鱼终身都在游水，关于水它知道些什么？
这是阿尔伯特 · 爱因斯坦（Albert Einstein）许多朴实而深刻的评论之一，他通过这些评论显示了，他对把它的结构给予我们的世界和把“我们”与“我们周围的世界”连结起来的相互关系达到了出神入化的程度。
我在这篇讲演中的主题是在爱因斯坦的根本问题中所隐含的联系和界说。我想要以下述方式加以探讨，这种方式将是朴素的，但是我希望它不带较多的偏见——而偏见对于该主题本身来说则是重要的——我们正是用这种方式推进我们关于我们周围的自然界的“客观”知识的；尤其是，我将探讨这种知识的限度以及它的客观性的限度。我的论点将是，在某一水准上，某种将以基本的方式包含在人的本性中的东西可能消融和代替客观性，而人正是因这样的客观性认为他自己是从外部考察自然的；因此，自然界将不再在人之外，而是要依赖人对它的界说：宇宙是人工制品。
在我开始之前，我愿讨论一下我们关于自然界的知识的限制的种类，我之所以考虑到这一点，是因为它为辩论设立了舞台。正如我看到的，在这里对这样的知识有四种限制，我将以它们不断增加的深度为序，粗略地处理一下它们。
第一种限制本质上是平常的，可是我还是应该为提及它而辩护，尽管这并非由于它确实是最严重的实际妨害这一事实：对于我们的经验来说，我们有适合于我们的空间和时间尺度，在科学探索的两个有限的前沿，即物质的基本结构（如果存在着这样的结构的话）和物质能够加以排列的宏伟的设计（如果存在着这样的设计的话）中，无论我们具有什么种类的兴趣，我们发现，这种兴趣都会导致我们询问一些处理越来越细微的详情的问题，导致我们追求我们实验装置的越来越大的分辨能力。无论我们挖掘得多么深，我们感到我们需要挖掘得再深一些，因为我们手头没有对极小或极大的科学探索的样板，这与从中引出上面的隐喻的考古学或，地质学不同，虽然我们老是能够确信达到最深的地层：这样的边缘科学不能识别根本原理，即使揭示出根本的原因，可是我们从来也不能担保基本原理被发现了。
在这一交界处，物理科学家想起“神秘复杂的原因”，生物科学家想起“没有跳蚤吃较小的跳蚤”，这都达到同一事物，但是，毫不宽容的是，对细微的详情的探索要求尺度越来越大的装备，而详情似乎总是深入地，揭示内部的机制。我们之所以需要越来越大的装备，是由于我们探索越来越细微的详情，是由于我们在追寻终极秩序中探究到越来越深奥的幽深处。正如乔治 · 克里斯托夫 · 利希滕伯格（George Christoph Lichtenberg）早在1780年所写的：“为了看到某种新东西，人们必须建立某种新东西。”
但是，这里出现了我们的平常的限制：越来越大意味着花费越来越多，世界性的生产总值利用的总数在目前总有一个限度，无论如何也不可能催促我们把它都用于这些事情。正如塞缪尔 · 巴特勒（Samuel Butler）在上世纪所写的：“我们将永远说服不了其时间就是金钱的人对原子产生莫大的兴趣。”但是，即使我们有取之不竭的财政来源，我们的世界本身的规模却是有限的：正如费米（Fermi）注意到的，不能建造一个比环绕赤道并用我们能够得到的最好磁场装备起来的加速器更好的加速器了。你也许说，从我们征服空间的观点来看这一限度是微不足道的，这似乎容许我们建造无限尺度的加速器。但是，我们将用什么建造这些加速器呢？即使我们耗尽了行星和太阳的材料资源——这些天体的物质似乎并不完全适合于用来建造加速器的目的——我们依然受到限制。想象地走出太阳系去搜寻我们的材料，我们从我们征服空间中得到了真正的教训：我们在宇宙飞船上，地球永远是孤零零的、独一无二的。因为一旦我们超越太阳系去考察，我们就碰到了空间这枚硬币的另一面——时间；我们开始认识到人只能活100岁左右这一事实科学含义。
仅仅在几年前，一个人在他的博士学位研究期间也许要完成3个或4个实验，如果他在这一行业继续干下去，那么此后在他其余的工作生涯中恐怕要作几十个之多的实验。但是，早在大科学中，从获得学位到完成一个实验，典型地要花费5年时间，然后要花费10年或更多的时间作实验，才能在委员会面前就此提出建议。可是，加速器本身必须搞得较大，这必然要用很长时间，即使用源源不断的财源建造比现有的最大加速器仅大10倍的加速器；也就是，要建造的加速器大概是20英里宽或20英里长。在这样的加速器上作实验相应地规模庞大、时间漫长；为了实施单一的实验计划，我们正在接近至少10年的时间尺度，肯定在不久之后要接近几十年的时间尺度。
这样一来，许多哲学博士研究生即使在今天正在看不到他们获得自己学位的实验的开端或终结，我们即使在今天正在趋近一个实验了终身的阶段：实验的正常时间尺度接近实验者的正常时间尺度。早在我们飞向α半人马座搜寻更多的材料之前很久，我们将面临这一平常的、但却是重要的具有人的特点的限制，即人的寿命太短暂了。当我们着手100年长的实验时，这便要从搞学术的父亲传递给搞学术的儿子，那么我们将不会有许多乐于干此事的人，而要从事需要1000年才能完成的实验，我甚至看不到建立学术王朝的可能性。
在这一点上值得暂停一下，以便就常常把大加速器和大教堂相提并论这一作法发表一点评论。尽管许多教堂用了几百年才建成今天这个样子，他们还是这样作了，那么我为什么要把几百年看作是建设加速器或进行实验的妨碍呢？基本的差异点在于，在教堂的情况中，唯一有关的实验已经完成了——大约在2000年前，教堂不是为回答问题而建设的，因为所有的答案都是已知的；这就是基本的差异点；除了教堂是否会倒坍外，没有什么需要询问或回答的问题。教堂建设的每一个阶段、对教堂的每一次修整、每一回在教堂内做礼拜，都把教堂本身的荣耀给予上帝。你不必等待到这所建筑物完工才达到目的；成就和满足是连续不断的。这所建筑物也不必是完美无缺的，以便你在适当的时候由于你为它付出的劳动而在天国接受你自己的报偿，诚然，当建设竣工时，当庞大的队列滚滚而来通过教堂的中殿时，当拱顶回荡着虔诚的信徒的礼拜声时，这是多么宏伟壮观的场面啊！但是，此时此刻只是教堂生命力中的一个标点符号——它没有给礼拜带来性质上全新的东西。为了研究迄今达不到的圣灵的范围，人们没有建设新的教堂。
这里存在着差异：新加速器正好是新教堂不是的东西——新加速器是回答问题和发现迄今未曾料想到的新问题的工具。在加速器出现之前，旧问题必定依然无法解决，新问题必定依然隐而不露，而发现新问题要比回答旧问题更为激动人心，结果是，教士为了毋庸置疑的上帝的荣耀，由于自信地期待他自己应得的报偿，能够愉快地从事教堂的建设，他知道他永远无法看到它的竣工，至少用他的凡人的眼睛是看不到了，但是，当科学家抓住了关于自然界的某个紧要问题的关键性意义，而该问题除非借助某种加速器才能够予以回答之后，他们断定他们永远不能够希望看到加速器的竣工，他们自己永远不能够知道这个紧要问题的答案，在这种情况下他们愿意从事加速器的建造吗？我确信，在我们能够仔细考虑建造计划要跨越多代人之前，我们也许不得不把物理学变成传统意义上的宗教，这种完美的宗教具有它自己的天国，在这个天国内，中间各代的虔诚的辛劳者可能相信，当他们长眠时，紧要问题的答案也许会在他们面前展现出来。
于是，让我们承认，人从来也不会知道所有的答案，甚至从来也不会知道全部的问题。
第二种对知识的限制涉及到形成自然界的力的不同类型的数目，我们在不同的程度上熟悉四种类型的力：引力、电力、把原子核约束在一起的强核力以及通过发射电子引起放射性衰变的弱力。让我们注意，倘若没有所有这四种力的存在，我就不可能在这里发表这篇讲演。要是没有引力，地球永远也不可能通过捕获宇宙物质而增大，即使增大了，它也不会环绕太阳旋转，使我们享受必不可少的太阳光辉的舒适；要是没有电力，原子就不会约束在一起，这样生命问题就不会产生；要是没有强力，就不存在除氢以外的元素，而氢的化学过程对于生命的出现是不合适的；要是没有弱力，恒星就不会发热，生命即便由于最初的原因能出现，但是它要存活几秒钟也是极度地无法适应。
我们对四种类型的力具有可靠的知识，它们中的每一种对于人的存在来说都是不可或缺的，我们希望把这看作是巧合吗？肯定地，假如造物主希望追求荣耀的话，那么他必然会赋予自然界这四种力，以便人能够产生出来，从而献出这一荣耀。用古老的祈祷文来说：
给我们以力量吧，哦，上帝，因为如果你不给我们以力量，我们就不会给你以荣耀，那么谁将是荣耀的获得者呢，啊，上帝？
但是，要点在于，尽管4种已知的力对于在这里发现它们的我们人的存在来说是必不可少的，但是很可能还有其他类型的力，这些类型的力在其本来的范围对于我们的存在不是绝对必要的，但是对于我们理解自然界却是不可或缺的。如果这样的其他类型的力不存在，那才着实令人惊讶呢。这样的其他力可能逃脱了我们的注意，因为它们太微弱了，以至于几乎没有可以识别的效应，或者不管它们是否微弱，因为它们具有这么短的作用范围，以至于与它们的作用范围具体相关的效应，包含在我们的仪器容许我们探测的细微难察的尺度的客体内 · 我们事实上差不多正在确信，在极其微弱和极其短程的这些类别的每一个中都存在一种力，这种弱力是超弱力，它目前唯一的显示似乎只是在中性K介子的衰变中，它事实上也许不可能在一个王朝实验那么短暂的任何其他的前后关系中检测出来，我在前面已把王朝实验描述为毫无吸引力的。新的强力可以称之为超强力，我认为我们正在着手在亚核粒子的星系中寻找它，我们通常把亚核粒子叫作“基本”粒子。
但是，总共有多少个类型的力呢？所有的力是相互独立的、每一个都是独特的吗，或者它们用某种宏伟的设计联系和统一起来，以致每一个都隐含和需要另一个吗？
所有这一切如何构成整体，只能归因于另一种作用与存在。
这是不可翻译的，但是我把这看作预示歌德（Goethe）赞同统一场论 · 然而，另外有人对探求自然界的力的统一的效用持有不同的观点。正如泡刺（Pauli）在谈到爱因斯坦用几十年长的时间尝试统一电力和引力时说'上帝没有让人们把他分开放置的东西联合起来。”
但是在今天，情况好像是，并非电力和引力，而是电力和弱力可以汇集在一个大的综合里，与此同时强力也许正好潜藏在后台，以便从侧翼召回，联合另外两种力。即使我们相信最终的统一，我们也不知道，以这种方式用一系列暂定的部分的统一逐渐把这些力一个接一个地联合起来，是否行得通。我们也许更为自然地期望，除非所有这些力存在，否则这样包捆便不会有最后的意义，因此当某些力依然未被发现时，我们的知识恐怕依然是不完善的。
可能正是自然界中的那些未知的力，大自然永远把它们向我们隐匿起来，因为我说过我们的知识有第一种“平常的”限制，然而这些未知的力却在下述情况下对减缓熟悉的力的后果起着关键性的作用：熟悉的力在这里就其本性而言会在它们起作用的系统内导致灾难性的行为。这样一来，由于对未发现的减缓力一无所知，我们可能用其他手段处理灾变，这些手段也许不必要地侵犯了大自然簿记的基本原则，例如通过对空间和时间提出颗粒状的要求，这便在一个方面冲击了因果性的根基，自然事实上是不可能自己冒险去这样作的。因为，我们对相对简的事实的不可避免的无知，会诱使我们在思考自然界的最深刻的原理时犯大错误。
这一切很可能过分谦恭了。自然界为什么能够正好靠有限数目的不同类型的力运行呢？在这些力中的任何一个或多个的影响下，由相互作用的物质可以建立起无限的结构，正像存在着无限这样的结构一样，难道不可能存在无限等级的力的类型吗？与其举起双手对这样的前景表示绝望，还不如让我们在其中看到一线希望。不同的化学元素的丰富多样性导致把原子结构在理论上解释为很少的简单事实和原理，对于原子核和旧式的“基本”粒子情况也类似，从而我们现在满怀信心地预言原子、核和粒子的不可发现的无限性之存在和特性、其结果，我们发现力的类型的充分激增，也许可以指导我们借助于它们的相互关系把这些力进行经验分类——类似于在门捷列夫（Mendeleev）周期表中把化学元素分类——然后借助于某一根本的原理理解这种分类，从而能够使我们预言未被发现的和不可能发现的力的性质。
对于力的类型的首要关心之点是不同的力在其间作用的客体和与这样的力相联系的自然规律。我们知道我已经提及的四种力，我们猜想还存在其他力，我们同样知道已知的力在其间作用的几种对象：享有全部四种力的强子，完全丧失强力但享有其他三种力的轻子，能被重力偏斜且具有电磁作用但不直接显示出其他两种力的光子。而且我们也知道，自然定律对于四种不同的力也不是完全相同的：一些定律，像伟大的能量和动量守恒定律，似乎是所有的力都遵守的，但是另一些定律，像与镜面对称有关的定律，似乎对某些力是正确的，而对其他力则是不正确的。
于是，不仅自然界包含着不同种类的物质，即通过不同类型的力相互作用的不同类别的客体，而且这些不同的力服从不同的自然规律，因比，即使事实上力的类型的总数是有限度的，我们对这个总数的无知被我们对自然客体的类别（我们通过选择区分它们，它们是由在它们之间起作用的力的类型构成的）的数目的无知混合在一起，进而又被那些未知的力（这些力在那些已知的和未知的，或者在未知的和未知的客体类别之间起作用）所遵循的自然规律的无知混合在一起。
完全有可能存在这样的客体：它们彼此之间强烈地相互作用，但是与我们熟悉的客体只是极其微弱地相互作用，也就是说与我们自己强有力地相互作用的客体只是极其微弱地相互作用，以至于这些未知的客体能够构成复杂的结构，这些结构能够共同分享我们的自然界，但是我们却对这些结构一无所知。这根本不是什么新观念。情况确实如此，要是我可以容许我自己引用一下我在1960年所写的东西的话：
也许实际上存在着与我们的宇宙相互贯穿的宇宙；也许这些宇宙具有高度的复杂性；也许它们包含着它们自己的意识形式……作这类推测确实不是物理学家的工作，但是在今天，当我们比我们在20年前更加不确信自然界时，物理学家至少能够准许这类推测。
自从写这段话以来，已经过去了15年；这15年进一步侵蚀了我们对自然界的确信，还进一步削弱了我们对于伯特兰 · 罗素（Bertrand Russell）所预见的时刻——此时我们能够知道一切事物，因而一切事物都能被理解——的信任。我们不再确信作这类推测不是物理学家的工作，可是我们确信，物理学家必须认识到对于迄今未被发现的力、客体和定律的类型的可能存在保持敏感的重要性。
正如在我们的理解取得重大进展面前未知的力可以变成已知的力一样，未知的客体和未知的定律同样也可以在我们使自然界具有更为深刻的意义中起关键性的作用。但是，如果这些新种类的客体如此温和地向我们表明，我们没有察觉把我们专门引向它们的线索，那么我们的理解力将依然受到对知识的第二种限制的阻碍。
在我的不断深化的对知识的限制的系列中，第三种限制开始比较直接地涉及到我们自己的本性。对知识的第一种限制涉及到我们被迫从中导出我们的信息的那部分宇宙的尺度，涉及到我们必须献身的任务的时间长度。但是，更为深刻的具有人的特点的限制涉及到我们所具有的对我们来说是合用的概念，我们正是通过这些概念完成和表达我们的理解的。我们的尺寸大约是1米，我们能够直接察觉的时间间隔可达百分之一秒左右。我们对于自然界的感觉，我们表达这种感觉的语言，必然是在我们人的普通经验的基础上得出的，而这些经验却被发生在从秒到年、从毫米到千米这样的尺度内的事情压倒性地占据了。作为一个人，我们肯定能够设想发生时间短到毫秒的事情，但是没有一个人对微秒具有个人的概念，微秒小于100万倍地脱离我们的正常经验；更不必说“基本”粒子的寿命10-23秒了，这远离我们的经验大约1亿亿亿倍；或者10-60秒，或者决定性地进入宇宙创生的某些讨论，这与我们的经验相差了1亿亿亿亿亿亿倍。在时间尺度的另一端，情况也不妙；尽管我们可以耐心地观看花瓣的开放，尽管我们对于自然时间尺度为年的冰川流能够具有一些个人的经验，而且我们还可以想象我们能够描述它；但是，在设想我们自己有意义地参与到行动这一含义上，要描述喜马拉雅山生成的几百万年，另外还要描述星系演化的几十亿年，这就完全超出了我们力所能及的范围。就空间而言，情况也是如此。我们能够亲自用最好的显微镜看到大约1毫米的千分之一，但是我们作为人的经验则必须在这里中止。甚至那些大量的客体即原子，也比这小1万倍；而原子核还要比原子小1万倍；而夸克至少还要比原子核小1000倍，几乎比我们任何时候能够看见的东西小1万亿倍；即使从来没有一个人检测到自由状态的夸克，但我们相信它是中子和质子的构成粒子，我们以不可动摇的理智的确信谈论它。当我们转向比米大得多的东西时，我们的想象肯定能够把握100千米的意义，也许甚至能够把握1万千米（地球的大小）的意义，但是我们的星系比这大100万亿倍，而已知的宇宙比这大1000 f乙亿倍。
像这样的倍数，用以显出自然界的客体和事件在尺度上与我们能够具有最遥远的个人经验的客体和事件之差异，在这样的倍数面前，我们的精神甚至不知道如何着手去干。这些事物绝对超出了我们的普通经验的范围之外，而我们正是在我们的普通经验的基础上形成我们的对于自然界的直观图像的，锻造我们的关于自然如何运行的概念的，发展我们用来相互传达我们对于自然界的印象的语言的。凭借我们的普通语言，我们相互告诉外面正在发生什么事，是否能赶上公共汽车，普通语言对此当然是适应的；但是，原子核是否正在发生裂变，中子星是否坍缩为黑洞，普通语言对此显然是不适应的。
人的个人经验以及他的源于这种经验的概念和语言，都不过是他可以用来试图描述与这些概念和语言源出的尺度有着天渊之别的尺度上的自然界。因此，我们没有无论什么样的先验权利假定，我们的朴素概念对于描述那些截然不同的尺度上的自然界的行为具有最少量的用处。我们有权利期望的最好的结果就是，我们的普通概念将依然是有用的类比。当你在词句本又上不知道你正在谈论什么时，类比就是你能够利用的一切，塞缪尔 · 巴特勒又写道'虽然类比常常误入歧途，但是它是我们所具有的最少误入歧途的东西。”
我们的普通经验仅仅向我们提供了两种概念、两种类比，用以描述自然界的结构——客体以及客体在它们之中的空间排列，我们对于客体本身的行为以及它们的空间排列的变化的经验，构成了我们所谓的常识。我们称之为粒子的最小客体和空间排列，能够用傅里叶（Fourier）变换式描述为波或波的叠加。整个自然界是粒子或波：这是普通的常识。因此，当我们步入非常远离的原子和夸克尺度、星系和黑洞尺度时，在我们身边我们能够利用来详细阐述我们理解的一切就是粒子和波的概念：我们坚持用这些术语描述所有现象，因为这些术语是我们拥有的独一无二的术语。如果这样做起作用，如果我们发现的现象能够完全由这些术语描述，那纯粹是交了好运。
发生的情况是众所周知的：只是在我们普通经验尺度之下，我们才不得不降低一小段距离，此时我们发现我们必须把我们的概念混合起来，我们必须同时使用波和粒子的类比：为了描述电子，我们发觉我们不得不说它是粒子，但有时又说它的行为像波。类比幸存下来，但常识却被抛弃了。不过，我们没有权利期望类比继续存活下去：它们可以在下至某一尺度、上到某一尺度的范围内起作用，可是我们必然可以肯定地预期，自然界的一些要素过大和过小，不管我们如何强制它们，用这些类比还是不能奏效的。其征兆将是，类比的群集和抛弃常识的程度将行不通了，依靠我们人的经验的类比将要求2加2必须等于5这样的非理性。人的精神将用这创造什么呢？
当我们的类比最终使我们一败涂地时，我们将作什么呢？我们将从头开始发明像波和粒子这样的基本的新概念吗？但是，根据定义，新概念却与我们自己经验的世界毫不相干，从而不可能通过我们的经验向我们提供什么。如果我们这样做了，那么我们将用这些新概念补充我们的普通类比或代替它们吗？或者，我们将固守我们的家族概念类比，但却发明一种非理性的逻辑、本质上不一致的数学，从而巧妙地使用这些概念吗？两种方式的任何一种在我看来都是十分艰难的，好像都有许多相同的限制 · 我不知道，我们将在何时偶然地碰到这一限制；如果我们碰到了，我们将怎么知道我们已经碰到了；当我们继续奋力前进时，我们将怎么知道，这是否是它所在的路线。
我想暂停一下，以便强调，我们在我们对于自然界的理解中能够到达这么远，那是多么令人惊讶呀 · 我们已经大步跳入到完全超越了我们个人经验的区域，迄今这种经验以及它的十分有节制的外推继续为我们的理解提供适宜的基础。当爱因斯坦说，我们对宇宙不能够理解的唯一事情就是我们能够理解它，此时他表达的正是这种惊讶。
[Scientific Model and Man，Cambridge University Press，1986]