Dwóch wybitnych kosmologów podjęło się mission impossible: przedstawić w popularnej formie egzotyczne (co nie musi znaczyć "nieprawdziwe") teorie na temat najbardziej elementarnych i jednocześnie fundamentalnych własności materii i przestrzeni, która nas otacza zarówno w mikroskali, jak też do granic Wszechświata, jeśli takie istnieją.

Kwestie, jakie rozstrzygają Paul Steinhardt i Neil Turok w "Nieskończonym Wszechświecie" są doprawdy podstawowe:

Ile wymiarów ma przestrzeń, w której żyjemy? – Nie, nie trzy, jak możnaby sądzić na podstawie codziennych doświadczeń, ale dwa razy tyle, albo jeszcze więcej.

Czy czas i przestrzeń są wieczne? – Tak.

Czy istnieją jeszcze inne wszechświaty? – Tak, przynajmniej jeden poza naszym.

Czy prawa fizyki są wszędzie jednakowe? – Tego autorzy jeszcze nie przesądzają.

Pierwsza myśl, jaka się nasuwa – toż to zupełna abstrakcja, z której nie ma i nie będzie żadnego pożytku. – Nieprawda!

Gdy pod koniec XIX wieku fizycy i astronomowie zastanawiali się nad naturą światła i w jaki właściwie sposób dociera ono do nas z odległych gwiazd, tworzyli teorie na pierwszy rzut oka sprzeczne z powszechnycm doświadczeniem i zdrowym rozsądkiem. Na przykład, doszli do wniosku, że światło jest falą i ulega interferencji (podobnie jak fale na wodzie) i jednocześnie jest strumieniem cząstek. I tak powstawała mechanika kwantowa. Albo, zauważyli, że światło dociera do obserwatora z tą samą prędkością, niezależnie od tego, czy źródło światła oddala się, czy zbliża. Doprowadziło to do powstania szczgólnej teorii względności, zgodnie z którą ani przestrzeń ani czas nie są absolutne. W szczególności może to oznaczać, że np. rozmiary przedmiotów i odstępy czasu oddzielające dwa zdarzenia będą różne dla różnych obserwatorów.

Sto lat później, pod koniec XX wieku, gdy fizycy i astronomowie usiłowali poznać naturę cząstek elementarnych lub zrozumieć dlaczego Wszechświat w każdym kierunku jest taki sam, również tworzyli "dziwne" teorie. Być może, niektóre zmienią nasze pojęcia o czasie i przestrzeni i dla przyszłych pokoleń staną się zupełnie naturalne, jak mechanika kwantowa i obie teorie względności Einsteina.

Dla przykładu przyjrzyjmy się wspomnianej jednorodności Wszechświata. Wiemy z licznych obserwacji, że Wszechświat się rozszerza. Blisko 14 miliardów lat temu rozpoczęła się jego ekspansja gwałtownym Wielkim Wybuchem. I tu zaczynają się kłopoty. Ogólna teoria względności mówi nam, że im bliżej Wielkiego Wybuchu tym większe było tempo ekspansji. Proste rachunki pokazują, że nawet sąsiadujące ze sobą obszary oddalały się początkowo od siebie szybciej niż prędkość światła. A to – jak mówi nam teoria względności - uniemożliwiło im wzajemne wyrównywanie warunków fizycznych, takich jak gęstość i temperatura. Skoro zatem poszczególne fragmenty Wszechświata "nic o sobie nie wiedziały", jak to się dzieje, że teraz wyglądają tak podobnie. Pokazują to m.in. zdjęcia dowolnych fragmentów nieba wykonane za pomocą Teleskopu Kosmicznego Hubble'a. W latach 80. ubiegłego wieku zaproponowano wyjaśnienie paradoksu. Przyjmijmy, że tempo ekspansji wkrótce po momencie początkowym w mgnieniu oka (w rzeczywistości – znacznie szybciej) gwałtownie wzrosło. Przestrzeń "rozdęła się" wiele bilionów bilionów razy, po czym nastąpił powrót do "zwykłej" ekspansji. W takim "inflacyjnym" modelu cały obserwowany przez nas fragment Wszechświata miał dostatecznie małe rozmiary przed epoką inflacji, aby ustalił się tam stan równowagi termodynamicznej, co sprawiło że dzisiaj Wszechświat w wielkiej skali jest tak jednorodny. Oczywiście powstaje pytanie, co jest źródłem inflacji przestrzeni? I tu z pomocą mogła by przyjść "dojrzała" teoria cząstek elementarnych. Bowiem Wszechświat w drobnym ułamku sekundy po Wielkim Wybuchu jest tworem o niemal nieskończenie wielkiej temparaturze i gęstości. O zachowaniu materii w takich warunkach decyduja oddziaływania w mikroskali i teoria cząstek elementarnych staje się niedłącznym składnikiem każdego modelu kosmologicznego. Niestety połączenie teorii cząstek z kosmologią napotkało szereg trudności. A mówiąc wprost, nie udało się dotychczas stworzyć spójnego modelu cząstek, który jednocześnie był zgodny z wymaganymi własnościami inflacji. I mimo że teoria inflacji rozwiązywała szereg problemów, zaczęły nad nią gromadzić czarne chmury.

Część kosmologów uznała, że nadszedł czas na bardziej rewolucyjne podejście niż tylko nakładanie kolejnych łat na nie do końca sklejoną teorię cząstek i inflację. Nie jedynymi, ale ważnymi twórcami tej rewolucji są Steihardt i Turok. Jak uniknąć problemów związanych z nieskończonymi wielkościami parametrów fizycznych w momencie Wielkiego Wybuchu i jednocześnie wyjaśnić nadmierną różnorodność w świecie cząstek elementarnych? Wszak pojęcie "elementarności" sugeruje prostotę, a nie "kolorową rozmaitość". Autorzy "Nieskończonego Wszechświata" wierzą, że trudności zostaną pokonane przez dodanie kilku wymiarów do naszej pozornie trójwymiarowej przestrzeni oraz drugiego wszechświata, który co jakis czas (powiedzmy bilion lat) zderza się z naszym, czym daje początek nowemu Wielkiemu Wybuchowi. Kluczowe w tym zdaniu staje się orzeczenie wierzą , gdyż w tej chwili nikt – nie wyłączając autorów – nie jest w stanie przekonująco wykazać poprawności proponowanych rozwiązań. Można jedynie argumentować, że – jak dotychczas – nie znaleziono oczywistych niezgodności modelu z obserwacjami. A postulowane tak licznie wymiary przestrzeni? Przecież obserwacje pokazują wyraźnie, że są trzy i nic więcej. Otóż nie. Obserwacje mówią tylko, że nie dostrzegamy innych wymiarów. Może zatem te inne są albo bardzo małe, albo jesteśmy pozbawieni możliwości wyjścia poza nasze trzy, jak chodząca po piłce mrówka – poza dwa. Leżący na podłodze dywan wydaje się płaskim tworem dwuwymiarowym, ale dla mnożących się tam roztoczy to cały wielki trójwymiarowy wszechświat.

Przedstawione teorie są najeżone pojęciami stawiającymi wysokie wymagania dla wyobraźni czytelnika. Niech nas nie zmyli obrazowy język w rodzaju: materia i promieniowanie, gwiazdy i galaktyki tańczą na kosmicznej scenie w myśl scenariusza napisanego przez prawa fizyki. Autorzy czasem dokładają starań, aby trudne pojęcia przybliżyć laikom (jak w przypadku mrówki i dywanu), ale nie robią tego zbyt często. Zatem czytać trzeba powoli i – nie będę ukrywał – czytać ze zrozumieniem nie jest łatwo. Nie oznacza to, że forma jest ciężka. Przeciwnie, książka jest pisana z bardzo osobistej perspektywy obu autorów. Zostajemy świadkami, jak w ich głowach dojrzewają, a niekiedy więdną, poszczególne elementy teorii, jak na spotkaniach naukowych i w całkiem nieformalnych rozmowach pojawiają się nowe pomysły, które następnie "docierają się" w dalszych dyskusjach, są wreszcie potwierdzane bądź odrzucane ścisłymi rachunkami. Poznajemy in statu nascendi naukę z najwyższej półki.