Kaku, wykładowca fizyki na City College of New York, to niezwykła postać w świecie współczesnej nauki. Niezwykle pomysłowy człowiek oraz prawdziwy tytan pracy. Już jako nastolatek postanowił sprawdzić, czy da się wyprodukować antymaterię, czyli substancję zachowującą się jak zwykła materia, ale w kontakcie z nią ulegającą anihilacji. W tym celu w garażu swojego domu zbudował betatron (prosty akcelerator cząstek elementarnych).

Na studiach zaangażował się w tworzenie teorii strun, nazywanej czasami teorią wszystkiego. Ma ona opisać wszystkie podstawowe siły występujące w przyrodzie. Dziś jest jednym z największych ekspertów w tej dziedzinie, autorem kilkunastu książek naukowych oraz ponad 70 artykułów na temat teorii superstrun, supergrawitacji oraz supersymetrii.

Mimo kwitnącej kariery naukowej prof. Michio Kaku jest także megagwiazdą telewizyjnych oraz radiowych programów popularnonaukowych powstających po obydwu stronach Atlantyku. Prowadzi m.in. naukowy talk-show w amerykańskiej sieci Talk Radio Network, do którego zaprasza laureatów Nagrody Nobla oraz czołowych badaczy w takich dziedzinach jak podróże w czasie, czarne dziury, podróże kosmiczne czy sztuczna inteligencja.

Jednak największą sławę przyniosły Kaku książki popularnonaukowe. Trzy z nich - "Hiperprzestrzeń”, "Wizje, czyli jak nauka zmieni świat w XXI wieku” oraz "Wszechświaty równoległe. Stworzenie Wszechświata, wyższe wymiary i przyszłość kosmosu” - ukazały się w Polsce. Najnowsza - "Physics of Impossible” - jest obecnie wielkim hitem w Stanach Zjednoczonych, od czterech tygodni znajduje się na liście bestsellerów "New York Timesa”.

Kup sobie miecz świetlny i ruszaj do sąsiedniego wszechświata

ANNA PIOTROWSKA: W swej najnowszej książce "Physics of the Impossible” pisze pan o tym, co jest możliwe, a co niemożliwe w nauce. Muszę więc zapytać od razu: co z podróżami w czasie? One wciąż tak mocno pobudzają naszą wyobraźnię. Czy kiedyś będziemy mogli cofnąć się w czasie - np. po to, żeby zabić Adolfa Hitlera tuż przed początkiem jego politycznej kariery?
MICHIO KAKU: Tak, będziemy mogli to zrobić, ale jest w tym pewna pułapka. Einstein powiedział, że czas jest jak rzeka, która przyspiesza albo zwalnia. Od niedawna wierzymy również, że rzeka czasu może mieć wiry oraz rozdzielać się na odrębne strumienie. Paradoksy czasowe da się wytłumaczyć, używając tej właśnie analogii. Gdy rzeka czasu rozdziela się i przeskakujemy z jednego jej koryta do drugiego, możemy zmienić przeszłość kogoś innego, ale nie naszą. Po prostu wkraczamy do wszechświata równoległego. Osoby, które tam spotykamy, jak na przykład Hitler, są genetycznymi bliźniakami znanych nam ludzi, ale tak naprawdę są kimś innym, bo żyją w innym wszechświecie. Stąd prawdopodobnie nie możemy zmienić własnej przeszłości. Nie powstaje też paradoks czasowy. Nawet jeśli zabijemy własnych rodziców przed naszymi narodzinami, oznacza to tylko, że zamordowaliśmy ludzi, którzy byli genetycznie tacy sami jak nasz ojciec i matka. Ale tak naprawdę nimi nie byli, bo nasi rodzice dali nam życie i nic tego nie zmieni.

Pisze pan, że tylko prekognicja, czyli przewidywanie przyszłości, oraz perpetuum mobile łamią prawa fizyki. Wszystkie inne zwariowane pomysły - jak wehikuł czasu czy pola siłowe - naprawdę są możliwe?
Po dwóch tysiącach lat ciężkiej pracy fizycy odkryli dwa fundamentalne prawa fizyki: teorię kwantową oraz teorię względności Einsteina. Pierwsza opisuje własności materii na poziomie mikroskopowym, czyli pojedynczych atomów lub cząsteczek subatomowych. Druga własności obiektów bardzo dużych, na przykład czarnych dziur czy rozszerzającego się wszechświata. Jak dotąd w ramach przeprowadzonych eksperymentów nie zarejestrowaliśmy żadnych odstępstw od tych dwóch teorii. Posiadane przez nas dane potwierdzają je z dokładnością 1 do 10 miliardów. Nie zezwalają one na istnienie perpetuum mobile ani prekognicji. Perpetuum mobile łamie bowiem zasadę zachowania energii, a prekognicja związki przyczynowo-skutkowe. Co jednak zaskakujące, zarówno teoria kwantowa, jak i teoria względności dopuszczają możliwość istnienia wielu koncepcji rodem z powieści science fiction, na przykład podróży w czasie, niewidzialności, teleportacji itd. Dlatego my, fizycy, możemy przewidywać pojawienie się różnych nowych technologii. I te prognozy mają realne podstawy.

Są więc tylko dwie rzeczy niemożliwe do zrealizowania. Dlaczego dawniej naukowcy tak często deklarowali, że jakieś urządzenia czy wynalazki nigdy nie powstaną? Na przykład bomba atomowa?
W XIX wieku ówcześni uczeni, na przykład wiktoriański fizyk Lord Kelvin, stworzyli wiele teorii naukowych, z których większość okazała się nietrafiona. Nie znali bowiem jeszcze wszystkich fundamentalnych praw natury. Nie zdawali sobie sprawy z istnienia sił jądrowych, które wiążą protony i neutrony w jądrze atomu. Lord Kelvin był przekonany, że wiek Ziemi nie może przekraczać kilku milionów lat. Nie miał jednak pojęcia, że siły jądrowe są w stanie podgrzewać wnętrze naszej planety przez miliardy lat. Sądził też, że promieniowanie rentgenowskie to żart, ponieważ pod koniec XIX wieku natura tego promieniowania nie była jeszcze dobrze poznana. Tak samo Lord Rutherford, który odkrył jądro atomu, uważał, że budowa bomby atomowej to fantazja, kompletnie nierealny pomysł. W obydwu przypadkach ich pomyłki były usprawiedliwione, gdyż nie pojmowano jeszcze wtedy natury sił jądrowych.

Które z naukowych deklaracji z przeszłości to najbardziej spektakularne wpadki?
Najnowszy przykład błędnej przepowiedni dotyczy niewidzialności. Na wszystkich wykładach z optyki uczyliśmy (w tym i ja), że niewidzialność jest niemożliwa, bo światło nie może owinąć się wokół obiektu i wyprostować po jego drugiej stronie, tak jak woda opływa i przykrywa głaz w korycie rzeki.
Dwa lata temu okazało się jednak, że byliśmy w błędzie. Naukowcy z amerykańskiego Duke University stworzyli nową substancję zwaną metamateriałem, która jest zdolna do zaginania promieniowania mikrofalowego (niewidocznego dla ludzkiego oka) dokładnie tak jak woda otacza głaz. W ten sposób przedmiot z metamateriału staje się niewidzialny w zakresie tego promieniowania. Natomiast zaledwie pół roku temu naukowcom z Cal Tech w Kalifornii, niemieckiego uniwersytetu w Karlsruhe oraz Ames Laboratory w Iowa udało się na poziomie mikroskopowym zagiąć czerwone i niebiesko-zielone światło lasera. Oznacza to, że w przeciągu kilku najbliższych dekad będziemy mogli skonstruować prostą wersję peleryny-niewidki Harry’ego Pottera. Urządzenie to prawdopodobnie będzie przypominać nie płaszcz, lecz cylinder. Tu jednak pojawia się problem z oczami. Znajdująca się w środku tego urządzenia osoba będzie musiała obserwować otoczenie, czyli w cylindrze potrzebne będą otwory. To z kolei oznacza, że patrząc z zewnątrz na ukrytego pod cylindrem-niewidką człowieka, zauważymy płynące w powietrzu gałki oczne!

Nietrafione przewidywania spowalniają rozwój nauki?
Czasami. Ale bywa i tak, że go stymulują. Na przykład pewnego razu kosmolog Stephen Hawking ogłosił, że podróże w czasie są niemożliwe, bo niezgodne z prawami fizyki. To przypuszczenie skłoniło wielu naukowców do szukania dowodów na to, że podróże w czasie są sprzeczne z teorią kwantową i teorią względności. Po latach ciężkiej pracy Hawking poniósł porażkę. Do dziś, mimo wysiłków najlepszych uczonych świata, nie udało się potwierdzić, że znane nam prawa fizyki wykluczają podróżowanie w czasie. Sam Hawking przyznaje teraz, że podróże w czasie mogą być możliwe - oczywiście nie w praktyce, gdyż nie dysponujemy odpowiednimi do tego technologiami - ale teoretycznie. My, fizycy, mamy takie powiedzenie: Gdy coś nie jest zakazane, to musi być możliwe. Wynika z niego, że podróże w czasie są wręcz konieczne z punktu widzenia praw fizyki.

Twierdzi pan, że już za kilkadziesiąt lat będziemy mogli używać cylindrów-niewidek, posługiwać się polami siłowymi, pewnym formami teleportacji i telepatii. Co pojawi się pierwsze?
Biorąc pod uwagę tempo prowadzonych obecnie badań, myślę, że cylindry-niewidki będziemy mieli już za kilka dekad. Przez ten czas nauczymy się również teleportować molekuły takie jak DNA, a może nawet wirusy. W podobnym horyzoncie czasowym umieściłbym też maszyny do telepatii (bazujące na skanowaniu fal mózgowych i sondach umieszczanych bezpośrednio w mózgu). Natomiast na statki kosmiczne i silniki na antymaterię będziemy musieli trochę zaczekać. Ich zbudowanie może nam zająć całe stulecie. Jeszcze później, za kilkaset lat, zyskamy zdolność teleportowania całej osoby.

Czy naprawdę można czytać w czyichś myślach? Albo przesuwać przedmioty za pomocą myśli?
Już teraz, badając pracę mózgu za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), możemy czytać trochę w myślach. Na przykład kiedy kłamiemy, zużywamy więcej energii, niż wtedy, gdy mówimy prawdę, bo kłamiąc, musimy rozumieć zarówno prawdę, jak i nasze zmyślenie oraz jego konsekwencje. To można łatwo rozpoznać dzięki skanowi fMRI, który pokazuje, kiedy nasz mózg potrzebuje więcej energii. Oczywiście nie jest to jeszcze dosłowne czytanie w myślach. Sygnalizuje jednak istnienie pewnego potencjału, który w przyszłości może zaowocować powstaniem "słownika myśli”. Poszczególne myśli i emocje będą w nim przypisane różnym częściom mózgu, co pozwoli nam zamieniać znane wzory fal mózgowych na słowa. Inną technologią, która rozwinie się w przyszłości, będą umieszczane w mózgu elektrody, bezprzewodowo łączące się z komputerami. Za pomocą takiego urządzenia już teraz naukowcom z Brown University udało się pomóc sparaliżowanej ofierze wylewu, która, choć całkowicie odcięta od świata zewnętrznego, jest w stanie odpowiadać na e-maile, surfować po sieci, a nawet grać w gry komputerowe. W przyszłości nawet zdrowi ludzie będą mieli w swoich ciałach implanty, pozwalające im korzystać z internetu wyłącznie za pomocą myśli. Również pewne formy psychokinezy, czyli przesuwania przedmiotów dzięki sile umysłu, będą możliwe, szczególnie w przypadku osób sparaliżowanych. Wyobraźmy sobie maleńkie magnesy umieszczone w różnych przedmiotach i połączone bezprzewodowo z komputerem. Komputer będzie wyłapywał nasze myśli o tych przedmiotach i za pomocą magnesów nimi poruszał.

A co z polami siłowymi? Czy będziemy je mogli wykorzystać np. do ochrony naszego domu lub samochodu?
Pola siłowe, jakie znamy z powieści science fiction, nigdy nie powstaną, ponieważ ich koncepcja stoi w sprzeczności ze znanymi właściwościami siły elektromagnetycznej, sił jądrowych czy grawitacją. Jednak w laboratoriach udało się już stworzyć coś, co jest zbliżone do pola siłowego. To okna plazmowe. Plazma to gorące, zjonizowane gazy (takie, jakie znajdują się wewnątrz Słońca, pioruna czy telewizora). Mogą być one kontrolowane przez pole elektryczne oraz magnetyczne. W statku kosmicznym okno zbudowane z plazmy będzie w stanie oddzielić próżnię kosmiczną od jego wnętrza, co jest jednym z zastosowań pola siłowego. Pole siłowe da się wzmocnić na kilka innych sposobów. Na przykład za pomocą sieci silnych promieni laserowych, które stworzą dodatkową niewidzialną tarczę. Także siatka włókienek z mikroskopijnych węglowych nanorurek jest w stanie wygenerować silną, niewidoczną dla ludzkiego oka barierę. A więc połączenie okien plazmowych, promieni lasera i węglowych nanorurek mogą dać osłonę, która będzie wystarczająco gorąca, by zniszczyć obiekty chcące się przez nią przebić. Gorąca plazma może być również użyta do produkcji mieczy świetlnych, takich jakie znamy z "Gwiezdnych wojen”. Z rączki miecza będzie wysuwać się tuba emitująca plazmę, która będzie zdolna przeciąć stal. Z takimi urządzeniami jest jednak pewien problem - w ich uchwycie trzeba umieścić przenośny system zasilania, nieosiągalny dla współczesnej technologii.

Od wielu lat ludzie marzą o zbadaniu innych systemów planetarnych. Jak będą wyglądały statki, które polecą do dalekich gwiazd?
Takie statki powstaną za co najmniej sto lat. Dzięki fizykom wiemy już, jak mniej więcej będą one wyglądać. Mogą to być statki zdolne zbierać rozproszony w kosmosie gaz wodorowy, który zostanie wykorzystany jako paliwo. W tym przypadku energię pozyskiwalibyśmy drogą fuzji termojądrowej. Obecnie co prawda nie potrafimy w pełni kontrolować tego procesu, nawet w warunkach laboratoryjnych, ale statek z takim napędem mógłby w zasadzie lecieć bez końca. Można też wyposażyć statek kosmiczny w gigantyczne żagle, zrobione z bardzo cienkiego materiału. Za pomocą ogromnego zespołu laserów umieszczonych na Księżycu takiemu pojazdowi nadamy prędkość równą nawet połowie prędkości światła. Przekątna kosmicznych żagli może liczyć nawet setki kilometrów. Silniki na antymaterię także mogą napędzać statek kosmiczny, problem jednak w tym, że pozyskanie antymaterii jest obecnie ekstremalnie drogie. Powinno to się jednak zmienić w ciągu najbliższych stu lat. Ostatnim sposobem na podróże do dalekich gwiazd jest budowa całej armii maleńkich nanostatków w formie mikroskopijnych igiełek. Ponieważ będą one ultralekkie, łatwo nadamy im dużą prędkość i wyślemy całymi milionami do odległych systemów gwiezdnych. I choć tę podróż przetrwa zaledwie garstka z nich, to wystarczy. Każda igiełka będzie posiadała moc superkomputera. Wylądują na odległym księżycu czy asteroidzie, zbudują nadajnik radiowy i wyślą wiadomość na Ziemię. By jednak podróżować szybciej niż światło, potrzebujemy całkowicie nowego rodzaju fizyki, która wykorzystuje wormhole, czyli skróty przez czas i przestrzeń w formie tuneli.

Według pana podróże w czasie, podróże z prędkością większą od światła z wykorzystaniem wormholi oraz wizyty w innych wszechświatach będą możliwe za kilkaset, kilka tysięcy lat. Na jakiej zasadzie będzie działał wehikuł czasu?
Jest bardziej niż prawdopodobne, że będzie to urządzenie wytwarzające tunel czasoprzestrzenny, czyli właśnie wormhola. Takim wormholem mogło być zaczarowane lustro, przez które przechodziła Alicja. Kiedy dziewczynka wetknęła do niego rękę, została natychmiast przeniesiona z okolic Oksfordu do Krainy Czarów. Już dzisiaj możemy obliczyć ilość energii niezbędną do otwarcia tunelu w czasie i przestrzeni. Jest ona ogromna, rzędu energii czarnej dziury. Stąd podróże w czasie są nie dla nas lecz dla naszych potomków.

Czy podobne tunele czasoprzestrzenne można spotkać w naturze i czy da się je wykorzystać?
W centrum obracającej się czarnej dziury jest wirujący pierścień i wormhol. Kiedy przez niego przejdziesz, nic ci się nie stanie, tylko wkroczysz do równoległego wszechświata. Jeszcze do niedawna sądziliśmy, że to droga w jedną stronę. Ostatnio fizycy znaleźli jednak dowód istnienia dwukierunkowego wormhola, przez który można przejść i wrócić bez żadnego uszczerbku na zdrowiu.

Wyobraźmy sobie, że mamy niewyczerpane źródło energii. Jak będą wyglądały maszyny do otwierania wormholi?
Będą tak wielkie, że trzeba je będzie budować w kosmosie. Prace nad nimi zajmą cywilizacji znacznie bardziej zaawansowanej niż nasza setki jeśli nie tysiące lat. Ale powstanie takiej konstrukcji ma sens. Z danych zebranych przez satelity wynika, że nasz wszechświat umiera. Rozszerza się tak gwałtownie, że pewnego dnia panująca w nim temperatura spadnie do zera absolutnego. Oznacza to, że za tryliony lat kosmos zginie skuty lodem. A wraz z nim przepadnie inteligentne życie. Jest tylko jeden sposób, by wyjść z tego cało – opuścić umierający wszechświat. W przyszłości nasza cywilizacja może dysponować technologią pozwalającą na otwarcie wrót do innych wszechświatów. Śmierć tego naszego niekoniecznie musi oznaczać zagładę nas samych.

*Michio Kaku, światowej sławy fizyk, autor wielu książek popularyzujących naukę. Obecnie dziekan katedry fizyki teoretycznej Uniwersytetu Nowojorskiego

Słowniczek

Pole siłowe
Wynalazek często występujący w filmach oraz literaturze SF. Najczęściej przybiera postać przezroczystej bariery niepozwalającej się przedostać na zewnątrz (pomieszczenia czy statku) ludziom, powietrzu czy promieniom lasera. Wiadomo, że urządzenie generujące to pole musi posiadać potężne źródło zasilania. Według Michio Kaku taka forma pola nie jest możliwa do stworzenia, bo łamie znane prawa fizyki. Da się jednak stworzyć okna plazmowe, których podstawą będą gorące zjonizowane gazy kontrolowane przez pola magnetyczne. Będą one spełniały te same zadania, co pola siłowe.

Silnik na antymaterię
Urządzenie, w którego komorze dochodzi do połączenia cząstek materii oraz antymaterii. W wyniku tego procesu dochodzi do anihilacji zgromadzonego materiału i wyzwolenia się ogromnych ilości energii. Nad takim silnikiem pracuje obecnie NASA. Największym problemem jest stworzenie komory, w której bez wchodzenia w kontakt ze zwykłą materią będzie przechowywana antymateria. Innym problemem, z którym borykają się uczeni, są niezwykle wysokie koszty pozyskania antymaterii. Ceny tego paliwa powinny spaść w ciągu najbliższych stu lat.

Wormhol (ang. "wormhole”) - tunel czasoprzestrzenny
To przejście między różnymi wszechświatami lub między różnymi częściami tego samego wszechświata. Tego rodzaju twory często pojawiają się w książkach i filmach SF oraz w grach komputerowych. Przyjmują najrozmaitsze postaci, np. luster (jak w "Alicji w Krainie Czarów”). Możliwość istnienia wormholi przewiduje ogólna teoria względności Einsteina. Niektórzy fizycy twierdzą, że tunele czasoprzestrzenne otwierają się we wnętrzu czarnych dziur. Nawet gdyby tak było, nierozwiązanym problemem pozostaje, jak z nich korzystać (wewnątrz czarnej dziury grawitacja jest tak silna, że rozrywa nie tylko atomy, ale i wchodzące w skład ich jąder protony i neutrony). Stąd wormhole pozostają hipotetycznym pomysłem na podróże w czasie i przestrzeni.