作者：艾薩克.阿西莫夫
在現代科幻小說裏，頻繁地需要快速跨越銀河的大跨度運動。以平常方法獲得的普通速度不足以達到這個目的。因而，宇宙飛船需要通過一種被稱爲“超空間”的特別的東西，在一眨眼的工夫，或者在眨幾下眼的時間裏，我們就能離開太陽系，到達某顆數十光年遠的恆星附近。
什麼是超空間呢？它是科幻作家們無端發明的術語嗎？
嗯，假如你坐在運載工具中，它能夠沿着一條單一線路運動，但是永遠不能離開這條線路。比方，你可以想象它是一列火車，沿着一條鐵路線不停地運動。它能夠沿着這條路線向前或者向後運動但不能走其他路線。另一個例子是電梯，它能夠上下運動但不能走別的路線。
如果這個運載工具停了下來，而你希望確定它的位置，那麼，你只需給出一個唯一的數字。如果你說，電梯在地平面以上27米處，那麼，人們就能準確知道它在什麼位置。如果你說火車在離東部終點站175.4千米處，人們也就準確知道了它在什麼位置。
由於運動被約束在一條路線上，使得只用唯一一個數字就可以確定一個物體的位置，這條路線就被稱爲是一維的。
假設你正遊移於一個大的、平坦的區域。你能夠行走在一條南北走向的直線上，或者行走在一條東西走向的直線上，或者行走在這兩條路線之間的任一條路線上。你能夠自由地改變方向，向左或向右轉一個你想要轉的角度。對於一艘在沒有路徑的海洋上航行的船隻，同樣的情況也成立。
在那種情況下，你不能靠一個數字來確定物體的位置。
假如你家處於某個特定地點，而你外出迷了路。你拿起電話機給家裏打電話，並且請求來人接你。當問及你在什麼位置時，你回答說：“我在離家恰好3.58千米的地方。”
這不夠。會有一個非常惱怒的聲音問你：“是的，可是，在什麼方向？”
現在需要的是兩個數字。你可以說：“我在離家向北2.12千米並且向西2.885千米的地方。”
這樣，纔會有人能夠驅車離家向北2.12千米，然後向西2.885千米，到達你所處的位置。不然，他也可以直接沿着對角線抄近路，這是在西北偏西一點點的位置。爲了知道確切方向，他還不得不知道（或者計算出）與南北線或者東西線所成的精確角度。
在電話裏，你可以說：“我正好在朝北偏西52.75°的方向上離家3.58千米遠的地方。”你仍然要給出兩個數字，這一次給出的是一個距離和一個角度，它們足以確定你的位置。
地球表面上任何局部，或者它的整體，都能夠被繪製在一張紙上。地圖被兩組相交成直角的線條所標記——即緯線和經線。每組中有一條線被稱爲0度線，而每組中的其他線從0度線出發以一種統一的方式用數字標記出來。一旦完成了這件事，地球上的任何位置都能依靠緯度和經度確定下來。
因此，如果有人要去由北緯48.08°和東經11.35°所表示的位置，他將會發現自己處在慕尼黑中部。這兩個數字將是確定方向所需要的一切。
一個能夠用恰好兩個數字確定任何位置的面是“二維的”。
想象第三個基本方向並不困難。不僅存在南北方向和東西方向，還有上下方向。我們是如此習慣於被約束在地面上，以至於我們在考慮位置時常常忽視了上下方向。現在，假定我們試圖確定在某一特定時刻一隻蒼蠅在房間裏所處的位置，或者一架飛機在空中的位置，或者一顆人造衛星在軌道上的位置。
那麼，給出通常的兩個度量就不夠了。你可以說：“飛機位於地球北緯2.55°和西經121.43°上空的準確位置。”
回答會是不耐煩的：“是的，是的，但是，它在海拔多高的高度上？”
我們將需要第三個數字。
藉助於這第三個數字，我們能夠確定房間裏任一點的位置，不僅從前到後，或者從一側到另一側，而且從地板到天花板。我們能夠確定地球上的任一點的位置，不僅在它的表面上，而且在大氣層中的任何位置上，或者在海洋的任何深度上，或者在這顆行星自身的堅固球體內部。
事實上，藉助於3個數字，我們能確定從這裏到銀河系最遠處的空間中任一點的位置，倘若我們一致認定度量開始的某個零點的話。
因此，在這個意義上，空間是三維的。
我們可能需要4個數字嗎？是的，當然。如果我們靠3個數字就能確定房間裏一隻蒼蠅的位置，或者大氣層中一架飛機的位置，或者軌道上一顆衛星的位置，僅僅表示我們在時間方面只考慮一個特定時刻。如果你不這樣做，那麼，就在你獲得位置並且搜尋被定位的目標時，蒼蠅或者飛機或者衛星已經不再在那兒了。它已經離開了。你需要用第四個數字來給出特定的時間，對應這個時間，其他3個數字是確定的。
在這個意義上，時間是第四維，在愛因斯坦的宇宙觀裏，時間必須作爲空間的一個組成部分；因此，我們提到四維時空。
可是，時間，在根本上不同於其他三維。
南北、東西、上下3個維度是可以互換的。假定你有一個立方形的箱子，想要確定它裏面一個點的位置。無須非得將箱子保持在某個固定的位置上。你可以移動它，從而南北向變成了東西向，反之亦然；或者東西向變成了上下向，反之亦然。
因爲這個緣故，你可以任意構造3個維度，只需畫任意兩組相互垂直的線，再畫第三組與前兩組垂直。如果各組以某種方式傾斜，沒有哪一組準確地是南北向、東西向或者上下向的，也根本不成問題。以這種方式給箱子定向，各組線仍將給出3個數字來確定一個點的位置。
時間維度無法用這種方式處理。不管你如何扭曲和旋轉立方體，東西線也決不會變成昨天—明天線，反之亦然。南北線或者上下線也不可能變成昨天—明天線。
此外，如果我們不希望運動，那麼，我們也無須沿着南北線，或者東西線，或者上下線運動。我們可以相對於它們保持靜止。或者，當我們願意時，我們也可以或快或慢地運動。
另一方面，對於時間來說，我們無法靜止，我們無法停留在某一點。我們總是做着告別昨天走向明天的旅行，我們每個人和每個事物，好像都在以一個固定的速度行進。
因此，我們可以獨立於其他3個維度提及時間。我們可以說，四維時空由時間和3個“空間維度”構成。
如果是那樣的話，我們可以問，是否存在或者什麼可能是第四個空間維度呢？存在我們需要用4個數字來確定一個物體在某個給定時間的位置這樣的場合嗎？
從來沒有誰偶然遇到過這種場合，或者發現不需要考慮時間時，還需要用4個數字來確定一個點的位置這樣的情況。
可是，數學家能夠輕鬆地處理想象的物體，在這個物體裏的點需要用4個數，或者5個數，或者55個數，或者數百萬個數來確定位置。
比方，想象一下，一個立方體，從左到右爲10釐米，從前到後爲10釐米，從上到下10釐米。我們知道它有6個面，12條邊圍住這些面，這些線相交於8個頂點。我們能夠計算各個面的面積和這個立方體的體積。
現在，想象一下，這個立方體還有其他種類的廣延性，不僅有左右、前後、上下，而且還有我們可以稱之爲忽此忽彼的其他某些廣延性。
我們無法描述這個新的方向，或者構造一個顯示這個方向的模型，然而，我們能夠想象它存在。在這樣一個立方體中，具有4個不同種類的廣延量，在給定時間確定一個點的位置需要4個數字。這種想象物具有4個空間維度。
數學家能夠輕鬆地指出，這樣一個四維物體由8個立方體圍成。面的總數、邊的總數和頂點的總數可以計算出來，各種長度、面積和體積也都能夠計算出來。
像我剛纔描述過的這樣一個四維物體被稱爲“超立方體”，其中，“超”來自希臘文，意思是“超出”，它的總體積是它的“超體積”。你可以建立維度標度：一維線、二維正方形、三維立方體和四維超立方體。
用相同的方法，你能夠獲得一維圓弧、二維圓面、三維球體和四維“超球體”。
立方體、球體和其他三維圖形在三維空間中是存在的，在三維空間中用3個數字（加上描述時間的第四個數字）能夠確定任何點的位置。因此，超立方體、超球體和其他四維圖形在四維“超空間”中是存在的，在四維“超空間”中用4個數字（加上描述時間的第五個數字）能夠確定任何點的位置。
現在我們知道超空間是什麼了，科幻作家爲什麼要使用它呢？
不幸的是，自從1905年以來，瞭解某些科學知識的科幻作家不得不承受一個非常嚴肅的限制。那一年，愛因斯坦與他的狹義相對論指出，光速是任何已知物體或者現象能夠經歷的最大速度。
光速以地球標準來看是非常大的，因爲它爲每秒299 792.5千米，但考慮到宇宙的大小，這只不過是爬行。
快如光的傳播，到達最近的恆星半人馬座阿爾法星，也需要花費4.3年時間；到達明亮的恆星天津四，需要430年；到達銀河系的中心，需要3萬年；從銀河系的一端到達另一端，需要10萬年；到達仙女座星系，需要230萬年，這是在我們自己星系之外最鄰近的一個大星系；到達最鄰近的類星體，需要10億年；而到達最遠的類星體，需要100多億年。
寫這樣一些故事是可能的，在這些故事中，從恆星到恆星之間花費的很長時間是故事情節的重要部分，然而，在絕大多數情況下，科幻作家可不想讓他們的男、女主人公把有生之年都花費在旅途上。他們寧願在至多兩週時間裏從恆星到達恆星——可是，相對論不允許他們這樣做。
不過，也許這是一個維度問題。
假定我們正在乘船旅行，沿着一條河來來回回。這是一維旅行；沿着河流從A城到B城可能意味着100千米的旅程。
河流可能是蜿蜒曲折的。也許，在A城和B城之間，這條河流繞了個很大的彎。我們只要能在A城棄船越野抄近路，就可以只需通過10千米的旅程到達B城。在那種情況下，通過將一維旅行改換成二維旅行，我們到達目的地就會快很多。
要不然，假定我們沿着陸地或水的表面作二維旅行。船隻必須通過黏性的水前行，要排開這些水是困難的。陸地表面凹凸不平。在水中，每小時50千米是很快的速度，而在陸地上，每小時200千米也是很快的速度。我們可能覺得，以更快的速度運動是相當不切實際的。
可是，我們一轉換到三維旅行並且作穿過空中的運動，更快的速度就立刻變得可能了。一架超音速飛機能夠以每小時3000千米的速度飛行。於是，通過從二維旅行轉換到三維旅行，我們再一次以更快地速度到達了目的地。
也許，這種類推對於更高層次的運動也是成立的。也許，相對論法則只對三維空間適用，而在超空間，任何速度都是可能的。至少，科幻作家能夠假裝就是這樣，而且繼續寫他們的故事。
然而，既然我們知道了超空間是什麼，以及科幻作家爲什麼要使用它，下一個問題就是：超空間真的實際存在嗎？
不幸的是，就我們所知，它不存在。
數學家能夠想象超空間，而且能夠滿懷信心地研究它的幾何性質。科幻作家能夠想象超空間，而且能夠毫無顧忌地虛構便利的物理性質。但是，沒有跡象表明，超空間能在數學或者文學想象之外存在。沒有它真實存在的證據，哪怕是最微小的證據——至少迄今爲止是這樣。
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版權信息
書名：不羈的思緒：阿西莫夫談世事
作者：（美）艾薩克·阿西莫夫（Asimov，I）
譯者：江向東 廖湘彧
ISBN：9787542858887
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