Con la meccanica quantistica è possibile interpretare tutte le forze conosciute, tranne la gravità, come interazioni fra particelle dovute allo scambio virtuale di altre particelle o mediatori di forza (per esempio la forza elettromagnetica deriva dallo scambio di fotoni tra particelle cariche elettricamente). La teoria risultante si chiama Modello Standard e descrive correttamente l'interazione elettromagnetica, quella forte e quella debole. Se si considera un processo in cui N particelle si scontrano, il Modello Standard permette di determinare quali particelle vengono prodotte nell'urto e di calcolare con quale velocità esse emergono. Più precisamente si calcola la probabilità che un dato processo avvenga, detta ampiezza di scattering.

Da questo schema, però, è esclusa la forza di gravità. Tuttavia, per comprendere a fondo alcuni fenomeni del nostro universo, la gravità non può essere trascurata. Infatti, quando sono in gioco energie molto elevate, come in un buco nero o come avvenne nei primi istanti di vita dell'universo, gli effetti gravitazionali sono significativi. Quindi è necessario capire come funziona la forza di gravità su scale microscopiche e unire la meccanica quantistica con la relatività generale (quantizzazione della gravità).

Per realizzare questo obiettivo una possibilità è di introdurre una particella chiamata gravitone, il cui scambio virtuale genera l'interazione gravitazionale. Se però si calcola l'ampiezza di scattering tra N particelle che interagiscono mediante scambio di gravitoni, si trova che alcune probabilità divergono, cioé diventano infinite. Questi infiniti sono detti ultraviolet divergences e sono uno dei maggiori problemi delle teorie quantistiche della gravità tradizionali. Tali divergenze in realtà sono presenti anche nel Modello Standard, ma in questo caso esiste una procedura, detta rinormalizzazione che permette di estrarre contributi non divergenti e quindi di ottenere ampiezze di scattering finite. Nella teoria della gravità quantistica questa procedura di rinormalizzazione non funziona. Esiste però una proposta alternativa per descrivere la gravità a livello quantistico: la teoria della stringa.

Nella teoria della stringa l'elemento fondamentale è un oggetto esteso unidimensionale, detto appunto stringa, le cui varie vibrazioni armoniche sono interpretate come particelle elementari e mediatori di forze, gravitone incluso. La teoria della stringa è dunque una teoria quantistica che unifica tutte le interazioni fondamentali, inclusa la gravità. La stringa fondamentale, essendo un oggetto esteso, possiede una lunghezza caratteristica intrinseca, che, per quanto piccola, non è nulla. È proprio questa lunghezza intrinseca della stringa a far sì che gli infiniti non siano più presenti nelle varie ampiezze di scattering.

Risposta redatta in collaborazione con
Giuseppe Vallone