Viaggi nello spazio e nel tempo
Lo spazio-tempo che emerge dalla teoria della relatività di Einstein può addirittura curvarsi, in presenza di gravità. Che cosa vuol dire questa affermazione? Che la materia induce una curvatura nella metrica dello spazio-tempo. Un esempio che si fa comunemente per spiegare questo fenomeno è il seguente: si può rappresentare la struttura dello spazio tempo senza materia e senza gravità come un telo elastico teso. Se, però, poggiassimo una biglia sul telo, vedremmo che il telo si deforma. Allo stesso modo, in prossimità di una stella si deforma la struttura dello spazio-tempo.
Nello stesso esempio, oltretutto, la sferetta che piega il telo genera anche una forza. Se un'altra sferetta più piccola si trovasse vicino a lei, cadrebbe fino a toccarla. Allo stesso modo, lo spazio-tempo deformato da una stella genera una forza: la forza di gravità. Un qualsiasi oggetto che si trovi in prossimità della stella, infatti, è attratto dalla sua forza gravitazionale e tende a “cadere” sopra di essa. La gravità, insomma, nella relatività generale, ha un'origine geometrica: è un effetto della curvatura dello spazio-tempo prodotta dalla materia.

Mondi bizzarri
Uno spazio tridimensionale curvo, tra l'altro, si può rappresentare come uno spazio curvo immerso in uno spazio “piatto” a quattro dimensioni, mentre uno spazio-tempo curvo corrisponde a uno spazio quadridimensionale immerso in uno “spazio piatto” a cinque dimensioni. Tutto ciò non aggiunge dimensioni alla nostra realtà, ma ci proietta in uno spazio matematico astratto, fatto di un numero di dimensioni più elevato, fino a un massimo di cinque.
In uno spazio-tempo siffatto, e in presenza di campi gravitazionali così intensi da produrre significanti curvature, si possono ottenere situazioni molto bizzarre. Si possono concepire distorsioni tali da consentire il viaggio nel passato; oppure stelle così compatte, come i buchi neri, che curvano lo spazio fino a produrre una singolarità, cioè un punto con curvatura infinita come la punta di uno spillo; oppure cunicoli spazio-temporali (i cosiddetti wormhole) che collegano punti distanti nello spazio e nel tempo. Oppure, infine, punti di contatto con altri universi che sarebbero altrimenti completamente scollegati dal nostro.

Einstein incredulo
La teoria della relatività, in ogni caso, anche se sconvolge le tradizionali cognizioni di spazio e di tempo, non introduce veramente dimensioni spaziali aggiuntive negli schemi teorici. Introduce, al più, il concetto che lo spazio (e anche lo spazio-tempo) si può curvare.
Nel 1919, però, il fisico Theodor Kaluza (1885-1954) andò oltre questa visione e cercò di ampliare la teoria della relatività di Einstein, ipotizzando l'esistenza di una quarta dimensione spaziale arrotolata su sé stessa. Perché arrivò a quest'ipotesi? Lo fece nel tentativo di formulare una “teoria del tutto”, capace cioè di dare una descrizione geometrica a tutta la realtà, generalizzando perfino la relatività generale di Einstein (che dà una spiegazione geometrica soltanto alla gravità).

Dimensioni arrotolate
L'ipotesi di Kaluza era che esistesse una dimensione spaziale aggiuntiva e invisibile, arrotolata su se stessa, e che la carica elettrica di un oggetto corrispondesse a vibrazioni attorno alla dimensione nascosta. La carica dell'elettrone, in questo contesto, corrisponderebbe alla vibrazione con la frequenza minima possibile, così come anche una corda di violino ha una frequenza minima di vibrazione e tutte le altre frequenze possibili sono multipli della frequenza fondamentale.
Kaluza, che era uno scienziato giovane e poco conosciuto, inviò i suoi studi ad Albert Einstein affinché questi lo appoggiasse nella pubblicazione. Einstein, però, ci mise circa un paio d'anni prima di convincersi ad appoggiare ufficialmente il lavoro, che fu infine pubblicato.