Soției mele iubitoare, Shizue, și fiicelor mele, dr. Michelle Kaku și Alyson Kaku

Introducere în teoria finală

Trebuia să fie teoria finală, un singur cadru general care să unifice toate forțele cosmosului și să guverneze totul, de la mișcarea universului în expansiune până la dansul infinitezimal al particulelor subatomice. Dificultatea era să se scrie o ecuație a cărei eleganță matematică să circumscrie fizica în întregul ei.

Câțiva dintre cei mai mari fizicieni din lume s-au angajat în această căutare. Stephen Hawking chiar a susținut o prelegere cu titlul promițător: „Se întrezărește sfârșitul fizicii teoretice?“

Dacă o astfel de teorie ar avea succes, ar reprezenta capodopera științei. Ar fi Sfântul Graal al fizicii, o formulă unică din care, în principiu, se pot deriva toate celelalte ecuații, începând de la Big Bang și mergând spre sfârșitul universului. Ar fi produsul final a două mii de ani de investigații științifice, încă de când anticii au pus întrebarea: „Din ce e făcută lumea?“

Este o viziune care îți taie respirația.

Visul lui Einstein

Prima oară m-am confruntat cu dificultatea ridicată de acest vis în copilărie, când aveam opt ani. Într-o anumită zi, presa a anunțat că tocmai murise un mare om de știință. În ziare a fost publicată memorabila fotografie a savantului.

Era o imagine a biroului său, pe care se putea vedea un carnet de însemnări deschis. Sub fotografie scria că cel mai mare om de știință al vremurilor noastre nu reușise să ducă la bun sfârșit munca pe care o începuse. Am fost fascinat. Ce putea fi atât de dificil, încât nici măcar marele Einstein să nu poată rezolva?

Caietul acela conținea versiunea sa privind teoria tuturor lucrurilor, pe care Einstein o numea teoria câmpului unificat. El voia să găsească o ecuație, lungă de cel mult două degete, care să-i permită, după cum s-a exprimat chiar el, „să-i citească mintea lui Dumnezeu“.

Fără să pot aprecia enormitatea acestei probleme, am hotărât să merg pe urmele marelui om de știință, cu speranța că voi putea juca un rol cât de mic în încheierea căutărilor sale.

Dar mulți alții au încercat și au eșuat1. După cum a spus cândva fizicianul Freeman Dyson, de la Princeton, drumul spre teoria câmpului unificat este presărat cu cadavrele tentativelor eșuate.

Totuși, în zilele noastre, mulți fizicieni de frunte sunt de părere că în sfârșit eforturile tuturor converg spre o soluție.

Principalul (și, în opinia mea, singurul) candidat se numește teoria corzilor, potrivit căreia universul nu este alcătuit din particule punctiforme, ci din corzi minuscule care vibrează, iar fiecare „notă“ corespunde unei particule subatomice.

Dacă am avea un microscop suficient de puternic, am putea vedea că electronii, quarcurile, neutrino etc. nu sunt nimic altceva decât vibrații ale unor bucle minuscule care seamănă cu niște benzi de elastic. Dacă „ciupim“ banda elastică de un număr suficient de ori și în feluri diferite, în cele din urmă vom crea toate particulele subatomice cunoscute din univers. Aceasta înseamnă că toate legile fizicii pot fi reduse la armonii ale acestor corzi. Chimia reprezintă melodiile pe care cineva le poate cânta la aceste corzi. Universul este o simfonie. Iar mintea lui Dumnezeu, despre care Einstein scria cu elocință, este muzica acestui cosmos ce rezonează prin spațiu-timp.

Aceasta nu este doar o problemă abstractă. De fiecare dată când oamenii de știință au descoperit un nou tip de forțe, acest lucru a schimbat cursul civilizației și a modificat destinul omenirii. De exemplu, descoperirea de către Newton a legilor mișcării și a gravitației a pus bazele epocii mașinilor și pe cele ale Revoluției Industriale. Explicarea de către Michael Faraday și James Clerk Maxwell a electricității și a magnetismului a netezit calea pentru iluminatul orașelor și ne-a pus la dispoziție puternicele motoare și generatoare electrice, precum și comunicarea instantanee prin intermediul radioului și al televiziunii. Ecuația lui Einstein E = mc2 a explicat puterea stelelor și ne-a ajutat să descoperim forța nucleară. Când Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg și alții au descifrat secretele teoriei cuantice, ne-au oferit revoluția high-tech din zilele noastre, cu supercomputere, lasere, internet și toate dispozitivele fabuloase din locuințele fiecăruia dintre noi.

În ultimă instanță, toate minunile tehnologiei moderne își datorează originea oamenilor de știință care au descoperit treptat forțele fundamentale ale lumii. Acum, eforturile acestora s-ar putea să conveargă spre teoria care să unifice aceste patru forțe ale naturii — gravitația, forța electromagnetică și forțele nucleare (slabă și puternică) — într-o teorie unică. În final, această teorie ar putea să ofere răspunsuri la unele dintre cele mai profunde mistere și întrebări ale științei, cum ar fi:

• Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? Și, în primul rând, de ce s-a produs această explozie?

• Ce se află de cealaltă parte a unei găuri negre?

• Este posibilă călătoria în timp?

• Există găuri de vierme care să ducă spre alte universuri?

• Există dimensiuni superioare?

• Există un multivers, format din universuri paralele?

Subiectul acestei cărți îl constituie strădania de a găsi această teorie ultimă și toate meandrele a ceea ce reprezintă, fără îndoială, unul dintre cele mai stranii capitole din istoria fizicii. Vom analiza toate revoluțiile precedente, care ne-au dat minunățiile tehnologice, începând cu revoluția newtoniană și continuând cu stăpânirea forței electromagnetice, dezvoltarea relativității și a teoriei cuantice și ajungând la teoria corzilor din zilele noastre. Și vom explica modul în care această teorie ar putea să deslușească și cele mai profunde mistere ale spațiului și timpului.

O armată de critici

Totuși, obstacole rămân. Cu tot entuziasmul stârnit de teoria corzilor, criticii nu au întârziat să-i scoată în evidență defectele. Și, uite așa, după toată publicitatea și nebunia generate, progresul s-a oprit.

Problema cea mai bătătoare la ochi este dată de fap­tul că, în ciuda articolelor de presă măgulitoare care laudă frumusețea și complexitatea teoriei, nu avem nicio dovadă solidă, testabilă. La un moment dat, s-a sperat că Large Hadron Collider (LHC) din apropierea orașului elvețian Geneva, cel mai mare accelerator de particule din istorie, va găsi dovezi concrete pentru teoria finală, dar acestea și-au păstrat caracterul eluziv. LHC a reușit să găsească bosonul Higgs (sau particula lui Dumnezeu), dar această particulă era doar o minusculă piesă-lipsă din teoria finală.

Deși s-au făcut propuneri ambițioase pentru construirea unui succesor și mai puternic al LHC, nu există nicio garanție că aceste instalații costisitoare vor găsi ceva. Nimeni nu știe cu certitudine la ce valoare a energiei vom găsi noi particule subatomice care să poată verifica teoria.

Dar poate că cea mai importantă critică adusă teoriei corzilor este aceea că prezice un multivers, o mulțime de universuri. Einstein a spus cândva că întrebarea-cheie este: a avut Dumnezeu de ales când a creat universul? Este universul unic? În sine, teoria corzilor este unică, dar probabil că are o infinitate de soluții. Fizicienii numesc asta problema peisajului — faptul că universul nostru ar putea fi doar o soluție dintr-un ocean de alte soluții la fel de valabile. Dacă universul nostru este una dintre multele posibilități, atunci care dintre acestea este el? De ce trăim în acest univers și nu în altul? Și atunci care este puterea predictivă a teoriei corzilor? Este o teorie a tuturor lucrurilor sau o teorie a oricărui lucru?

Recunosc că am o miză în această căutare. Lucrez la teoria corzilor încă din 1968, de când a ieșit la iveală accidental, neanunțată și totalmente neașteptată. Am văzut evoluția remarcabilă a teoriei, care s-a dezvoltat de la o singură formulă într-o disciplină cu o întreagă bibliotecă de articole științifice. Astăzi, teoria corzilor formează baza unei mari părți din cercetările care se efectuează în cele mai importante laboratoare ale lumii. Sper ca această carte să vă ofere o analiză echilibrată și obiectivă a succeselor și limitărilor teoriei corzilor.

De asemenea, va explica de ce această căutare a pus stăpânire pe imaginația celor mai de seamă oameni de știință și de ce această teorie a generat atâta pasiune și atâtea controverse.

1. Unificarea — un vis străvechi

Când privești la splendoarea magnifică a cerului nopții, înconjurat de toate stelele care strălucesc în înal­tul lui, este ușor să te simți copleșit de maiestuozitatea sa impresionantă. Preocupările noastre se îndreaptă spre unele dintre întrebările cele mai încărcate de mister.

Există un mare plan pentru univers?

Cum putem înțelege un cosmos aparent fără de înțeles?

Există o rațiune pentru existența noastră sau totul este fără noimă?

Îmi vine în gând un poem de Stephen Crane:

Un om i-a spus universului:

— Domnule, eu exist!

— Totuși, a răspuns universul,

Acest lucru nu m-a făcut să mă simt obligat în vreun fel.

Grecii au fost printre primii care au făcut încercări serioase de a aduce puțină ordine în haosul lumii din jurul nostru. Filosofi ca Aristotel credeau că totul poate fi redus la o combinație de patru ingrediente fundamentale: pământ, aer, foc și apă. Dar cum reușesc aceste patru ele­mente să dea naștere bogatei complexități a lumii?

Grecii au propus cel puțin două răspunsuri la această întrebare. Primul a fost dat de filosoful Democrit, chiar înainte de Aristotel. El credea că totul poate fi redus la niște particule minuscule, invizibile și indestructibile pe care le-a denumit atomi („indivizibil“, în greacă).