Table Of ContentMichio Kaku
Hipertér
Az eredeti mű címe:
Michio Kaku
Hyperspace
Oxford University Press, 1994
Fordította: Egri Győző és Sallay Zoltán
Lektor: Csizmadia Szilárd
Copyright © Oxford University Press, 1994
Hungárián translation © Egri Győző, 2006
Hungárián edition © Akkord Kiadó, 2006
Minden jog fenntartva. A könyv bármely részlete
csak a kiadó előzetes engedélyével használható fel.
ISBN 963 9429 76 7
ISSN 1586-8419
Kiadja az Akkord Kiadó Kft.
Felelős kiadó: Földes Tamás
Felelős szerkesztő': Várlaki Tibor
Sorozatszerkesztő: Oláh Vera
Szerkesztette: Oláh Judit
Borítóterv: Kállai Nagy Krisztina
Tördelés, tipográfia: Szmrecsányi Mária
Szüleimnek
Tartalom
Előszó 9
Köszönetnyilvánítás 17
I. rész Belépés az ötödik dimenzióba 19
1. Téren és időn túli világok 21
2. Matematikusok és misztikusok 49
3. Az ember, aki „látta" a negyedik dimenziót 71
4. A fény titka: rezgés az ötödik dimenzióban 95
II. rész Egységesítés tíz dimenzióban 123
5. A kvantum eretneksége 125
6. Einstein visszavág 148
7. Szuperhúrok 162
8. Jelek a tizedik dimenzióból 189
9. A Teremtés előtt 201
III. rész Féregjáratok: kapuk más univerzumok felé? 225
10. Fekete lyukak és párhuzamos univerzumok 227
11. Időgépet építeni 240
12. Összeütköző univerzumok 259
IV. rész A hipertér urai 277
13. A jövőn túl 279
14. Az Univerzum végzete 308
15. Konklúzió 320
Jegyzetek 343
Ajánlott irodalomjegyzék 357
Név- és tárgymutató 359
Előszó
A tudományos forradalmak szinte definíció szerint meghaladják a jó-
zan észt.
Abban az esetben, ha minden, az Univerzumról józan ésszel alkotott
elképzelésünk helyes lenne, a tudomány a világ minden titkát már év-
ezredekkel ezeló'tt kifürkészte volna. A tudomány feladata nem más, mint
hogy lehántsa a dolgok felületes rétegeit, és megjelenési formáik helyett
rávilágítson alapvető tulajdonságaikra. Tulajdonképpen, ha a megjele-
nés azonos lenne a lényeggel, nem is lenne szükség tudományra.
A józan ésszel alkotott elképzeléseink közül talán az a legmélyeb-
ben gyökerező, hogy a világ háromdimenziós. Magyarázat nélkül is
nyilvánvaló, hogy a hosszúság, szélesség és mélység elegendő a látha-
tó világunkban megfigyelhető minden tárgy leírására. Állatokkal és
csecsemőkkel végzett kísérletek bizonyítják, hogy születésünktől fog-
va tudjuk, a világ háromdimenziós. Ha figyelembe vesszük az időt is
mint egy új dimenziót, akkor négy dimenzió elegendő az Univerzum
összes eseményének rögzítéséhez. Akárhol is vizsgálódtunk műszere-
inkkel, mélyen az atom belsejében vagy a galaxishalmazok legtávolab-
bi tartományaiban, mindig csak erre a négy dimenzióra találtunk bizo-
nyítékot. Aki ezzel ellentétesen érvel a nyilvánosság előtt, azt állítva,
hogy más dimenziók is létezhetnek, vagy hogy a mi Univerzumunkon
kívül más univerzumok létezése is elképzelhető, az mindig gúnyolódá-
sok célpontja lehet. Ezek a megrögzött előítéletek a világunkról, ame-
lyekről először az ókori görög filozófusok elmélkedtek, úgy tűnik, el-
sorvadnak a tudomány fejlődésének hatására.
Ez a könyv arról a tudományos forradalomról szól, amelyet a hiper-
térelmélet robbantott ki, amely azt állítja, hogy vannak további dimen-
ziók is, az általánosan elfogadott négy tér- és idődimenzión túl. A világ
fizikusai, köztük számos Nobel-díjassal, egyre inkább elismerik, hogy
elképzelhető, az Univerzum valóban egy magasabb dimenziós térben
létezik. Ha bebizonyosodik az elmélet helyessége, az nagyon mély fo-
10 • HIPERTÉR
galmi és filozófiai forradalmat fog eredményezni Univerzumunk meg-
értésével kapcsolatban. Tudományosan a hipertérelméletet Kaluza-
Klein-elméletnek vagy szupergravitáció-elméletnek nevezzük. Legin-
kább kidolgozott megfogalmazása a szuperhúrelmélet, amely a dimen-
ziók pontos számát tíznek jósolja. A szokásos három térdimenzió
(hosszúság, szélesség és mélység), és az egy idődimenzió így hat to-
vábbi térdimenzióval bővül.
Figyelmeztetjük az olvasót, hogy a hipertér elmélete kísérletileg még
nem bizonyított, és valójában rendkívül nehéz lesz ezt a laboratóriu-
mokban bizonyítani. Ettől függetlenül, az elmélet elterjedt a világ min-
den nagyobb kutatóközpontjában, és megdöbbentő mennyiségű (egyes
számítások szerint 5000-nél is több) tudományos értekezést szülve,
visszavonhatatlanul befolyásolta a modern fizika fejlődését. Ennek el-
lenére szinte semmit sem írtak a tágabb közönség számára, hogy el-
magyarázzák a magasabb dimenziós terek lenyűgöző tulajdonságait.*
A nagyközönség csak nagyon homályosan tájékozódhatott, ha egyálta-
lán tudott erről a forradalomról. A népszerű irodalomban található
rengeteg hivatkozás a magasabb dimenziókra és a párhuzamos uni-
verzumokra gyakran félrevezető. Ez sajnálatos, hiszen ez az elmé-
let annak köszönheti fontosságát, hogy minden ismert fizikai jelensé-
get egységesen egy lenyűgözően egyszerű keretbe foglal. Ez a könyv
lehetővé teszi, hogy az érdeklődő tudományos szempontból hiteles,
mégis érthető összefoglalást kapjon a hipertérrel kapcsolatos, jelenleg
is folyó fantasztikus kutatásokról.
Hogy elmagyarázzam, miért váltott ki ilyen nagy lelkesedést a hi-
pertérelmélet az elméleti fizikusok körében, négy alapvető témát fo-
gok körüljárni, amelyek vezérfonálként húzódnak végig a könyvön. Ez
a négy téma négy részre osztja a könyvet.
Az I. részben a hipertérelmélet korai szakaszát mutatom be, végig
azt hangsúlyozva, hogy a természet törvényei egyszerűbben és elegán-
sabban kifejezhetőek magasabb dimenziókban.
Hogy megérthessük, a magasabb dimenziók hozzáadása hogyan egy-
szerűsítheti le a fizikai problémákat, tekintsük a következő példát: az
ókori egyiptomiak számára az időjárás teljesen rejtélyes volt. Mi okozza
az évszakokat? Miért lesz egyre melegebb, ha dél felé utazunk? Miért
fúj általában ugyanabba az irányba a szél? Az időjárást lehetetlen volt
megmagyarázni az ókori egyiptomiak korlátozott nézőpontjából, akik
úgy gondolták, hogy a Föld lapos, mint egy kétdimenziós sík. Képzel-
* E könyv megírása után több ilyen mű is született. Ezekről a könyv végén találha-
tó irodalomjegyzék tájékoztat.
ELŐSZÓ • 11
jük el, hogy az egyiptomiakat felküldjük egy rakétán az űrbe, ahol
teljes egészében láthatják a Földet, amint a Nap körül kering. A fenti
kérdésekre adandó válaszok azonnal nyilvánvalóak lennének a szá-
mukra.
Az űrből nézve jól látható, hogy a Föld tengelye 23 fokkal megdől a
függőlegeshez képest (függőleges alatt most a Föld Nap körüli pálya-
síkjára merőleges irányt értjük). Emiatt az északi félteke jóval keve-
sebb napfényt kap a pálya egyik részén, mint a másikon. Ezért van tél
és nyár. És mivel az Egyenlítőre több napfény jut, mint az északi vagy
a déli féltekére, egyre melegebb lesz, ahogy megközelítjük. Egy, az Észa-
ki-sarkon ülő megfigyelő számára a Föld az óramutató járásával ellen-
kező irányú forgásban van. Emiatt a hideg sarki levegő eltérül az egyen-
lítő felé tartó útja során. A hideg és a meleg légtömegeket a Föld forgá-
sa hozza mozgásba, és ezzel magyarázható, hogy mindenhol van egy
uralkodó szélirány, amely attól függ, hogy a Földön hol tartózkodunk.
Összefoglalva: az időjárás rejtélyes törvényei könnyen megérthetőek, ha a Földre az űrből tekintünk le. Tehát a probléma megoldásának
kulcsa, hogy fel tudjunk jutni a harmadik dimenzióba. A lapos Földön
teljeséggel érthetetlennek tűnő dolgok azonnal nyilvánvalóvá váltak,
mihelyst a Földet háromdimenziósnak tekintettük.
A helyzet hasonló a gravitáció és a fény elméletének esetében is, ame-
lyek teljességgel különbözőeknek tűnnek. Más fizikai megfontolásokat
igényelnek, és más matematikai nyelvezet szükséges a megfogalmazá-
sukhoz. A két elmélet egyesítése sokáig sikertelen volt. Ha viszont egy
újabb, ötödik dimenziót adunk az eddigi négy téridő-dimenzióhoz, a
gravitációt és a fényt leíró egyenletek úgy összepasszolnak, mint egy
kirakójáték két egymás melletti darabkája. A fényt lényegében az ötö-
dik dimenzió kis rezgéseiként írhatjuk le. így azt láthatjuk, hogy a fény
és a gravitáció törvényei egyszerűbbek lettek öt dimenzióban.
Ilyen, és ehhez hasonló megfontolások miatt ma már sok fizikus meg
van győződve arról, hogy egy szokásos négydimenziós elmélet „túl ki-
csi" a világunkban található erők megfelelő leírásához. Egy négydi-
menziós elméletbe csak ügyetlenül, természetellenes módon tudjuk
belezsúfolni az összes kölcsönhatást. Ráadásul az így kapott hibrid el-
mélet helytelen is. Ha négynél több dimenziót használunk fel a köl-
csönhatások leírásához, akkor „elegendő helyünk van", hogy az alap-
vető erőket leíró elméleteket elegánsan és önmagukban is teljes mó-
don fogalmazzuk meg.
A II. részben pontosabban kidolgozzuk a fenti egyszerű ötletet, mi-
közben hangsúlyozzuk, hogy a hipertérelmélet képes lehet az összes
ismert fizikai törvényt egyetlen elméletbe foglalni. Ily módon a hiper-
12 • HIPERTÉR
térelmélet, mint minden ismert kölcsönhatás egyesítése, lehet a bete-
tőzése az elmúlt két évezred tudományos kutatásainak. Lehetséges,
hogy megtaláltuk a fizika Szent Grálját, a „mindenség elméletét", ame-
lyet Einstein is sok évtizeden át keresett.
Az elmúlt fél évszázadban a tudósok sokat gondolkodtak azon, hogy
a kozmoszt összetartó alapvető kölcsönhatások - a gravitáció, az elekt-
romágnesesség és az erős és gyenge magerők - miért különböznek
annyira egymástól. A huszadik század legnagyobb elméi próbáltak egy-
séges leírást adni az összes ismert kölcsönhatásról, ezek azonban mind
sikertelennek bizonyultak. Ezekkel szemben a hipertérelmélet megen-
gedi, hogy a négy kölcsönhatást és a szubatomi részecskék látszólag
rendezetlen halmazát egyszerre és igen elegáns módon magyarázzuk
meg. A hipertérelmélet szerint az „anyagra" is úgy tekinthetünk, mint
a téridő szövetében terjedő rezgésekre. így juthatunk el ahhoz a le-
nyűgöző feltételezéshez, miszerint minden, amit magunk körül látunk,
a fáktól és hegyektől kezdve egészen a csillagokig, nem más, mint rez-
gések a hipertérben. Ha ez igaz, akkor az Univerzum egészére vonat-
kozó koherens, elegáns és egyszerű geometriai leírást kaphatunk.
A III. részben azt vizsgáljuk, hogy mi történik a téridővel extrém
körülmények között. A hipertér esetleg lehetőséget ad arra, hogy az
időn és a téren „átalagutazzunk". Hangsúlyozni szeretném, hogy ez a
terület még mindig erősen spekulatív jellegű, ugyanakkor a fizikusok
már komolyan vizsgálják az ún. „féregjáratok", azaz olyan alagutak
tulajdonságait, amelyek a tér és az idő különböző távoli tartományait
kötik össze. A California Institute of Technology fizikusai például ko-
molyan felvetették egy olyan időgép építésének a lehetőségét, amely
egy, a múltat a jövővel összekötő féregjáratot tartalmazna. Az időgé-
pekkel való foglalkozás mára kilépett a fantázia birodalmából, és a
tudományos kutatás legitim területévé vált.
A kozmológusok még azt a megdöbbentő ötletet is felvetették, hogy
a mi Univerzumunk csak egy a párhuzamos univerzumok végtelen so-
rában. Ezeket az univerzumokat talán a levegőbe eresztett szappanbu-
borékok sokaságához hasonlíthatnánk. Normális esetben ezek között
a buborék univerzumok között nem jöhetne létre kapcsolat, de Ein-
stein egyenleteinek vizsgálata során a kozmológusok arra jutottak, hogy
létezhet a féregjáratoknak egy olyan rendszere, amelyek összekötik
ezeket a párhuzamos univerzumokat. Minden buborékon definiálhat-
juk a saját időnket és terünket, amelynek csak a buborék felületén van
értelme. A buborékokon kívül nincs értelme térről és időről beszélni.
Bár ezek a következtetések tisztán elméleti jellegűek, elképzelhető,
hogy a hipertérutazás végül a lehető leghasznosabb alkalmazásra ta-
ELŐSZÓ • 13
lál: megmentheti az intelligens életet, beleértve minket is, az Univer-
zum halálától. A tudósok általánosan elfogadják, hogy az Univerzum-
nak előbb-utóbb meg kell halnia, és vele fog halni az összes életforma
is, amely a több milliárd év alatt kialakult. A manapság uralkodó
Nagy Bumm, az Ősrobbanás elmélete szerint például egy 15-20 mil-
liárd évvel ezelőtt lezajlódott kozmikus robbanás indította útjára az
Univerzum tágulását, ami miatt a távoli csillagok és galaxisok ma
nagy sebességgel távolodnak tőlünk. Ha azonban az Univerzum egy
napon abbahagyja tágulását, és elkezd összehúzódni, akkor végül egy
tüzes összeomlás következik be, amelyet Nagy Reccsnek hívunk, és
amelynek során minden intelligens életforma az elképesztően magas
hőmérséklet hatására elpárolog. Mindazonáltal néhány fizikus úgy
gondolja, hogy a hipertérelmélet szolgáltathatja az egyetlen lehetsé-
ges reményt az intelligens élet megmeneküléséhez. Az Univerzumunk
halálának utolsó pillanataiban egy intelligens életforma képes lehet
arra, hogy elmeneküljön az összeomlás elől, mégpedig a hipertéren
keresztül.
A IV. részben egy utolsó, gyakorlati kérdéssel fejezzük be a vizsgáló-
dást: ha az elmélet helyesnek bizonyul, mikor leszünk képesek kiak-
názni a hipertérelmélet adta lehetőségeket? Ez nem csak elméleti szem-
pontból fontos kérdés, mert az elmúlt időkben csupán egyetlen köl-
csönhatás felhasználása visszavonhatatlanul megváltoztatta az embe-
riség történelmét, a korai, iparilag fejletlen társadalom tudatlanságá-
ból és szennyéből a modern civilizáció magasságába emelve minket.
Bizonyos értelemben az emberiség egész történetének íve is új megvi-
lágításba kerül, ha a négy alapvető kölcsönhatás megismerésének és
felhasználásának szempontjából tekintünk rá.
Isaac Newton például leírta a gravitáció klasszikus törvényeit, kifej-
lesztette a mechanika elméletét, amelyek kezünkbe adták a gépeket
működtető törvényeket. Ez viszont nagyban felgyorsította az ipari for-
radalmat, amely felszabadította azokat a politikai erőket, amelyek vé-
gül megdöntötték Európa feudális dinasztiáit. Az 1860-as évek köze-
pén, amikor James Clerk Maxwell leírta az elektromágneses erőkre
vonatkozó alapvető egyenleteket, ezzel egyúttal megnyitotta az elekt-
romosság korát, amely kezünkbe adta a dinamót, a rádiót, a televíziót,
a radart, a háztartási gépeket, a telefont, a mikrohullámokat, a fo-
gyasztói elektronikát, az elektronikus számítógépet, a lézert és sok más
elektronikus csodát. Az elektromágneses kölcsönhatás megértése és
kiaknázása nélkül a civilizáció stagnált volna, megállt volna azokban
az időkben, amikor még nem volt villanykörte és elektromos motor. Az
1940-es évek közepén, amikor fel tudtuk használni a magerőket, a vi-
