La física moderna descansa sobre dos grandes pilares. La relatividad general describe la gravedad y el comportamiento del universo a gran escala. La mecánica cuántica describe el mundo de lo muy pequeño. Cada una ha superado innumerables pruebas, pero cuando se intentan combinar, aparecen contradicciones. Resolverlas es uno de los mayores retos de la ciencia.
En la relatividad general, el espacio-tiempo es un escenario suave y continuo que se curva por efecto de la masa y la energía. En la mecánica cuántica, todo está sujeto a incertidumbre y fluctuaciones. Aplicar las reglas cuánticas a la gravedad lleva a cálculos con infinitos que no se pueden eliminar con las técnicas que funcionan para las otras fuerzas.
La gravedad cuántica sería relevante en condiciones extremas: en el interior de los agujeros negros, donde las ecuaciones predicen singularidades, y en los primeros instantes del Big Bang. La escala a la que se espera que importe, la longitud de Planck, es unos veinte órdenes de magnitud más pequeña que un protón, lejos del alcance de nuestros instrumentos.
Propone que las partículas elementales no son puntos, sino diminutas cuerdas vibrantes. Distintos modos de vibración corresponden a diferentes partículas, incluyendo una con las propiedades del gravitón, la partícula hipotética de la gravedad. Esto hace que la gravedad surja de forma natural dentro de una teoría cuántica consistente.
Para ser matemáticamente consistente, la teoría necesita más dimensiones espaciales que las tres que percibimos, nueve en total en la formulación original. Las dimensiones adicionales estarían compactadas en tamaños minúsculos. La forma en que se enrollan determinaría las propiedades de las partículas y las fuerzas, lo que da lugar a una enorme cantidad de posibles universos.
Entre sus logros están el cálculo de la entropía de ciertos agujeros negros y la dualidad entre teorías gravitatorias y cuánticas sin gravedad. Sin embargo, no ha hecho predicciones contrastables experimentalmente hasta ahora, lo que genera críticas sobre su carácter científico. Sus defensores sostienen que es un marco matemático en desarrollo que ha aportado ideas valiosas a otras áreas.
Es una alternativa que cuantiza directamente el espacio-tiempo, sin necesidad de dimensiones extra. Propone que el espacio está formado por unidades discretas diminutas, una especie de red de átomos de espacio. Predice, por ejemplo, que el Big Bang pudo haber sido un rebote desde un universo anterior que se contraía.
Existen otras propuestas, como la seguridad asintótica, los conjuntos causales y la gravedad emergente de la información. Se buscan indicios en la radiación de fondo cósmica, en la propagación de la luz de fuentes lejanas y en experimentos de mesa que podrían detectar efectos cuánticos de la gravedad.
Ninguna de las propuestas ha sido confirmada, y es posible que la respuesta final sea muy distinta de todas ellas. Lo valioso del esfuerzo es que ha enriquecido las matemáticas y la física, con ideas como la holografía, que sugiere que el contenido de un volumen puede describirse en su frontera. Los experimentos futuros, desde observatorios de ondas gravitacionales hasta sensores cuánticos, podrían ofrecer por fin pistas que orienten la búsqueda.
Unificar la gravedad con la mecánica cuántica sigue siendo una asignatura pendiente. Quien la logre cambiará nuestra comprensión del espacio, el tiempo y el origen del universo.