Chúng ta biết mọi vật thể trong vũ trụ đều có thể được miêu tả qua ba thông số: chiều dài, chiều rộng và chiều cao. Nếu thêm thời gian thì sẽ có bốn thông số để miêu tả sự kiện trong vũ trụ. Thí dụ, nếu tôi muốn gặp ai đó ở thành phố New York, tôi sẽ nói ta gặp nhau ở phố 42, đại lộ 5, tầng mười, vào buổi trưa. Nhưng với nhà toán học, tọa độ với chỉ ba hay bốn thông số có vẻ được áp đặt tùy tiện, vì chẳng có gì đặc biệt ở ba hay bốn chiều. Vì sao đặc tính căn bản nhất của vũ trụ vật lý lại được miêu tả bằng những con số tầm thường như vậy?
Do đó, các nhà toán học không thấy có vấn đề gì với lý thuyết dây. Nhưng để hình dung những chiều không-thời gian cao hơn, các nhà vật lý thường dùng phương pháp loại suy. Thuở nhỏ, tôi thường ngồi hàng giờ ngắm Vườn trà Nhật Bản ở San Francisco. Nhìn cá bơi trong hồ nông, tôi tự hỏi mình một câu mà chỉ trẻ con mới nghĩ ra: “Nếu là cá thì sẽ thế nào nhỉ?” Thế giới của cá chắc khác lạ lắm, tôi nghĩ. Có lẽ chúng nghĩ vũ trụ chỉ có hai chiều. Chúng chỉ bơi trong không gian hẹp, di chuyển ngang sang các bên, không bao giờ đi lên hay đi xuống. Bất kỳ con cá nào dám nói đến chiều thứ ba bên ngoài cái hồ chắc sẽ bị coi là lập dị. Rồi tôi tưởng tượng một chú cá dưới ao cười khẩy khi ai đó nói về siêu không gian, vì vũ trụ chỉ là những gì ta sờ thấy và cảm nhận được, vậy thôi. Tôi tưởng tượng tiếp mình tóm một chú cá và nhấc lên thế giới “bên trên”. Nó sẽ thấy gì? Nó thấy những sinh vật di chuyển không cần vây. Một định luật vật lý mới. Những sinh vật thở không cần nước. Một định luật sinh học mới. Tôi hình dung mình thả chú cá khoa học gia trở lại hồ và nó sẽ giải thích cho một chú cá khác về những sinh vật khó tin sống ở thế giới “bên trên”.
Chúng ta có thể cũng giống những con cá đó. Nếu lý thuyết dây được chứng minh là đúng thì có nghĩa vẫn còn những chiều không gian khác bên ngoài thế giới bốn chiều quen thuộc của chúng ta mà chúng ta chưa nhìn thấy. Nhưng những chiều cao hơn kia nằm ở đâu? Một khả năng là sáu chiều đó đã bị “cuộn lên cao” và ta không thể nhìn thấy. Hãy hình dung bạn lấy một tờ giấy và cuộn chặt nó lại thành ống. Tờ giấy vốn là hai chiều, nhưng khi cuộn lại như vậy, nó biến thành ống một chiều. Nhìn từ xa, bạn chỉ thấy ống một chiều, nhưng thực tế nó vẫn là hai chiều.
Tương tự, lý thuyết dây nói rằng vũ trụ nguyên thủy có mười chiều rõ rệt, nhưng vì một lý do nào đó, sáu chiều đã cuộn lên, khiến ta có ảo giác là thế giới chỉ có bốn chiều. Tuy nghe có vẻ hoang đường, nhưng hiện tại nhiều chuyên gia đang nỗ lực tìm cách đo lường những chiều cao hơn này.
Nhưng những chiều cao hơn giúp ích gì cho việc thống nhất thuyết tương đối và cơ học lượng tử? Khi cố gắng kết hợp lực hấp dẫn, lực hạt nhân và lực điện từ vào một lý thuyết duy nhất, bạn sẽ thấy bốn chiều không đủ “chỗ” cho chúng. Chúng như những mảnh ghép không khớp nhau. Nhưng nếu bổ sung thêm các chiều, bạn sẽ có đủ “chỗ” để hợp nhất các lý thuyết thành phần này, chúng giống như các miếng ghép khớp lại tạo thành bức tranh tổng thể hoàn chỉnh.
Một thí dụ khác, hãy tưởng tượng thế giới hai chiều trong Flatland (Miền đất phẳng). Các cư dân trong thế giới này trông giống những chiếc bánh quy, chỉ có thể đi sang trái hoặc sang phải, không bao giờ đi “lên”. Bỗng nhiên có một tinh thể ba chiều thật đẹp phát nổ, các mảnh vỡ rơi xuống Flatland. Suốt nhiều năm, cư dân nơi đây thu thập các mảnh vỡ tinh thể và ghép thành hai miếng lớn. Nhưng dù đã cố gắng hết sức, họ vẫn không thể ghép hai miếng tinh thể cuối cùng này khớp vào nhau. Rồi một ngày, một cư dân đề xuất giải pháp kỳ quặc là nếu họ dựng một miếng “lên”, cho vào chiều thứ ba vô hình, thì hai miếng tinh thể sẽ khớp và tạo thành tinh thể ba chiều tuyệt đẹp. Vậy điểm cốt lõi của việc tái lập tinh thể là đưa các miếng ghép vào chiều thứ ba. Khi so sánh, ta thấy hai miếng tinh thể chính là thuyết tương đối và thuyết lượng tử, còn tinh thể là lý thuyết dây và vụ nổ là Big Bang.
Tuy lý thuyết dây tương thích với các dữ liệu, nhưng ta vẫn cần đưa nó vào kiểm chứng thực tế. Mặc dù thí nghiệm trực tiếp đương nhiên là bất khả thi, nhưng hầu hết kiến thức vật lý vốn đều được thu thập gián tiếp. Chẳng hạn, ta biết Mặt Trời cấu thành chủ yếu từ hydro và heli, dù chưa từng có ai ghé đến Mặt Trời. Ta biết cấu tạo của Mặt Trời bằng cách phân tích gián tiếp, khi dùng lăng kính thu ánh sáng Mặt Trời và làm vỡ ánh sáng thành các dải màu. Nghiên cứu các dải màu cầu vồng, ta có thể nhận diện trong đó dấu vết của hydro và heli. (Thực ra, heli được tìm thấy lần đầu không phải trên Trái Đất. Năm 1868, các nhà khoa học tìm ra dấu vết của một nguyên tố lạ khi phân tích ánh sáng Mặt Trời trong một kỳ nhật thực và đặt tên cho nó là “heli”, nghĩa là “kim loại từ Mặt Trời”. Mãi tới năm 1895, dấu vết trực tiếp của heli mới được phát hiện trên Trái Đất, khi các nhà khoa học nhận ra nó là một loại khí, chứ không phải kim loại.)
