Współczesna fizyka to czarna magia. Gdy na studiach dowiedziałem się, że jeden z moich wykładowców zajmuje się kwestią opisywania świata za pomocą dziesięciu wymiarów, byłem oczywiście zaintrygowany, ale nie wiedziałem, czy kiedykolwiek zdołam choćby z grubsza zrozumieć, co to naprawdę znaczy. Szczęśliwym trafem sięgnąłem ostatnio po książkę Michio Kaku i mogę powiedzieć, że jednak mi się udało!

Kaku jest osobliwym typem naukowca, który nie tylko wniósł wkład do fizyki teoretycznej, ale potrafi także o niej opowiadać, i to wdając się nieraz w dygresje (co powiecie na nawiasy wielkości akapitu?). Moim zdaniem niepotrzebnie w książce znalazły się końcowe rozdziały o przewidywaniach dotyczących czarnych dziur i podróży w czasie - przy tak niewielkiej wiedzy należałoby tylko zasygnalizować nowe koncepcje, zamiast bawić się w futurologię. Pozostałe części są jednak czytelne i sensownie.

Porównując "Hiperprzestrzeń" choćby z innym bestselerem tego gatunku, "Krótką historią czasu" Hawkinga, muszę stwierdzić, że jest napisana jeszcze prościej. Z początku wydawało mi się to wadą (oczekiwałem jakiejś porcji rozkoszy łamania głowy...), ale po fakcie myślę, że dobrze się stało. Kaku bowiem nie wchodził specjalnie w treść kolejnych teorii fizycznych, usiłował natomiast opowiedzieć o ewolucji pojęcia hiperprzestrzeni w nauce - a nawet w sztuce i mistyce. Dzięki skupieniu na tej koncepcji udało mu się uniknąć karmienia czytelnika zbędnymi detalami poszczególnych teorii.

Pokrótce mówiąc, hiperprzestrzeń w fizyce wzięła się z matematyki. Jeżeli przedstawić równania czterowymiarowej czasoprzestrzeni z ogólnej teorii względności w postaci macierzy liczb o rozmiarach 4x4, to z pozoru jest to tylko inny zapis. Jednak znaleźli się fizycy, którzy "po prostu" dopisali do tej macierzy dodatkowe wiersze i kolumny - po raz pierwszy niejaki Theodor Kaluza w 1919 r. Okazało się, że tym sposobem objął zarówno teorię względności (grawitacja) jak i elektromagnetyzm (światło)! Swoje wnioski wysłał do Einsteina, którego nowa koncepcja tak poraziła, że dopiero po dwóch latach umożliwił publikację tej pracy, nie znajdując w niej w końcu żadnych uchybień.

Sęk bowiem w tym, że z teorii Kaluzy - zwanej obecnie teorią Kaluzy-Kleina - wynikało, iż poza trzema wymiarami przestrzeni i wymiarem czasu trzeba jeszcze założyć czwarty wymiar przestrzeni... Dalsze dzieje hiperprzestrzeni były dosyć barwne, ale pomysł okazał się nośny. Dodanie kolejnych wierszy i kolumn do macierzy doprowadziło do tego, że udało się za jednym zamachem "pomieścić" w niej także siły jądrowe oraz samą materię! We współczesnych teoriach ta macierz ma rozmiary 10x10 (teoria superstrun) lub 11x11 (M-teoria), ale zasada pozostała ta sama.

Mimo tego, że od publikacji teorii Kaluzy w 1921 r. minęło ponad 80 lat, a matematyczne podstawy tensora Riemanna (tak się nazywa ta macierz) sięgają połowy XIX wieku, nadal nie rozumiemy, co tak naprawdę te rzędy cyfr znaczą.

Jeszcze sam Kaluza stwierdził, że czwartego wymiaru nie widać, ponieważ jest on zwinięty do rozmiarów o wiele mniejszych niż atom. Podobnie jak wąż ogrodowy z daleka wygląda na linię, a dopiero z bliska daje się zauważyć, że ma także okrągłą powierzchnię. Dokładnie w ten sposób jest zwinięty czwarty i pozostałe pięć niewidocznych wymiarów. Daje się więc zrozumieć hiperprzestrzeń przez analogię, ale jak dotąd nikt nie znalazł sposobu, żeby udowodnić tę frapującą teorię.

Nadal możliwe jest więc, że źle zrozumieliśmy sens tych równań. Gdyby jednak była to prawda, to nie tylko fizycy znaleźliby się w posiadaniu potężnego narzędzia łączącego wszystkie prawa fizyki w jednym równaniu (o czym marzył jeszcze Einstein), ale w tej samej chwili staliby się zakładnikami matematyków. Trzeba by było przyznać, że prawa fizyki, czyli wszystkie siły przyrody, a nawet materia, są jedynie przejawem wielowymiarowej geometrii!

Kiedy Kaku kończył swoją książkę, najważniejszą teorią fizyczną była teoria superstrun, która to właśnie głosi. Z jej punktu widzenia zarówno światło, grawitacja, jak i cząsteczki są drgającymi w wielowymiarowej przestrzeni, ogromnie cienkimi strunami. Wkrótce potem, w 1995 r., pałeczkę przejęła jej następczyni, tzw. M-teoria, która głównie skleiła w całość pięć odmian teorii strun w jedenastym wymiarze, ale fundamenty pozostały nietknięte.

Książka jest świetnym wprowadzeniem do tych najnowszych trendów w świecie fizyki teoretycznej. Czyni to bez przemocy, choć autor miałby prawo popisywać się swoją wiedzą (był jednym ze współtwórców teorii strun). Zamiast tego idzie po linii historii nauki i korzysta z siły wyobraźni, a jeśli czegoś nie da się zrozumieć, to najpewniej dlatego, że w tej chwili nikt na świecie tego nie potrafi. W całej książce jest niewiele wzorów, a i to tylko dla ilustracji, więc nadaje się dla wszystkich zainteresowanych.

Ostatecznie czas już najwyższy, aby rozejrzeć się, jaką pracę wykonali fizycy przez ostatnie kilkadziesiąt lat od czasów Einsteina. Książka Michio Kaku bardzo tę wycieczkę ułatwia.