namun menjanjikan perspektif baru tentang alam semesta yang kompleks.
Gravitasi Sir Isaac Newton.
Gravitasi adalah gaya tarik menarik antara benda dan massa. Hukum gravitasi universal yang ditemukan oleh Sir Isaac Newton menyatakan bahwa setiap benda yang bermassa akan menarik benda lain dengan gaya gravitasi yang sebanding dengan massa kedua benda tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut. Gravitasi merupakan gaya dominan dalam interaksi terpenting antar benda di alam semesta dan bertanggung jawab atas fenomena seperti pergerakan planet, pergerakan bulan mengelilingi bumi, dan banyak fenomena astronomi lainnya.
Konsep gravitasi Einstein diperkenalkan melalui teori relativitas umum yang dirumuskannya pada tahun 1915. Albert Einstein menggantikan struktur gravitasi Newton dengan kerangka yang lebih kompleks sesuai dengan teori relativitasnya. Menurut teori relativitas umum, gravitasi dijelaskan sebagai kelengkungan ruang-waktu di bawah pengaruh massa dan energi. Kelengkungan mempengaruhi objek yang bergerak sepanjang suatu jalur, menciptakan efek gravitasi.
Salah satu prediksi terpenting relativitas umum adalah keberadaan gelombang gravitasi, yang diamati langsung oleh LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) pada tahun 2015. Konsep Einstein memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang hubungan antara massa, energi, ruang dan waktu dalam konteks gravitasi.
Istilah kuantum mengacu pada teori dan fenomena pada tingkat partikel subatom, di mana sifat materi dan energi ditentukan oleh mekanika kuantum. Teori kuantum menjelaskan perilaku partikel subatom seperti foton dan elektron menggunakan konsep seperti superposisi, yang mana partikel dapat berada dalam beberapa keadaan pada waktu yang sama, dan belitan kuantum, yang mana partikel dapat terhubung satu sama lain bahkan di lokasi yang jauh.
Penting untuk dicatat bahwa teori kuantum berbeda secara mendasar dengan teori klasik, yang ditemukan pada skala yang lebih besar. Sementara mekanika kuantum telah berhasil menjelaskan banyak fenomena fisika, interpretasinya masih menjadi subjek diskusi dan penelitian yang intens.
Gravitasi kuantum belum sepenuhnya terwujud karena bertemunya dua teori fundamental fisika yang sulit disatukan: mekanika kuantum dan teori gravitasi Einstein. Beberapa alasan mengapa ini sulit diwujudkan antara lain:
1. Skala Energi yang Berbeda.Â
Teori kuantum dan teori gravitasi Einstein beroperasi pada skala energi yang sangat berbeda. Mekanika kuantum mendeskripsikan partikel subatom, sementara gravitasi mempengaruhi benda-benda besar seperti planet dan bintang. Bersatunya kedua teori ini memerlukan pemahaman yang mendalam tentang fenomena pada skala energi rendah dan tinggi.
2. Keterbatasan Konsep Matematis.Â
Matematika yang digunakan dalam teori kuantum dan teori gravitasi relatif kompleks dan berbeda. Bersatunya keduanya memerlukan pengembangan kerangka matematika baru yang dapat mengakomodasi kedua teori tersebut tanpa menghasilkan inkonsistensi atau divergensi.
3. Karakteristik Ruang dan Waktu.Â
Teori kuantum dan teori gravitasi memiliki konsep yang berbeda tentang ruang dan waktu. Mekanika kuantum menganggap ruang-waktu sebagai latar belakang yang tetap, sedangkan teori gravitasi Einstein menggambarkan ruang-waktu sebagai entitas dinamis yang dipengaruhi oleh massa dan energi.
Meskipun ada upaya besar untuk mengembangkan teori gravitasi kuantum, seperti teori string, loop quantum gravity, dan pendekatan lainnya, hingga saat ini, solusi yang sepenuhnya memuaskan belum ditemukan. Ini tetap menjadi salah satu tantangan besar dalam fisika teoretis.
