图书在版编目(CIP)数据

    迷人的误解：从引力、宇宙到生命、进化，万物运转背后

    的神奇盲区 (美)安德鲁·斯托曼著；夏高娃译. — 北京：

    北京联合出版公司，2020.4

    ISBN 978-7-5596-3440-5

    Ⅰ. ①迷… Ⅱ. ①安… ②夏… Ⅲ. ①认知科学-通俗读

    物 Ⅳ. ①B842.1-49

    中国版本图书馆CIP数据核字(2019)第263040号

    Scienceblind：Why Our Intuitive Theories About the

    World Are So Often Wrong Copyright ? 2017 by Andrew

    Shtulman. All rights reserved.

    迷人的误解：从引力、宇宙到生命、进化，万物运转背后

    的神奇盲区

    作 者：(美)安德鲁·斯托曼 译 者：夏高娃

    责任编辑：楼淑敏 特约编辑：王周林

    产品经理：魏 傩 版权支持：张 婧

    封面设计：人马艺术设计·储平 内文排版：任尚洁

    北京联合出版公司出版(北京市西城区德外大街83号楼9层 100088)

    北京联合天畅文化传播公司发行

    天津市祥丰印务有限公司印刷 新华书店经销

    字数 200千字 710毫米×1000毫米 116 19.5印张

    2020年4月第1版 2020年4月第1次印刷

    ISBN 978-7-5596-3440-5目录

    CONTENTS

    1.为什么我们会对世界产生误解？ ——牛奶如何成为致命

    的毒药？

    第一部分 物理世界的直觉理论

    2.物质 ——世界是由什么组成的？ 这些组成部分如何相

    互作用？

    3.能量 ——什么为事物带来温度？ 什么为事物带来声

    音？

    4.引力 ——什么让事物拥有重量？ 什么让事物下落？

    5.运动 ——什么让物体移动？ 物体沿着什么样的轨迹移

    动？

    6.宇宙 ——我们的世界是什么形状？ 它在宇宙中处于什

    么位置？

    7.地球 ——为什么板块会漂移？ 为什么气候会变化？第二部分 生物学世界的直觉理论

    8.生命 ——我们因何而生？ 我们因何而死？

    9.生长 ——我们为什么会长大？ 我们为什么会变老？

    10.遗传 ——我们为什么长得像父母？ 我们从哪里继承了

    自己的特质？

    11.疾病 ——是什么让我们生病？ 疾病是如何传播的？

    12.适应 ——为什么有那么多种生命形式？ 它们如何随着

    时间的推移而变化？

    13.祖先 ——物种是从哪里来的？ 不同物种之间具有什么

    样的联系？

    14.结论 ——如何正确地理解世界？ 为什么挪亚的乌鸦

    会“踩进”恐龙的脚印？献给凯蒂、泰迪与露西1.为什么我们会对世界产生误解？

    ——牛奶如何成为致命的毒药？

    如今，绝大多数人都不会认为牛奶有害健康。在我们看

    来，它是一种无毒无害的营养食品，最适合泡麦片或者配饼干

    享用。可它并不是一直如此无害的。仅仅在一个世纪以前，牛

    奶还是工业化世界最主要的食源性疾病致病源之一。饮用牛奶

    本身并不危险，毕竟人类已经这么做了好几千年了。可是，如

    果从牛奶被挤出来到被人饮用间隔的时间太长，那么喝牛奶就

    变成一件危险的事了。一般来说，人们饮用牛奶之前不会加

    热，但是加热能够有效地去除食物中固有的细菌，而富含糖和

    脂肪的牛奶为细菌的滋生提供了极好的媒介。在新挤出的牛奶

    中，原本可以忽略不计的微量细菌每个小时都会翻倍增长——

    第一次工业革命发生的19世纪下半叶之前，饮用牛奶的人们对

    这个生物学现象一无所知。

    工业革命改变了人们工作和生活的环境。在欧洲和美国，大量人口离开了乡村前往城市，他们的工作地点也从农场变成

    了工厂。这些移居城市的人不再居住在奶源附近，奶农递送牛奶的距离越来越远，这就意味着人们饮用到的牛奶距离被挤出

    来的时间越来越长。

    这张图表呈现了1903年全年巴黎1岁以下婴儿在出生后第一至第五十二周

    中因胃肠系统疾病而死亡的数字。母乳喂养的婴儿(在图中以深色表

    示)死亡的概率明显低于使用奶瓶喂牛奶的婴儿(在图中以浅色表

    示)。

    在这一系列现象——人们习惯饮用未经加热的牛奶，牛奶

    是理想的细菌培养基，人们饮用到的牛奶往往是挤出来好几天

    之后的——的共同作用下，欧洲和美国暴发了数次诸如结核、牛痘、猩红热之类的大规模食源性传染病。因此，在19世纪医

    学专家的描述中，牛奶“就像毒死苏格拉底的毒芹一样致

    命”。

    19世纪60年代，如何安全地饮用挤出后若干小时(乃至于

    数天)的牛奶这个问题终于以一种相对简单的方式得到了解

    决：在足以消除细菌又不至于改变口感与营养成分的时长内，以一定温度对牛奶进行加热。这种由路易斯·巴斯德发明的食物处理方法，就是如今我们熟知的巴氏灭菌法。巴氏灭菌法很

    快就带来了广阔而深远的影响。在此之前，19世纪因牛奶而感

    染疾病风险最高的人群是婴儿，用牛奶喂养的婴儿夭折的概率

    为母乳喂养婴儿的数倍。自从巴氏灭菌法广泛运用，城市中心

    区的婴儿死亡率很快就降低了20%左右。

    在当今世界，经过巴氏灭菌法消毒的牛奶是最安全的食物

    之一。饮用这种牛奶而感染食源性疾病的概率只有不到1%。但

    奇怪的是，反而有越来越多的人更倾向于选择未经巴氏消毒的

    牛奶。2007至2009年间，仅在美国本土就出现了30起曲状杆

    菌、沙门氏菌或大肠杆菌引起的疾病暴发事件——每一起都与

    饮用未经巴氏消毒的牛奶有关。2010至2012年间，这个数字更

    是上升到了51起。人们似乎越来越愿意购买未经消毒的生牛

    奶，这背后有各种不同的思路和理由，比如“未经消毒的牛奶

    味道更好”、“生牛奶比消过毒的牛奶更有营养”(虽然很明

    显并不是这样)、“人类本来就是喝生牛奶的”、“消费者有

    权利选择要不要买消过毒的牛奶”等。但是那些拒绝巴氏消毒

    牛奶、选择更为“自然”的选项的人不知道的是，在巴氏灭菌

    法出现之前，成千上万的人饱受牛奶导致的器官衰竭、流产、失明、瘫痪等病症的折磨，因此而丧生者更是不在少数。

    当人们拒绝巴氏灭菌法的时候，他们真的明白自己抵制的

    是什么吗？答案很可能是否定的。巴氏灭菌法无疑是违背直觉

    的，那是因为病原菌的存在本身也是违背直觉的。这里提到

    的“病原菌”是肉眼不可见的微生物，它们以无法察觉的方式

    在不同的宿主之间转移，而在与它们接触的短短几个小时或几天之内，我们就会感染上疾病。与此同时，“病原菌会让食物

    变成致病因素，但我们可以通过加热来消灭它”这个观点也是

    反直觉的。高温消毒来去除病原菌的方法早已广泛运用于食品

    工业，除了牛奶，还有很多种食品在送上货架前经过巴氏灭菌

    法(或其他高温消毒手段)处理，比如啤酒、红酒、果汁、水

    果罐头和蔬菜等。但是，未消毒牛奶的拥趸往往不会同时支持

    不消毒的啤酒或者桃子罐头。这其中的原因可能有两种，要么

    是他们相信只有对于牛奶——而不是其他食物——来说，放弃

    巴氏灭菌法的风险是可以接受的；要么是他们既不理解巴氏灭

    菌法是什么，又不明白它为什么是防止感染食源性疾病的必要

    手段。

    巴氏灭菌法背后的科学理论既合理又可靠，但是依然有许

    多人拒绝接受。实际上，他们拒绝的不仅仅是巴氏灭菌法及其

    原理，还有科学本身——是把从免疫学到地理学再到遗传学的

    一系列科学理论都拒之门外。近期的一次问卷调查显示，只有

    65%的美国成年人相信人类的出现经过漫长的进化，而在美国科

    学促进会(AAAS)——世界上最大的科学社团——的成员中，得到的测试结果是98%。同时，只有50%的美国成年人相信气候

    变化主要与人类活动有关，相信这一点的AAAS成员则有89%。只

    有37%的美国成年人认为转基因食品是安全的，而在AAAS成员

    中，这个比例有88%。

    对科学的否定并不是现代社会独有的现象，诸如日心说、板块漂移以及病原菌致病等理论刚刚被提出的时候，也是被绝

    大多数人排斥的。然而，在当下这个时代——这个充斥着海量科学信息与科学教育的时代——对科学的否定就需要一些解释

    了。许多学者与媒体评论员认为原因在于宗教思想或政治意识

    形态。另一种观点则把这种现象归因于人们接收的错误信息

    ——譬如疫苗导致自闭、转基因食品可能致癌这样的谣言。实

    际上，在抗拒科学这一现象中，以上这些因素都发挥着各自的

    作用：保守派往往比自由派更难接受科学，有宗教信仰者也往

    往比无宗教信仰的世俗人士更难接受科学，而谣言与错误信息

    又成了滋生对科学的敌意与怀疑的土壤。但它们不是导致这种

    现象的唯一原因。心理学家就发现了以上三种因素之外的又一

    种原因：直觉理论。

    所谓的直觉理论，指的是我们“无师自通”地对世界做出

    的解释，是我们对一系列问题做出的猜想：我们为何要观察身

    边的种种事件？我们又是如何通过与之互动来改变这些事件

    的？直觉理论可以涵盖所有现象——不论是地理现象、地球引

    力、疾病成因还是生物适应——并且从婴儿时代开始就伴随我

    们的一生。然而一个严重的问题是，这些直觉理论往往是错

    的。就拿我们对疾病的直觉理论举个例子吧，这些理论的基础

    主要是行为(比如我们为了保持健康应该做什么、不应该做什

    么)，而不是微生物知识。这一点让“加热牛奶就能让它变得

    更安全”，或者“往体内注射死掉的病毒就能让我们免疫疾

    病”之类的行为看起来就没有什么说服力了。地理学方面的直

    觉理论则让我们把地球视作一个静态的物件，而不是动态的系

    统，因此人类的行为可能对地球产生影响这种观点——比如水

    力压裂法可能导致地震，二氧化碳排放致使全球变暖——就显

    得难以让人信服了。直觉理论是一把双刃剑。一方面来说，在面对亟待寻求解

    释的事物时，做出解释的直觉理论可以拓宽我们的视野，改善

    我们与这些事物互动的方式，因为拥有直觉理论总比一无所知

    要强得多。但是在另一方面，它也会让我们的思路面对与直觉

    理论相悖的观点或观察时更加封闭，从而难以认识事物的真实

    面貌。直觉理论不仅可能导致对现实的误解，而且可能导致对

    真相的忽视——我们会刻意无视那些与直觉理论不符的现象和

    结论。我撰写本书的目的正是向阅读本书的读者介绍直觉理

    论，帮助各位更好地认识它，了解它会在何时以何种方式对我

    们产生误导。

    在这本书中，我主要希望向各位读者传达以下两个理念。

    其一，我们的确对世界产生了错误的认识——我们根据一些知

    识领域的直觉理论把世界划分为许多实体与进程，然而这些实

    体与进程实际上并不存在。其二，为了正确地认识世界，我们

    需要的不仅是改变观念，还要改变塑造这些观念的认识。换句

    话说，想要正确地认识世界的话，我们不能只是简简单单

    地“改善”我们的直觉理论，而是要将它们从根本上解体重

    构。伽利略曾经宣称：“一切真相在被发现之后都是容易理解

    的，困难的只是如何发现它们。”可惜他的这番话并不完全正

    确。很多真相理解起来一点儿也不容易，因为它们直接否定了

    我们对世界最早产生的最容易被联想到的认识。本书讲述的正

    是关于这些真相的故事：为什么我们一开始总会与它们失之交

    臂，我们又应该如何掌握它们。从第一印象来说，我们能够构建直觉理论这一点颇具冲击

    性，因为它看起来好像是对我们认识世界的方式的一种过度智

    能化的解读。为什么并非物理学家的人要构建关于物质或者运

    动的理论呢？为什么并非生物学家的人要为遗传或者进化寻求

    解释？这是因为，物理与生物都是人类的生命中无法回避的组

    成部分，我们每一天的生活都处在诸多物理与生物学现象的包

    围之中。

    我们在意的并不是抽象层面的运动，而是如何捡起盒子、倒出麦片、打篮球和骑自行车。我们当然不用关心抽象层面的

    物质，但是我们会关心如何融冰、烧水、除锈和点火。我们对

    遗传学的兴趣大概不会多于想知道自己会不会秃头或者罹患癌

    症；而关于进化论，我们想了解的可能也无外乎狗是从哪里来

    的或者为什么细菌会产生抗药性这样的问题。虽然大多数人都

    未必能够使用物质理论对生锈或燃烧等现象做出清晰的表达，也很难用详尽的原理来阐述家犬的驯化或抗药性的产生，但我

    们可以对这些现象做出一些连贯而系统的解释。

    心理学家把这种解释称作“直觉”理论，因为它是我们在

    学习相关科学知识之前为了理解身边的现象而做出的最初的尝

    试。而这种解释之所以称为“理论”，是因为它代表了一种特

    殊的知识，那就是常识。常识是一种对因果关系的理解，它让

    我们得以根据观察的结果得出推论，这些推论可以是对之前发

    生过的事情的解释，也可能是对未来即将发生的事情的预测。

    我们的直觉理论体现出的常识大多来自经验，但其中至少

    有一部分是与生俱来的。而判定具体的某种知识来自学习还是天生则是一个经验主义的问题，因为心理学家也只能通过对不

    同年龄段、拥有不同经验的人群进行研究，来寻找这个问题的

    答案。比如，对婴儿的研究表明，我们对运动和物质的许多预

    期实际上是天生的。然而，对来自不同文化背景的成年人的研

    究发现，我们对疾病和宇宙的观念则来自从身边的人群那里得

    到的见闻。但整体来说，我们的绝大多数直觉理论都是由先天

    因素和生活经验共同塑造的。婴儿降生时可能已经有了对物质

    实体的概念，但是这些概念还会在未来通过他们与这些实体的

    互动而加深。不同文化中关于疾病的理论各不相同，但所有理

    论都建立在关于疾病的具体表现(比如咳嗽、充血、发热)的

    共同经验上。

    不同的直觉理论之间的差异不仅在于来源，也在于它们对

    因果关系的推断。大多数直觉理论对因果机制的推论都是具有

    自然倾向的，但也有一部分理论指向具有超自然倾向的因果推

    论。具有自然倾向的因果推论原则上是可观测且可控的，它们

    通常会被冠以某种科学的名号——比如温度、惰性、基因或者

    物竞天择——但它们实际上并不代表真正的科学理念。科学家

    口中的“热”这一概念(分子层级的能量转移)与非科学家语

    境中的同一个概念(在物体内外流动并且可以被捕获和控制的

    无形实体)很明显相去甚远。另一方面，具有超自然倾向的因

    果推论则是无法被凡人观察与掌控的。这类因果机制——比如

    业力、魔法、灵魂和上帝——不可能在科学领域找到对应的概

    念，但它们依然为自然现象提供了系统化的解释(比如先祖的

    灵魂发怒)以及应对方式(比如奉献祭品)。超自然倾向的因

    果推论并不比自然倾向的缺乏实质性，比如“业力”这个概念不会比用“天冷”“空气不好”来解释疾病的成因缺少实质

    性，神创论在实质性方面和用“突变”或者“自然发生”来解

    释物种起源也不会有很大的差别。

    鉴于我们生活在一个全面科技化的世界里，你可能会认为

    直觉理论会逐渐消亡：我们在过去渴望科学信息的年代创造了

    这些理论，一旦科学知识越来越普及、获取知识越来越容易，我们就不会再制造直觉理论了。这一点你大可放心，直觉理论

    不会消亡，它是人类认知的固定组成部分。因为直觉理论是孩

    童的杰作，而小孩子是不会被科学知识在普及性和有效性方面

    的变化影响的。这并不是由于儿童注意力的持续时间比成人要

    短，或者儿童比成人更不关注自然世界，而是因为儿童缺

    少“解码”成人教导他们的科学知识的必要概念。

    以“热”这个概念为例，儿童能够感受物体的温度，也能

    发现温度在不同物体之间传递，但他们不会知道那就是“热

    能”，因为人类没有感知分子集群运动的器官。为了理

    解“热”的科学概念，儿童必须先了解物质的分子理论。我们

    当然会教孩子们了解物质的分子理论，不过那要等到他们升入

    中学之后。可是，在那之前，他们已经建立了对于“热”这个

    概念的直觉理论——一种把热视作实体而非过程的理论(这一

    点将在第三章展开讨论)。我们也许可以在儿童教育的早期向

    他们介绍分子理论，从而提前干预这种现象，然而分子理论本

    身就是违背直觉的。所以，你要怎样向学龄前儿童解释什么是

    分子、什么是电子、什么是化学键呢？你又如何用“实

    体”“包含”和“流”这样的概念来替换“冷”“热”“温”“凉”等孩子们早已理解并掌握的对温

    度的描述呢？

    显而易见的是，我们中的许多人都学习过热的科学概念，但是这项任务本身并不简单。它需要我们对热现象建立全新的

    思维模式——与我们能够自主建立的思维模式完全不同，心理

    学家将这种学习过程称为“概念转变”。这种学习过程也与普

    通的学习——比如了解动物的习性或者外国历史——有着很大

    的差别，后者在心理学中的称呼是“知识扩充”。把“概念转

    变”与“知识扩充”区分开的，是我们是否在开始学习之前就

    已经掌握了能够解读新知识的概念。

    “知识扩充”是利用旧观念来获取新理念的过程，比如我

    们可以通过“鲸鱼”“呼吸”和“空气”这三个概念来获

    得“鲸鱼呼吸空气”这一理念。在“概念转变”的过程中，我

    们获取的则是全新的概念，或者是全新类型的概念。比如我此

    时告诉你，亚马孙雨林中有一种吃人的老鼠，那么我就需要向

    你介绍一个全新的概念——“亚马孙食人鼠”。可是，这个概

    念不过是你已经了解的概念的子类别而已：“老鼠”是“动

    物”这个概念的子类，而“动物”又是“生物”这个概念的子

    类。我们在学习已知概念下的新实例时不会遇到太多问题，因

    为这只不过是知识扩充的另一种形式，真正困难的是学习全新

    类型的概念。

    我们不妨以乐高积木为例来解释这个现象。一套最基本的

    乐高积木是由规则的长方体插块组成的，只要插块的数量足

    够，你就可以用它们拼出能想到的任何东西，不论是实物大小的长颈鹿雕像还是柯南·奥布莱恩(1)的等身像，都不在话下

    (确实有人用乐高拼过这种雕像)。不过，有几种东西是无法

    用基本组件拼出来的：轮子可以转动的汽车、螺旋桨可以旋转

    的飞机或者可以提起物体的起重机。想要用乐高拼出这样的结

    构，你就需要在普通的长方体插块的基础上补充全新的特别组

    件：车轮、转轴、齿轮和曲轴。如果没有这些组件，你用乐高

    拼出来的载具就肯定是不完整或者无法运行的。我们可以重现

    汽车的外形，但是对于真正的汽车来说，车轮与轴承是不可或

    缺的。

    就像用乐高积木拼出能动的小汽车时遭遇的问题一样，对

    世界建立科学的认知需要一些对初学者，也就是孩子们来说难

    以获取的组件，这些组件就是“电”“密度”“速率”“星

    球”“器官”“病毒”以及“共同祖先”之类的概念。概念就

    像是组建思维的积木插块，它们具有独特的结构与功能。没

    有“共同祖先”这个概念，接纳“人类和蒲公英拥有同一个祖

    先”这个说法就是完全不可能的；没有“密度”这个概念，理

    解“水的密度比冰大”也是不可能的。这些概念既不属于我们

    与生俱来的知识，也无法从每日积攒的经验中习得，它们只能

    通过概念转变来获取。

    概念转变是一项来之不易的成就。它不论是开始还是结束

    都非常艰难，我会在之后的章节中尝试着用概念转变的具体例

    证来阐明这一点。目前我想要明确的一点是，直觉理论和概念

    转变在本质上是具有联系的。我们针对自然现象构建直觉理

    论，是因为构建科学理论需要概念转变。但是，要实现概念转变，我们又需要全面重建在缺乏科学理论的前提下建立的直觉

    理论。我们对世界产生误解的原因(直觉理论)，也正是如何

    正确认识世界的答案(概念转变)。这是一个循环往复的过

    程，但绝对不是毫无希望的死循环，因为我们毕竟还是能够正

    确地认识这个世界的。

    就像图中这个实物大小的三轮车模型一样，使用最基本的乐高积木块可

    以模仿车辆的外形，但想要搭建可以移动的车辆还是需要特殊的组件。

    直觉理论是错误观念的主要来源，但它绝对不是唯一的来

    源。绝大多数错误观念只不过是简单的事实错误，就像拼写错

    误一样。比如，我们很多人都相信人类的大脑只利用了10%，以

    及我们舌头上的味蕾被划分成四个界限分明的区域，这两种观

    念都是错误的。但是，我们拥有这样的错误观念，并不代表着

    我们对大脑或舌头有什么深刻的误解，它们只不过是错误信息

    的副产品。如果我们想要认识(并了解)直觉理论，辨认由深层次的

    错误观念带来的事实错误就具有关键性的意义。经过诸多研

    究，心理学家定义了三个可以将直觉理论与造成错误观念的其

    他来源分辨开来的特征。第一，直觉理论具有连贯性，它代表

    的是一系列在逻辑上彼此相连的理念与预期。第二，直觉理论

    具有普遍性，不同年龄、来自不同文化背景或历史时期的人可

    以共享同样的直觉理论。第三，直觉理论具有稳定性，它在面

    临反证时不易发生变化。

    为了更好地理解这三个特征，让我们一起来进行两个挑战

    你对物理运动的直觉的思维练习。其一，请想象自己手持猎枪

    站在一片开阔地上，你向着远处的地平线开枪射出一颗子弹，枪管与地面平行。在你扣动扳机的同时，另外一颗子弹开始从

    和枪管等高的位置垂直下落。那么，这两颗子弹中哪一颗会更

    早落地呢？其二，请想象自己站在一艘全速航行的海船的瞭望

    塔上，身边放着一枚炮弹。如果你把炮弹从瞭望塔上垂直扔下

    去，它会落在甲板上，还是掉进船后方的海里呢？

    各位读者的预测结果很有可能和大多数人一样：你相信从

    枪口垂直下落的子弹会比射击出的子弹更早落地，因为子弹发

    射后会获得向前的助推力，从而在空中停留更长的时间。你应

    该也相信从瞭望塔上抛下的炮弹会落在船后方的海里，因为在

    炮弹垂直下落的同时，船也在不断地向前行驶。但这两种预测

    都是不正确的。

    发射的子弹并没有额外获得能让它在空中停留更久的力。

    不论是发射还是掉落，两颗子弹开始运动后都只受一种力的影响，那就是引力，而引力会让这两颗子弹同时落地，只不过两

    个落点之间可能相距几百码远。至于那枚炮弹则会落在瞭望塔

    下方的甲板上，因为此时船和炮弹的水平速度相同。虽然船相

    对于炮弹的起落点来说的确向前进行了运动，但是炮弹下落的

    轨迹不是垂直的，而是一条由水平速度与下落加速度共同影响

    的抛物线，并且与船只前行的方向一致。

    如此可见，绝大多数人对这两个问题的预测都是错的，但

    这两个问题本身都并没有什么古怪之处，它们不过是简单的下

    落问题而已。我们的预测之所以会出错，是因为我们对运动的

    直觉理论认为，物体只有在被赋予了某种内在的“力”或

    者“动力”之后才会发生运动。这里要给“力”这个词打上引

    号，因为我们口中的“力”与科学家所指的力(质量与加速度

    的乘积)并不一样。力的作用可能会对物体的运动产生影响，但它并不是物体本身的特质，而是物体之间的反应。(这部分

    内容将在第五章进一步加以讨论。)

    即便如此，我们对“力”以及“力”与运动的关系之类的

    不甚科学的观点依然保持着高度一致。此处不妨再以上文的两

    个错误观念作为例子：相信水平运动的物体(发射的子弹)会

    比没有做水平运动的物体(垂直掉落的子弹)受重力的影响更

    慢，以及被承载的物体(上文的炮弹)并不会延续它的载体

    (上文的船)所做的水平运动，两者看起来似乎并无关联，但

    它们是同一个基本观念的产物：投射物——并且只有投射物

    ——是受外力作用影响的。我们会为那颗发射的子弹预设一种

    向前推动的力，并相信这种力会让射出的子弹在空中停留更长时间，从瞭望塔上抛下的炮弹也会因为没有受这种力的作用而

    垂直下落。

    这种观念虽然是错误的，却具有内在的一致性，并且具有

    异常广阔的传播范围。从学龄前儿童到大学本科生，在所有年

    龄段的学生中都可能发现这种运动方面的错误观念。在中国、以色列、墨西哥、土耳其、乌克兰、菲律宾与美国都发现过这

    种观念，甚至在接受过多年大学水平的物理教育的学生中，这

    种错误观念也有可能存在。即便是拥有物理学学士学位的人，内心深处依然可能潜藏着自己编造的一套动力理论。

    这种错误观念在不同个体之间的连贯性同样会在时间上向

    后延伸，因为人们总是会依照自己的理解来编造动力理论，就

    连过去几个世纪的物理学家也不能例外。比如，伽利略曾经如

    此解释抛射体的运动：“如果外加的动力大于抵抗它的重量，那么物体就会向上运动。可是，由于这种外力不断衰减，它最

    终会减弱到再也不能抵抗物体重量的程度。”这种解释比起惯

    性更倾向于外力，虽然时隔四个世纪，但它和如今许多人对这

    一现象的解释非常相似。虽然现在没有人再用“外加的动

    力”这样的词语了，但我们会用“内能”“动力”或者“动

    量”这些词来表达同一种含义。对于物理学家来说，“动

    量”是质量与速度的乘积，但对于不是物理学家的人来

    说，“动量”就只是动力而已。

    从伽利略的时代到当下，诸如上文的动力理论一样广为流

    传的直觉理论最引人注目的一点是，我们其实一直有充分的理

    由质疑它们。动力方面的直觉理论做出的预测实际上是永远不可能实现的，因为现实中的物体并不会依照预测的轨迹运动。

    比如，大炮射出的炮弹会沿着一条标准的抛物线进行运动，而

    不是直觉理论预测的垂直下落(按照直觉理论的推测，飞行的

    炮弹最终会失去动力，在重力的影响下开始下落)。

    但是，如果让我们画一幅弹道示意图，可能很多人都会画

    出一条先呈抛物线状运动，再在后半程垂直下落的轨迹。然而

    我们不仅从未在现实生活中亲眼见过这种现象，也永远不可能

    见到这样的运动轨迹。这种动力理论虽然的确能够解释现实中

    的一部分现象，但也会让我们对它无法解释的内容视而不见。

    在这个角度上，动力理论并不是孤例。所有直觉理论都具

    有内在逻辑上的连续性、在不同人群之间流传的广泛性以及在

    反例面前的稳定性，这三套马车让它具有了惊人的适应能力：

    在我们学习对自然现象更加科学精确的解释时，我们似乎无法

    同时遗忘既有的直觉理论。即使已经被我们抛弃，直觉理论还

    是会潜伏在我们思维的角落里，以一种微小却可察觉的方式影

    响着我们的思路与行为。这幅16世纪学者瓦尔特·赫尔曼·利夫绘制的示意图表现了炮弹在它

    的“内能”或者说动力消失后径直下落的场景。然而这种情况是不可能

    在现实中发生的，因为现实生活中的抛物体的运动会呈现抛物线状的轨

    迹。

    一个最好的例子就是我们判断某个物体是否具有生命的标

    准。对于一个4岁的幼儿来说，判断一个物体是否有生命的标准

    是它能不能自主移动，因此，在他们眼中，植物是没有生命

    的。但是，8岁的孩子会把植物判断为拥有生命，因为这个年龄

    的儿童不再以运动作为有生命的标准，而是会通过生长、繁殖

    之类的新陈代谢过程来判断(这部分内容将在第八章展开讨

    论)。在生命的前十年中，孩子们认为植物并非活物的错误观

    念似乎会自然消失，但是，在要求接受过大学教育的成年人迅

    速判断一些动植物是否具有生命的测验中，他们在判定植物时不仅需要的时间更长，精准率也比判断动物时低。换言之，与

    认定动物相比，他们更容易认定植物“并不是活物”。

    这样的发现曾经以许多不同的手段(比如感知任务、记忆

    任务、推理任务)在许多不同的科学领域(比如天文学、力学

    和进化学说)重复出现，它们从根本上改变了我们对概念转变

    的理解。因为概念转变需要的不是知识扩充，而是知识重组。

    人们一直相信，重组某人的知识结构会彻底抹去此人既有的观

    念，就像重新装修房屋一样。但是，“科学理论不会彻底覆盖

    直觉理论”这个发现指向另一种更贴切的比喻：概念转变就像

    所谓的“重写本”，即在已有文本的页面上直接覆盖书写的中

    世纪手抄本。

    虽然我们在不断地学习科学知识，但直觉理论从未真正从我们的思维中

    消失。它们会模糊地潜藏在新获得的科学知识之下，就像中世纪“重写

    本”上虽然书写了新文本，但原有的文本依然依稀可辨。重写本在中世纪欧洲很常见，因为用来书写的羊皮纸稀少

    而昂贵，所以抄写文本的修道士往往会把用过的羊皮纸节省下

    来重复利用，哪怕上面的字迹没有完全擦除干净。我们的思维

    就像这种重写本，是在既有的直觉理论上直接书写全新的科学

    知识，因此，两种理论会同时保持活跃，并同时对现象创造出

    彼此相反的解释与预判。以自主运动为依据来判断某物是否为

    生命体的标准与以新陈代谢为依据的标准彼此矛盾，把热视为

    物质的观点与把它视为过程的观点彼此冲突，基于动力的运动

    理论也和基于惯性的理论互相违背。在某些情况下，我们掌握

    的科学知识只不过是一层薄薄的面纱，掩藏在它背后的依然是

    在数十年前的孩提时代形成的错误观念。

    在近期发表的一篇名为《我知道什么对我家人的健康最

    好，那就是魔力思维》的文章中，撰文的讽刺作家巧妙地通过

    一位心地善良却拒绝科学的母亲的口吻调侃了这种否认科学的

    现象。“我可不是傻子，”这位作家写道，“我也是上过大学

    的。我上过科学课，所以我知道微生物学、感染控制、解剖以

    及生理学等乱七八糟的。我也知道那些科学方法——比方说使

    用控制组、随机选择、双盲研究以及同行评审法——是人类破

    解自然的秘密、寻找治愈疾病的方法最有力的工具。科学当然

    很好，也为这个世界做过不少好事儿，它只是不适合我和我的

    家人而已。”

    这篇文章精准地表现出了在科学成为主流的世界里抗拒科

    学的矛盾所在。绝大多数拒绝科学的人并非对科学一无所知，他们只是对科学持怀疑态度。这种怀疑的理由是多种多样的，比如政治理念、宗教信仰、文化身份。但是在本书中，我希望

    各位读者相信，诸多理由中至少有直觉理论的一席之地。

    既然你选择了阅读这本介绍直觉理论以及它如何让我们对

    真相视而不见的书，那就说明你应该不会强烈地抗拒科学。但

    是你可能认识这样的人，或者生活在一个从政策到实践都由否

    定科学的人指定的社会背景中。最重要的是，你可能多多少少

    会在无意中以无法察觉的方式抗拒科学：你的一些态度或许建

    立在不科学的观点之上，你的一些行为也与严谨的科学建议背

    道而驰。没有人能在每个科学领域都成为专家，更不用提把专

    业知识与生活中的方方面面结合起来了，但是我们至少可以充

    分了解让我们无法实现这一切的认知障碍。

    因此，本书的目标正是向你解释直觉理论是什么，以及它

    如何影响了我们的观点、态度和行为。本书的前半部分着力于

    解释物理世界的直觉理论(关于质量、能量、重力、运动、宇

    宙和地球的理论)，后半部分则重点关注生物学领域的直觉理

    论(关于生命、成长、遗传、疾病、适应和血统的理论)，每

    种理论在起源、发展模式以及与日常生活经验的关系等方面都

    是特殊的，有些理论只会在儿童身上得到明显的体现，从早期

    认知阶段就开始对我们的行为和思路施加影响；而另一些理论

    则只在成人身上得以展现，并潜移默化地随时影响着我们每一

    天的行为与思路。这两种不同类型的情况凸显了直觉理论的广

    泛性与危害性——它们不仅伴随我们终生，而且就算是科学素

    养最高的人也无法从它的影响中幸免。当然，直觉理论并非一无是处，如果它们真的只有危害

    性，我们就不会构建这种理论了。它们为我们提供了现实的合

    理假设，从而为干预这一现实提供了合理的基础。如果说直觉

    理论能帮助我们渡过难关，那么科学知识就能为我们带来繁荣

    与发展。科学知识为我们提供了从根本上来说更为精准的现实

    观念，让我们得以利用更有效有力的工具来掌控现实、对现实

    做出预判。研究表明，我们对感冒与流感的传染机制了解得越

    多，就越有可能采取有效的预防措施抵御疾病；我们对热平衡

    的理解越透彻，就越有可能在通过供暖与制冷来调整室温时达

    成最佳效果；我们对人体代谢食物的过程认识得越深入，就越

    有可能维持健康的体重指数。

    何况，不能理解科学的恶劣后果也是非常明确的。就像上

    千人因为主动选择未消毒的牛奶或拒绝接种疫苗而罹患原本能

    够避免的疾病一样，直觉理论让我们对科学视而不见，这不仅

    仅会阻碍我们的思想，而且会影响我们的生活方式，还有我们

    做出的选择、接纳的建议以及追逐的目标。通过本书接下来的

    几个章节，我希望各位不仅相信科学对你和你家人的健康是最

    好的，而且相信对科学进行了解也是最好的。

    (1) 美国脱口秀主持人、喜剧演员。第一部分

    物理世界的直觉理论

    2.物质

    ——世界是由什么组成的？

    这些组成部分如何相互作用？

    当我们观察燃烧的蜡烛或沸腾的热水时，我们能够看到一

    些物质似乎消失了：蜡烛越烧越短，水也越煮越少。但不管是

    蜡还是水，都并没有真正消失，它们只不过是改变了形态，从

    可见的蜡转化为不可见的二氧化碳(与水蒸气)，由可见的水

    转化为不可见的蒸汽。物质的存在看似短暂，实际上是不灭

    的，就像化学家告诉我们的一样，物质既不能被创造，也不能

    被摧毁。但是，在我们的常识中，物质的存在则有始有终，甚

    至称得上转瞬即逝。

    长久以来，人们对物质一直抱有这种基于常识的认知，而

    最容易展现这种认识的群体是儿童。如果你认识可以接受测试

    的学龄前儿童，那么你自己都可以通过实验来认识这种现象。请准备两个透明的杯子，一个又高又细，另一个又矮又粗。先

    在矮一些的杯子里装上半杯水，把它给接受实验的孩子看一

    看，再把里面的水倒进又高又细的杯子里，接着向孩子提

    问：“现在杯子里的水是变多了、变少了，还是和原来一样

    多？”因为此时细高杯子里的液面比之前矮粗杯子里的高，所

    以孩子很可能回答杯子里的水变多了。从一个杯子向另一个杯

    子倒水的过程在孩子们看来像是一个不可思议的戏法：你居然

    把水变多了。

    学龄前儿童会认为右侧又高又细的容器(下图)中的水比左侧又矮又粗

    的容器(上图)里的水要多。即便他们亲眼看见了把水从一个杯子倒进

    另一个杯子的过程，孩子们还是会做出这种判断。如果你接受过基础的心理学教育，那么你可能会发现，这

    个轻松的小把戏和皮亚杰的守恒实验非常相似。让·皮亚杰是

    一位瑞士心理学家，也是20世纪初期儿童发展领域的领军人

    物。他发现了几种振奋人心的现象：童年现实主义(把表象误

    以为是现实)、童年万物有灵论(认为非实物同样具有生

    命)、童年人工主义(将人类的涉及归因于自然)以及童年自

    我中心主义(认为其他人也应该知道自己知道的事情)。但他

    最有名的理论是“守恒”，或者说儿童对守恒认识的缺乏。

    皮亚杰的守恒实验有很多版本，而幼儿无法通过任何一个

    版本的测试。在一版实验中，接受测试的孩子被要求观察两只

    大小完全一致的黏土球，然后判断这两只球是不是用同样多的

    黏土捏成的，它们的重量和体积是不是一致(如果接受测试的

    孩子认为两只球不一样，那就让他们通过从球上捏掉或填补小

    块的黏土来抹平这个差距)。接着把其中一只球完全拍扁，再

    向孩子提出同样的问题——现在黏土球和被拍扁的黏土片是否

    还是用同样多的黏土做成的(质量是否守恒)，它们的重量是

    不是依然一样(重量是否守恒)，以及体积是不是依然一致

    (体积是否守恒)。一般来说，学龄前儿童对这三个问题的答

    案都是否定的，上小学的孩子则只会对其中一个或两个问题给

    出否定的回答。直到上了中学，孩子们才能意识到，即使把黏

    土球拍成扁片，它的质量、重量和体积也都是不变的。

    皮亚杰对孩子缺乏守恒观念的解释是他们还没有获得思维

    的操作逻辑，他将这种现象定义为思维的“前运思”阶段。皮

    亚杰同时指出，这种思维方式对儿童思想的影响并不仅限于他们对守恒的推断，而且渗透在他们思维的每个领域。幼儿对物

    理因果的推理和对道德行为的评判也是在前运思阶段决定的。

    不过，如今的心理学家已经不会在前运思期与运思期之间进行

    区分。他们对皮亚杰理论的质疑有诸多不同的原因，其中最突

    出的一点就是，儿童会在不同的领域以不同的速率发展逻辑能

    力。比如，在上小学前，儿童就能够掌握自然语言和自然数字

    的逻辑(语法和计数)，但他们直到接受正规学校教育的大约

    十年后才能真正掌握演绎推理与比例推理的逻辑(论证与分

    数)。

    在守恒理论的范围内也会体现出这种差别，儿童理解质量

    守恒要早于理解重量守恒，理解重量守恒又要早于理解体积守

    恒。“守恒”并不是单一的概念，也不可能一次性全部习得，它是了解特定的转换过程是否会使特定材质的特定属性发生改

    变的结果。把黏土球压成扁片并不会改变它的体积，给它加热

    却能达到这个效果；加热这个黏土球不会改变它的重量，把它

    送到月球上却可以。成功通过守恒实验需要大量物质领域的特

    定知识，这让“守恒”本身成了一项就研究认知发展而言非常

    古怪的任务。皮亚杰之后的发展心理学家又对守恒进行过不下

    千次的研究，但是，假如皮亚杰没有将探究方向引领到这个领

    域，我想他们可能根本不会考虑这个课题。对于年幼的孩子来

    说，物质现象太神秘也太多样了，这让他们无法本能地判断某

    一物质实体是否维持了守恒。

    物质在许多变化过程中维持着守恒，即便这些变化从表象

    上看并非如此：水从敞口的容器中蒸发，蒸汽从沸水锅里逸出，木柴燃烧成灰烬，门在高温的作用下发生变形。而在某些

    看似保全了物质的整体的变化中，物质反而是不守恒的：水凝

    结成冰后体积不再守恒，橡皮筋被抻开后弹性不再守恒，食盐

    溶解后粒度不再守恒，蛋糕坯烘焙成熟后黏性也不再守恒。正

    因为物质的变化是如此难以捉摸，所以学龄前儿童“把水从矮

    粗的杯子倾倒进细高的杯子里之后质量会增加”这一观点并不

    能简单地被视为逻辑错误。

    公平地讲，皮亚杰关注的不仅仅适用于物质的守恒，而且

    适用于数字量和空间量的整个数字概念的守恒。把一套玩具重

    新排列组合并不会改变它们的数量，就像把黏土球拍扁不会改

    变它的重量一样，而皮亚杰想要探究的正是儿童如何以及何时

    才能正确地理解这个结论。他的继承者关注的重点则有所不

    同：这些错误的理解往往是持续存在的。

    想要纠正孩子对守恒的错误理解的话，最直接的尝试大概

    就是引导他们关注物质转变的多方面——比如关注水在容器中

    的扩散，而不仅仅是它的高度。但是这种引导对纠正他们的错

    误收效甚微，尤其是在几周乃至于几个月后再次进行测试的情

    况下。在一次研究中，研究者分别向几百名儿童以如下四种方

    式之一介绍了守恒定律：针对他们对守恒状况的判断提供明确

    的反馈；鼓励他们在观察转变过程之前先做出判断；向他们展

    示这种转变过程是可以轻易逆转的；用符合逻辑的方式向他们

    解释为什么质量与体积在物质变化过程中是守恒的。在接下来

    的五个月里，这些孩子接受了三次守恒测试。测试的结果令人沮丧：不论以何种方式提前介绍过守恒理论，孩子们的理解都

    不会因此而有所改善。

    惊人的一点是，上文提到的引导方式(以及其他许多研究

    用到的引导方式)都是缺乏对物质本身的认识的。皮亚杰把儿

    童的守恒错误归因于缺乏逻辑，导致后来的许多心理学家也倾

    向于用基于逻辑的引导方式来纠正这些错误。然而另一种引导

    的方向就是专注于守恒的成因——物质实体是由微小的粒子组

    成的，这些微小的粒子既不能被创造也不能被毁灭(核子反应

    除外)。如果请化学家给孩子解释物质守恒，他们很可能会从

    分子讲起，而不会解释什么是等价关系、定量或不变量，这种

    解释方式往往更加有效(这一点下文将进一步讨论)。皮亚杰

    开创了守恒测试，并将其作为衡量儿童逻辑推理能力的标准。

    在几十年后的今天，我们却发现，孩子们无法通过测试并不是

    因为他们缺乏逻辑，而是因为他们误解了物质的本质。

    原子是组成物质的成分，一切固体、液体与气体都是由原

    子构成的。就像一则网络冷笑话说的那样：“千万不要相信原

    子，因为什么东西都是它们攒出来的。”孩子们无法直接感知

    原子，也就不知道它们的存在。19世纪的化学家们取得突破性

    发现之前(比如约翰·道尔顿提出了化学合成原理、J.J.汤姆

    森发现了电子)，全人类都对此一无所知。因为我们无法通过

    感知上的经验得知物质具有粒子性，我们身边的物体又往往是

    看似彼此独立的个体，比如岩石、树木、木材、砖块、桌椅、鞋帽、铅笔、锤子等。这些物体无法体现出它们由分子组成的

    特性，它们看起来都是连续的，并且是一个个整体。我们不仅不了解宏观物体的微观属性，而且会对这些物体

    的特质产生误解。一切物质都具有重量和体积，但是人类没有

    直接感知重量和体积的能力，我们的身体构造只能通过触觉感

    受重量(重量感)，通过视觉估计体积(体量感)。重量感与

    重量本身产生差异的原因在于混淆了重量与密度，重量相等的

    两件物体可能因为密度的不同而给人带来不同的重量感，比如

    十磅(1)重的钢铁比同样是十磅的泡沫塑料感觉重得多。体量感

    与体积的区别则在于会与表面积混淆，体积相等的物体可能会

    因为表面积的差异而让人产生不同的预判，比如撑开了的篮子

    比折叠着的篮子看起来体积大。重量感与体量感的主观属性让

    它们能够以重量与体积无法实现的方式发生变化。一切物质都

    具有重量，但不是一切物质都具有重量感(比如雪花和灰

    尘)。同样，一切物质都具有体积，但不是一切物质都具有体

    量感(比如蒸汽和氦气)。这一系列观念的集合——物质具有

    连续性、物质具有重量感、物质具有体量感——共同构成了儿

    童最初的物质理论：“整体物质论”，这种理论最终会在青春

    期末尾被“粒子说”取代。

    儿童的守恒错误正与这种整体物质论相关，即认为当物质

    的外表发生变化(比如高度、宽度和表面积出现改变)时，物

    质本身也发生了变化。但守恒错误并不是整体物质论唯一的体

    现，另一种主要的表现是儿童对某物是否属于物质的判断。在

    被问及岩石、树木、木材和砖块等固体是否由物质组成时，学

    龄前儿童和小学生都会一致给出肯定的答案。看得见、摸得着

    的非固体(比如水、盐水、果汁和果冻)也会被他们判定为物

    质。但是，那些不算非常有形的存在(比如灰尘、云朵、墨水斑点和泡泡)是否属于物质则会让他们犹豫不决，可见而无法

    触摸的存在(比如阴影、彩虹、闪电和阳光)更是如此。其中,让孩子们感觉最为困惑的是空气。他们知道人们生活在充满空

    气的环境里，也知道自己的肺部充满了空气，然而他们还是会

    认为空气不是物质。孩子们同样认为空气没有体积——他们会

    认为空盒子里的空气没有占用任何空间。这是因为空气与儿童

    内心的整体物质论相悖，它的体积无法用肉眼看到(也就是没

    有体量感)，重量也不能用触觉感受到(也就是没有重量

    感)。

    儿童的整体物质论还能在他们对浮力的预判中体现出来。

    一个物体是否能在水中漂浮主要是由它的平均密度决定的，但

    是孩子们没有测算密度的感觉器官，他们只能测量物体的体量

    感和重量感，这就导致了后续的一系列错误。在一项研究中，研究人员给几个4岁的儿童展示了一些重量和尺寸各不相同的积

    木块，并请他们预测哪些积木块能漂在水面。孩子们的判断标

    准主要是重量：不论积木块的密度比水大还是小，他们都判定

    重量在100克以下的积木块能够漂浮，100克以上的则会沉底。

    因此，在积木块重量较轻且密度的确低于阈值，以及积木块重

    量较重且密度高于阈值的情况下，孩子们的判断就是正确的。

    然而，在积木块较轻、密度却高于阈值，以及重量较重、密度

    却低于阈值的情况下，他们的预判就失灵了。另外一些研究表

    明，孩子们可以在引导下通过整合重量和尺寸来推测密度，但

    他们是很难在独立自主的情况下达成这一点的。在整体物质论

    中，密度并不突出。儿童会本能地把是否具体有形当作判定物质的标准，所以他们既能准确

    地判断出砖块是由物质组成的，而人的思路并不是物质；又很难判断泡

    泡或者阴影这样“半有形”的存在是否属于物质。

    另一项实验更加清晰地展示了儿童的整体物质论。在这项

    实验中，研究人员要求孩子们去思考一种无法察觉的物质转

    变：微观分裂。他们先是向孩子们展示一块泡沫塑料，然后请

    他们想象如果把这块泡沫塑料不断地对半分，它的质量、体积

    和重量会发生什么变化。下面这段发生在研究人员和一个三年

    级学生之间的对话很好地展示了10岁以下的儿童会对这个问题

    做出什么样的反馈：

    研究员：请你想一想，假如咱们把这一小块泡沫塑料先切

    一半，然后切成一半的一半，接着不停地重复这个切一半再切

    一半的过程，这块泡沫塑料最终就会完全消失吗？孩子：会的。一年以后就得停下来了，因为那时候就彻底

    切没了。

    研究人员：那咱们再来想象一下，假如有一块特别特别小

    的泡沫塑料，小到你根本看不见，那么这块泡沫塑料还会占用

    空间吗？

    孩子：不会啊，如果你的桌上放着特别大的东西，那把这

    个小块放到角落里，不就不占地方了吗？

    研究人员：那你觉得这个特别小的泡沫塑料块有重量吗？

    孩子：没有啦。

    研究人员：所以它的重量是0克，对吗？

    孩子：对的，假如你把那个小块拿起来，感觉肯定就像什

    么都没拿一样，因为它一点儿重量也没有。

    请你留意，在这个孩子的回答中，体积很明显是等同于体

    量感的(那个小塑料块“放在角落里就不占地方了”)，而重

    量也是等同于重量感的(“感觉就像什么都没拿一样”)。年

    龄大一些的孩子在回答这些问题时则会展现出一种截然不同的

    模式。

    研究员：请你想一想，假如咱们把这一小块泡沫塑料先切

    一半，然后切成一半的一半，接着一直不停地重复这个切一半

    再切一半的过程，这块泡沫塑料最终会完全消失吗？孩子：它的一半还是在的，那一半会被分得非常非常小，不过是不会消失的，因为不可能把什么东西分成一半就给分没

    了。

    研究人员：如果咱们继续对半切分这块塑料，那么我们有

    没有可能切出一个一点儿空间都不占的小块？

    孩子：不可能的，不管东西有多小，只要它是物质，就肯

    定会占用空间。

    研究人员：那我们有可能切出一个没有重量的小块吗？

    孩子：它的重量可能轻得无法称量，但还是有的。假如让

    一个很小很小的人去把那一小块泡沫塑料拿起来，这个小人还

    是能感受到它的重量的。

    在这个六年级学生的观念里，物质是不灭的，并且即使是

    微小得无法用肉眼观测的物体也具有重量和体积。虽然她像前

    一个例子中更小的孩子一样倾向于把重量与重量感联系起来，但是她已经能够认识到，自己对重量感的认识与物体是否拥有

    重量无关(那段关于“小人”的表达正体现了她的这种观

    点)。

    最后一项可以体现物质实体论的例证是，孩子们在中学第

    一次学到有关气体的知识时会感觉非常困惑。中学生的确可以

    接受气体由物质构成这个概念，但是他们很难把气体的宏观特

    性与微观粒子联系起来。因为他们会出于直觉地把气体解释为

    与固体一样具有整体性和同质性的存在，这种认识让孩子们倾向于否认诸如气体粒子处于恒定的运动之中、气体粒子被空间

    分隔、气体粒子的间隔取决于气体本身的体积等观点。许多成

    年人也会否认这些理论。对于固体的宏观特性(比如浮力)及

    微观特性(比如密度)的关系，我们可能的确已经有了很多认

    识，但事关气体时，我们还需要把这些重新学习一遍。

    如果在若干次实验中不断地改变物品隐藏的位置，参与实验的十二个月

    以下的婴儿会很难找到它，这就是所谓的“A非B”谬误。在上图中，一

    个婴儿就在寻物时犯了这样一个错误。他想找到左侧藏在一块布下面的

    玩具，寻找的却是没有放玩具的右侧容器。有趣的是，婴儿有时的确会

    看向正确的位置(左边的容器)，但手还是会伸向不正确的方向。儿童对物质的理解正是婴儿对物质的理解的延伸，然而，在相当长的一段时间里，心理学家一度相信婴儿并不具备这种

    理解。他们认为婴儿缺乏对客体永久性的理解，换言之，婴儿

    缺乏理解物体就算不在视线范围之内也依旧存在这一点的能

    力。

    客体永久性的发展是缓慢且滞后的。对于四个月以下的婴

    儿来说，如果把他们想要的物品用布或者屏障遮挡起来，他们

    是不会再试图伸手拿的。四至八个月大的婴儿会对部分被掩盖

    的物体做出反应，却依然不会去拿取完全被遮盖的物体。到了

    八至十二个月大，婴儿就会试图拿取完全被遮盖的物品了，可

    他们会犯一个有趣的错误：如果某个物体在同一个位置(位置

    A)藏过几次后突然更换到一个全新的位置(位置B)，孩子们

    还是会在原有的位置寻找，这种行为就是所谓的“A非B”谬

    误。直到十二至十八个月大，婴幼儿才能顺利地找到被遮盖起

    来的物体，并不再受隐藏地点发生变化的影响。

    最先发现并记录下客体永久性发展过程的正是皮亚杰——

    那位发现守恒错误的心理学家。他的结论是，除了对物质的守

    恒缺乏认识，婴儿对物质的持久性也没有与生俱来的认知，但

    是他们会在生命的第一年中逐渐建立起这种观念。这个结论的

    问题在于，它把概念错误与动作错误混为一谈了。婴儿无法找

    到隐藏起来的物品，可能是因为他们忘记了物品的存在(这属

    于概念错误)，也可能是因为他们无法成功地执行拿取的动作

    (这属于动作错误)。当一个十个月大的婴儿表现出“A非

    B”谬误的时候，第一印象上很容易让人以为这是一个动作错误，因为孩子在错误的地点寻找时眼睛总是看着正确的方向，他们的眼睛表明他们拥有正确的认识，但他们的手似乎无法做

    出正确的反应。

    能够有效地区分概念错误与技能错误的一种方式是使用不

    需要运动技能(物理抓取物品)的方法来诱发婴儿对物体的期

    望。这种诞生于20世纪70年代的手段被称为“优先注视法”，彼时皮亚杰已经走到了生命的尽头。婴儿与成人相似的一点

    是，和预期内的事件(比如两个物体彼此碰撞)相比，他们会

    对预期之外的情况(比如一个物体穿过另一个物体)注视更长

    的时间，优先注视法利用的正是这一点。通过计算与对比婴儿

    分别注视若干组运动的时长，研究人员发现，婴儿对物体拥有

    丰富而多样的预期，而这些预期出现得远比他们能够做出反应

    或表达要早很多。仅四个月大的婴儿就会对旋转的隔板似乎穿过了固体的盒子(不可能发

    生的运动)注视更长时间了，而注视隔板被盒子挡住停止运动(可能发

    生的运动)的时间则较短。

    在一项著名的研究中，研究者让五个月大的婴儿先熟悉一

    面以底边为轴旋转的隔板，接着在婴儿的视线之内把一个小盒

    子藏在隔板后方，然后受试婴儿会观察以下两种运动之一：其

    一是隔板的旋转提前停止，看起来就像碰到了后面的盒子一

    样；其二是隔板继续按照轨迹旋转，看起来就像径直从盒子里穿过去了一样。观察这两种运动的成年人会因为第二种情况而

    感到意外，第一种则不会，因此他们注视第二种运动的时间会

    比第一种长。婴儿会做出同样的反应，他们也会对第二种运动

    注视更长的时间，这证明第二种运动也会让婴儿感到意外，但

    第一种同样不会。

    这项发现表明，婴儿不仅能够预期物体接触时会发生碰撞

    (而不是直接穿过)，而且能够留意到视线之外的物体，并且

    可以根据不可见的物体(后面的盒子)对可见的物体的动作

    (旋转的隔板)做出预判。由此可见，婴儿早在可以实现用手

    抓取物体之前就对物质的恒存性有了认识。实际上，仅三个月

    大的婴儿就可以对一个隐藏在后面的盒子阻挡了隔板的旋转做

    出预期了。

    这个年龄段的婴儿还能够预期物体与其他对象接触后会发

    生运动，并对移动的轨迹做出预判。当他们看见不符合常理的

    情况时——比如某物不经其他物体接触自行开始运动，或者物

    体闪烁式地出现又消失——也会难以置信地长时间盯着它看。

    当然，这种情形是不可能出现的。但是，机智的研究员们通过

    巧妙的设备的戏法实现了近似的效果。与皮亚杰的想法恰恰相

    反的是，婴儿的确对物体具有期待，这种期待一直延续到了我

    们的成年时代。然而，婴儿对沙子或者盐这样整体性稍弱的物

    质并没有预期，只有独立且有明确边界的物体才能激起他们对

    物体稳固性、接触性和连续性的预判。

    在一项研究中，研究人员测试了八个月大的婴儿是否有能

    力追踪不透明隔板后的两种不同的物体，其一是一堆沙子，其二是看起来像一堆沙子但运动时会保持整体的物体(沾了一些

    沙子的泡沫塑料块)。在使用沙子的场景中，研究人员向隔板

    后面先后倒了两次沙子，然后放下隔板，向婴儿展示一堆或两

    堆沙子。在这种情形之下，婴儿注视两种情况的时长相同，说

    明他们对隔板后应该有几堆沙子并没有预期。在使用泡沫塑料

    块的场景中，测试人员把两件物品放到隔板后面，然后降下隔

    板，向婴儿展示一件或两件物品。这时婴儿就会对隔板后只有

    一件物品的情形注视更长的时间，说明他们原本期待两件物品

    都在隔板后方。

    研究人员担心，虽然观察沙子的婴儿看到了两次(在不同

    的地点)倒沙子的动作，但他们可能无法判定最终会形成一堆

    还是两堆沙子。因此，他们又进行了一次实验，这次改为在两

    块相隔十六厘米的隔板后面分别倒沙子，然后降下隔板，给婴

    儿展示一堆或两堆沙子。然而，婴儿注视两堆沙子的时长依然

    是一致的。这说明，虽然实验道具的外形看起来相差无几(用

    来对照的固体做成了沙堆的造型)，但婴儿并不能像追踪聚合

    物体一样追踪沙子的变化。

    人类婴儿并不是唯一有能力追踪内聚的物体却无法追踪非

    黏性物质的灵长类动物。研究人员对狐猴进行以上实验时得到

    了同样的结果：狐猴能够对隔板后的物体数量做出精准的预

    期，却对沙堆的数量完全没有期待。

    进化似乎赋予了灵长类动物追踪物体的能力，却没有赋予

    其追踪黏性较弱的物质的能力。不论物体是在空中移动、离开

    了视线范围，还是与其他物体接触，我们都能够准确地追踪它们，但我们不能判断到底有几堆沙子——至少在婴儿时代不

    行。当然，进化赋予我们的能力在保障我们的生存与繁衍这一

    点上是非常有用的，而追踪非黏性物质的能力看起来很难符合

    这个标准。我们需要消耗某些非黏性物质来摄取营养——最典

    型的就是水和奶——但我们既不需要追踪这类物质在空间中改

    变位置的过程，也不需要推算这样的物质和固体物质实体之间

    的联系。对于生存来说，把岩石构想为可以拿取、搬动、投掷

    和藏匿的有界实体，远比认为它本质上与沙子一致有价值得

    多。

    那么，如果我们在生命的初始阶段认为物质本质上是一个

    个整体，我们又是如何在日后将其视作微粒的呢？告诉孩子物

    质是由微粒构成的并不会有很大的帮助，因为他们还没有为接

    受这样的信息做好准备。孩子们必须先重新组织自己对物质的

    理解——既要消解整体物质论面前有意义、粒子论面前无意义

    的定义，又要建立整体物质论面前无意义、粒子论面前有意义

    的定义。比如，他们首先需要消解“物体”与非黏性物质的区

    别，把它们都视为“物质”；然后需要学会将自己对重量的估

    计(重量感)与重量的物理定义区分开，将自己对体积的估计

    (体量感)与体积的物理定义区分开，这样孩子们才能够接

    受“密度”(或单位体积内的重量)这个概念。

    作为一种单一性质，密度是粒子理论的体现，因为只有具

    有内部结构的物体才能用“松散”或“致密”来描述。但是，这种结构是无法用肉眼观察的，因此年幼的儿童无法建立独立

    于重量的对密度的概念。如同上文提到的一样，孩子们不会利用密度来判断浮力，也不会根据密度来区分不同的材质。你不

    妨思考一下以下这则实验。假如你的手里有三个金属块：一个

    边长1英寸(2)、重6.5盎司(3)的铅制正六面体，一个边长3英寸、重19.6盎司的铅制正六面体，一个边长5英寸、重7.8盎司的铝

    制正六面体。而你的任务是判断哪两块金属的材质相同。请注

    意，这些金属块的表面完全被不透明的纸包裹了，所以你无法

    根据颜色来判断。

    那么，你要怎么做呢？你很可能会比较每个金属块的重量

    与尺寸，并很快发现体积最大的金属块(铝块)重量和尺寸的

    比例与另外两块(铅块)不同。但出人意料的是，这项任务对

    学龄前儿童和小学低年级学生来说格外艰难。他们的确可以辨

    别哪个金属块在重量方面与其他的不同，也可以辨明哪个金属

    块在体积方面与其余的不一样，但是他们无法判断哪个金属块

    在单位体积内的重量上有所不同。大多数孩子最终会根据重量

    得出结论，把6.5盎司重的铅块和7.8盎司重的铝块归为一类。

    这项“神秘材质”实验是由心理学家卡罗尔·史密斯及其

    团队发现的。史密斯在儿童的直觉理论领域拥有超过三十年的

    研究经验，她研究的重点主要放在对密度的概念上，因为儿童

    对密度的理解十分适合用来衡量他们对物质的整体理解。为了

    向儿童教授密度(或每单位体积的质量)这个概念，史密斯采

    取的一种手段是将这种不可察觉的量类比为可以感知的单位

    量。比如压强(单位面积内的受力)是一种可以用触觉感知的

    单位量，节奏(单位时间内的拍数)是一种可以通过听觉感知

    的单位量，浓度(单位体积内的分子量)是一种可以通过味觉感知的单位量，而疏密(单位面积内的个体数)是一种可以通

    过视觉感知的单位量。

    在一项研究中，史密斯通过浓度和疏密这两种单位量来向

    孩子介绍密度这个概念。她和同事通过让七年级的学生解决模

    拟谋杀案的方式来教他们如何分别单位内的变量。在第一

    个“谋杀案”中，被害人喝了被人下毒的“酷爱”牌固体饮

    料，受试学生的任务是找出饮料是哪个嫌疑人调制的。他们需

    要把有毒的饮料的浓度与每个嫌疑人习惯调制的浓度进行对比

    ——换句话说，对比嫌疑人习惯冲调多少“酷爱”牌饮料粉。

    在另一个“谋杀案”中，被害人吃了下了毒的巧克力碎屑饼

    干，受试学生需要找出是哪个嫌疑人烤的饼干。为了寻找关键

    证据，孩子们需要把有毒饼干里巧克力碎屑的疏密和每个嫌疑

    人惯用配方里的疏密进行比对——换句话说，就是比对每块饼

    干中巧克力碎屑的多少。

    史密斯要求学生们将溶液的浓度、混合物的密度和点阵的

    疏密程度(每种数值都以易于计算的方式来表示，比如“四勺

    糖”或“两杯水”)递增排列，从而将学生们对浓度、密度与

    疏密的理解进行评估。在参加谋杀案调查实验之前，学生们可

    以按照疏密程度对点阵进行排列，却无法根据密度来排列物

    体，或者根据浓度来排列溶液。在实验之后，学生们可以用浓

    度来对溶液进行排序了，但还是不能根据密度的差异来排列固

    体。训练用的概念(疏密程度和浓度)和预期要理解的概念

    (密度)之间的差异依然难以逾越。在后续的研究中，史密斯和同事又进行了一次完全不同的

    尝试。这一次，他们不再试着把密度这个概念变得可以感知，而是向学生介绍了这样的概念：物质现象本身就是可以感知

    的，但是，只有用密度以及组成它的两个变量——重量和体积

    ——才能解释。在接下来的几周时间里，学生们使用高度精密

    的重量计对体积太小以至于看起来没有体量感的物体(比如一

    片亮片、一滴墨水)进行称量，并用天平来对比未吹起来的气

    球与充满空气的气球的重量差异。此外，他们也利用可测量的

    物体的体积来对小到不可测量的物体的体积进行估算(比如利

    用一毫升水来推算一滴水的体积)。学生们还通过分别把密度

    不同的物体浸入密度各异的液体来进行对比。他们将一个铁质

    球体进行加热，并比较加热前后的重量变化。最后，学生们对

    比了“我可舒适”牌健胃泡腾片蒸发前后的重量。

    与谋杀案调查模拟实验不同，这一系列实验展现出了积极

    的成效。参加实验前，只有为数不多的几个学生能够按照密度

    的差异对物体进行排序，但是参加过实验后，几乎所有学生都

    能做到这一点了。实验前，学生们往往不会把无形物(比如空

    气、烟雾、灰尘)归为物质，不会认为微小的物体(比如一片

    极小的泡沫塑料)具有重量，实验过后他们也改变了看法。最

    值得一提的是，虽然史密斯的实验从未提起物质守恒这个话

    题，但是，原本无法通过皮亚杰的守恒实验的学生，在参加过

    史密斯的实验后就可以成功通过了。

    史密斯团队的这项附加研究证明，认识物质的粒子理论意

    外地具有深远的影响——这种影响涉及的领域并不是只有物质，还有数字。因为整数像物质一样可以被划分为更小的单位

    (分数)，但是孩子们从直觉上并不会这样看待整数。他们只

    是把整数视为计数的终点。通过对幼儿关注的物品堆进行添加

    或拿取，他们可以很快明白数字是可以加减的，但是幼儿无法

    理解数字还可以分割。在他们的眼中，数字就像物质实体一

    样，是一个个整体，并且具有同质性。

    这种类比给了史密斯和她的同事新的灵感，他们又探究了

    儿童对数字可分性的认识是否会和对物质可分性的认识同步发

    展。史密斯团队把之前的泡沫塑料切分实验与数字分割实验结

    合起来，以下是一个三年级学生的实验访谈样本：

    研究员：你认为0和1之间还有数字吗？

    孩子：没有。

    研究员：那12呢？

    孩子：啊，对，那就是有吧。

    研究员：那么0和1之间有几个数字呢？

    孩子：只有很少的几个，只有0和12，因为12是1的一

    半。

    研究员：如果你把2分成一半，得到的数字是1。那么，请

    你想象一下，如果我们把分成一半之后的数字不断地对半分，你能把这些数字永无止境地分下去吗？孩子：不行。因为如果你拿掉一个数字的一半，就只剩下0

    了。0是没法儿分的。

    研究员：你觉得我们最终会得到0吗？

    孩子：当然会。

    有一些三年级学生知道除了12还有其他分数。比如一个学

    生表示：“有12、13、14，总之一直到110都有。”但是他

    们不认为这些分数可以再次进行划分。年龄大一点儿的孩子则

    认为，只有像14这样的分数才可以再进行平分，但是它可以被

    无止境地划分下去。以下这段与五年级学生的对话就很好地展

    示了这种认识：

    研究员：你认为0和1之间有数字吗？

    孩子：有啊。

    研究员：你能举个例子吗？

    孩子：比如12，或者说0.5。

    研究员：那你觉得0和1之间有多少数字？

    孩子：有很多。

    研究员：如果你把2分成一半，得到的数字是1。那么，如

    果我们把得数继续平分，能无止境地分下去吗？孩子：可以，因为平分后总是会有得数的。

    研究员：这样分下去最终会得到0吗？

    孩子：不会，因为1和0之间有无限多个数字。

    值得注意的一点是，儿童对数字可分性认识的发展与他们

    对物质可分性认识的发展确实是同步的。认为数字在分割中最

    终会消失的孩子，同样认为物质实体在切分到一定程度后会丧

    失重量。能够认识到数字在分割后依然存在的孩子，往往也能

    认识到物质实体在分割中依然具有重量。尽管如此，如果这两

    种观念的某一种相比之下进展略有落后，那么落后的一定是对

    数字的无限可分性的认识。这说明儿童对物质实体(比如物

    体)的无限可分性的认识远早于非物质实体。

    对物质建立更加复杂的认知有可能成为对数字拥有复杂认

    知的基础。无限可分性和无限密度是两个可以在不同领域之间

    传递的关键认识。因此，着重强调这种相似性实际上会对教授

    分数及其他类型的有理数(比如小数和百分数)很有帮助。同

    样是向学生演示分数的概念，使用一个装水(一种物质实体)

    的容器远远比使用一块馅儿饼(一个具体的物件)要有效得

    多。具体的物件对学习整数来说可能更加有用(因为整数和物

    件一样，都是单一、有形且离散的)，水这样的物质实体则更

    适合用于分数的学习(因为分数像物质实体一样是延续、可分

    且密集的)。这种数字与物质的类比在不同领域之间的影响远

    比在某一领域内要深远。一磅金子和一磅羽毛哪个更重呢？很明显，这个问题并不

    成立，因为一磅就是一磅。但是听到这个问题的时候，你可能

    会犹豫一下。金子当然比羽毛更具有重量感，而我们对重量感

    的概念会影响我们对重量的概念。重量感和体量感是通过感觉

    器官对物质产生的经验，它们不会因我们对物质的概念性理解

    而发生改变。终其一生，我们对物质现象的推理都会被它们影

    响。

    以判断某一物体是否会在水中漂浮为例。成年人很快就能

    判断出体积大而致密的物体(比如一个铁平底锅)会下沉，重

    量轻而疏松的物体(比如打包用的泡沫塑料球)能漂浮；但判

    断重量轻而致密的物体(比如一个小铁块)是否下沉或比较重

    但疏松的物体(比如泡沫塑料箱子)能否漂浮时则会额外费一

    点儿时间。哪怕我们知道唯一能够对判断起到决定性作用的要

    素是密度，重量感与体量感依然会发挥影响。

    重量感和体量感同样会影响我们分辨物质实体与非物质实

    体的能力。当我们被要求以最快的速度判断某物是不是物质的

    时候，与可以触碰的实体(比如岩石、砖块、鞋子)相比，我

    们会在无法触碰的物体(比如墨水滴、香氛、空气)面前犹豫

    更长时间。假如我们出错了，那么错误就和儿童在同样的测验

    (但不计时)中会犯的一样。在一次快速分类测验中，成年人

    要花上限定时间的85%才能把墨水滴界定为物质，判定香氛为物

    质需要83%，而空气也需75%。与此恰恰相反的是，成年人只需

    要限定时间的35%就能判定雷是物质，星光是37%，闪电则是57%。就连现代化学之父安托万·拉瓦锡也曾对光与热的物理状

    态产生过误解，错误地把这两种元素都定义为“物质”。

    守恒错误在日常生活中很常见，就连成年人也不能幸免。一个典型的错

    误就是我们会过低地判断酒杯没有倒满时实际上少了多少酒。

    我们对物质的错误推理并不完全是时间压力所致，在轻松

    而随意的场合中，我们也会犯同样的错误。举例来说，我们有

    时会把满的瓶装水放进冷柜里，却忘了瓶子会因为里面的水结

    冻后体积变大而裂开。我们愿意为更大包装的食物付更多钱，却想不起来在不同包装的产品之间对比一下食物的单位价格。

    我们总是为了把车道上的雪铲干净而累得筋疲力尽，却不会想

    到那一堆堆看起来好像没什么分量的雪花是几百磅冻起来的

    水。我们会在杯子是半满还是半空这个问题上花费不少口舌，然而实际上杯子从始至终都是满的——一半装了水，另一半装

    了气体。我个人最喜欢的日常生活中常见的一个物质认知错误与酒

    吧有关。标准的一品脱(4)酒杯高5.875英寸，杯口直径为3.25英

    寸，杯底直径为2.375英寸。请你想一想，如果在这个杯子里注

    入液面高度为5英寸而不是5.875英寸的啤酒，杯子里的啤酒会

    比一品脱少多少呢？

    答案是少了整整14品脱!虽然液面高度的差异只有15%，体积的差距却高达25%。这是由于标准的一品脱酒杯都是上大下

    小的锥形，而这种锥形的杯子杯口处比杯底能装更多啤酒。我

    们一般来说不会太在意一杯倒得不很满的啤酒到底缺了多少分

    量，但这是完全可以避免的。一位富有创业精神的啤酒爱好者

    发明了一种可以随身携带的测量设备，这种设备可以通过液面

    高度来测算杯里的啤酒到底有多少。它的名字忠实地体现了它

    的渊源——“皮亚杰啤酒量表”(这种量表在thebeergaue.com

    有售)。3.能量

    ——什么为事物带来温度？

    什么为事物带来声音？

    17世纪中期，一个名为“西门托学院”的组织在佛罗伦萨

    成立，它的主要宗旨是通过观察与实验来探究自然界的种种神

    秘现象。学院的成员制造了一批带有标准计量单位的早期实验

    设备，其中包括一组酒精温度计。他们使用设备对几种常见的

    温度现象进行了研究，比如液体解冻后的膨胀现象、固体加热

    后的膨胀现象以及冷热变化对气压的影响。在一组系列研究

    中，佛罗伦萨的实验先驱们将装有不同溶液的烧瓶——这些溶

    液包括玫瑰水、无花果水、葡萄酒、醋以及融化的雪——浸入

    装满冰块的浴盆中。在烧瓶中的溶液冻结后，研究者们记录下

    液体的体积变化与温度的关联。然而，奇怪的是，他们测量温

    度的方式是把温度计插进冰块堆里，而不是放进装着液体的烧

    瓶里。在二百五十年后的今天，测量液体冰点已经成了孩子们

    在科普活动中都可以轻松尝试的简单实验，而所有实验的引导

    都要求孩子们把温度计插进正在冻结的液体中。所以，为什么

    佛罗伦萨的实验先驱们会把温度计插到冰块里呢？图中的这些温度计是17世纪的西门托学院在佛罗伦萨制造的，它们被用

    于最早在实验室环境中进行的一系列加热、降温、燃烧及冻结实验。

    研究者们的笔记显示，他们想要测量的的确是溶液的温度

    变化，而不是冰块的，但是他们对冻结的理解与今日我们了解

    的知识截然不同。在他们看来，放置温度计的目的是测量“寒

    冷的力量从冰块传导到液体中的过程”。在这种情况下，烧瓶

    和里面的液体被视为被动接收寒冷的客体，而不是双向过程中

    持有平等地位的一方。在当代人眼里，这种实验中发生的现象

    是热量在烧瓶与冰块之间传递，但佛罗伦萨的实验先驱们当时

    是无法理解这种观点的。他们不能把“冷”视为热量的缺乏，而是把它看作某种与“热量”截然不同的东西——因为“热

    量”怎么能让东西变冷呢？这些实验者不仅把加热与降温视作两种相反的过程，而且

    把冷和热视作两种不同的物质，就像水和酒精或油的差别一

    样。他们认为热是由“火焰粒子”造成的，加热的过程则是向

    某一实体注入这种“火焰粒子”，并最终导致这一实体分解

    (这可以解释为什么加热后体积会发生膨胀)。实验者们同样

    认为，只有本身就具有高温的来源才能放射热量，比如蜡烛、燃烧的煤块、篝火和太阳。室温下的液体是不被视为拥有热量

    的，更不用说把热量传导给温度更低的系统(浴盆里的冰块)

    了。

    佛罗伦萨的实验先驱们对温度现象的认识可以视为一

    种“热源接受者”理论，因为它在热的受体与热源、冷的受体

    与冷源之间都划定了明确的界限。他们对冻结之外的各种热力

    学现象的研究方法也揭示了这一理论。在另外一系列研究中，他们试图展示黄铜、青铜和红铜在加热时体积会膨胀，冷却时

    会收缩。实验者们把金属膨胀的程度与木头浸水后的膨胀进行

    了对比——这种对比在当代人看来简直不可思议，在“热源接

    受者”理论下却是很有道理的，因为在这种说法中，吸收“水

    粒子”和吸收“火焰粒子”是具有类似性的(吸收“火焰粒

    子”是他们对加热的解释)。

    实验者们同样把水在装满冰块的浴盆中冻结(所谓的人工

    冻结)与在室外的低温下自行冻结(所谓的自然冻结)进行对

    比，试图找出冷冻速率、冻结程度以及冰块的透明程度之间是

    否具有区别。这些实验的理论基础是不同的冷源应该具有不同

    的效果，然而实验的结果却无法充分证明这个观点。因为实验者们从来没有想到要检查一下“自然冻结”时室外的温度

    与“人工冻结”时冰块的温度是不是相同，他们只是一心着眼

    于寻找不同“冷源”的区别和它们的效果。

    西门托学院成立一百年后的1761年，苏格兰化学家约瑟夫

    ·布莱克发现，给物体加热并不会必然改变它的温度。具体来

    说，布莱克发现，如果给冰水混合物加热，它的温度不会发生

    变化，只有水和冰的比例会发生改变，直到冰块全部融化后，它的温度才会开始逐渐上升。他在沸水和蒸汽的混合物中也发

    现了这种现象：在所有沸水都变成蒸汽之前，混合物的温度不

    会再发生变化。

    布莱克的发现——“热量”和温度是不同的——很明显无

    法适应当时盛行的“热源接受者”理论。在布莱克之前，人们

    一直相信温度计测量的是“热量”而非温度，因此，他们无法

    解释在形态发生转变时温度与热量之间的关系。

    这项发现催生了全新的热力学理论，但这种理论和现代热

    力学的运动理论还是有所不同。布莱克的理论区分了热量和温

    度，但依然把热量作为一种独立物质来处理。这种被称为“热

    量(caloric)”的物质会在某物达到其熔点或沸点时汇聚其

    中，改变这一物质的化学形态，但不会让温度发生变化。直到

    一个世纪后，科学家们才抛弃了热量理论，开始用一种基于能

    量的运动理论看待热力学，但并非科学家的人们则从未抛弃这

    种理论。这一观点潜藏在绝大多数人对温度的理念之下，虽然

    我们可能根本就想不起“热量”这个词，只是叫它“热”而

    已。热量是能量的一种，它是物理系统中分子的集体能量。但

    我们倾向于把它视作一种具体的物质，就像上文描述过的那些

    历史上的理论一样。我们关于热力的直觉理论与历史上出现过

    的理论在很多方面都有相似之处，就让我们从描述热量的言语

    说起吧。我们总是把热量描述成一种可以自行移动的东西(我

    们会说“热气都从你的脑袋上跑走了”或者“浴缸里的热乎劲

    儿都跑没了”这样的话)，而且它还可以被捕获或者保存

    (“温室可以留住太阳光的热量”或者“把门关上，让热乎气

    留在屋里”)。对于一部分人来说，这种说法只不过是个比

    喻，因为说“浴缸里的热乎劲儿都跑没了”总比说“浴缸中的

    水与周围的环境达到了热平衡”要简单得多。但是，对于大多

    数人而言，这种表达完全只有字面的含义，就像我们说“浴缸

    里的水都放光了”或者“把门关上，让味道留在屋里”一样。

    我们之所以知道这种言语对大多数人来说只具有字面的含

    义，是因为如此使用这种言语的人对热学现象的预判和不这么

    想的人有着本质上的区别——这一点下文会有进一步的探讨。

    另一个原因是，当人们不得不解释某种基于实体的言语时，多

    数人都会给出一种完全基于实体的理论。下面这段物理教育研

    究者与具有大学程度物理教育水平的学生的对话就很好地展示

    了这一点。

    研究者：你刚才用了“流动”这个词来描述热传导的过

    程。你能解释一下在使用这个词的时候，你想象中的热力转移

    过程是什么样的吗？学生：就像水从高处流到低处一样。因为热力是从温度高

    的地方流向温度低的地方的，所以我觉得它应该就像水一样。

    关于热量的直觉理论和历史理论的另一个相似之处是，它

    们都认为热量是区分“冷”与“热”、“冷源”与“热源”的

    关键要素。所谓的冷热只不过是两种感知状态，从我们的体表

    吸收热量的物体在感觉上是冷的，把热量传导给体表的物体在

    感觉上是热的。我们却把这两种感知状态定义为两种不同的物

    质。请你阅读并思考以下陈述，这是要求几个参加物理学导论

    课程的学生解释为什么一杯温水在与金属桌面或冰块接触时温

    度会下降的时候，他们给出的解释。

    ·“一部分冷气离开冰块传进了水里。”

    ·“杯子的表面接触了金属桌子，桌子的分子把寒冷传导

    到杯子里。”

    ·“在杯子降温时，桌子把冷分子传导到杯子里，而杯子

    把热分子传导向桌子，所以这个过程结束后，杯子会变冷，桌

    子会变热。”

    最后一条解释不仅把“冷”视作和“热”截然不同的物

    质，还认为它是由“冷分子”这种完全不同的物质构成的。用

    能量状态来解读这种说法可能很诱人——比如“热分子”是拥

    有较高能量的粒子，“冷分子”是能量较低的粒子——但是做

    出这个解答的学生明显认为在两个不同物体之间转移的是分子

    本身，而不是它们的能量。参加实验的另一个学生也表达出了相似的把冷和热视作两种彼此对立的物质的思路，这个学生把

    温度定义为“一种表示冷与热在物质内的混合程度的计量单

    位”。

    关于热量的直觉理论和历史理论的第三种相似之处正

    是“热源接受者”理论，它让这两种理论都无法把热量和温度

    区分开来。布莱克通过对形态变化的精心观察才发现了热量与

    温度的不同。我们还可以在一种更为常见的情况下观察到温度

    与热量的不同，那就是同样温度下的不同物体可以传达的温暖

    程度并不相同。比如，在同一间浴室里，棉布的毛巾摸起来比

    下面的瓷砖要温暖；在一辆内部温度很高的汽车里，金属制的

    安全带扣子比塑料的衬垫摸起来更热；在烤炉里，铝制的烤盘

    比烤盘周围的空气感觉更烫。这其中的原因是部分材料导热的

    能力比其他材料强一些，而导热能力更强的材料(“导体”)

    会比导热能力没那么强的材料(“绝缘体”)得到更极端的感

    受。

    正是因为这个原因，想要理解为什么同一温度下的不同材

    质摸起来会有不同温度的话，就必须学会区分热——以及热传

    递——和温度。但绝大多数人都是做不到这一点的。我们认定

    一件物品是“热的”时，依据要么是这件物品比其他物品触感

    温暖一些(比如我们会认为毛巾比瓷砖温暖)，要么是某些物

    品保留热量的能力更强(就像棉布比瓷砖保持热量的能力更强

    一样)。我们习惯拿手指当作测量温度的工具，然而手指并不

    能测量热量，它们甚至不能测量温度。用手指测量其实是完全

    主观的：我们的皮肤是在获得热量还是失去热量，又是在以什么样的速度获得或失去热量。这种特质从进化的角度看是具有

    重要意义的，因为它让我们能够判断是否有烧伤或冻伤的危

    险。导致热损伤的并不是热量本身，而是热量的传递。假如热

    量本身是致伤的关键要素，那么我们就永远没办法把烤盘从热

    炉子里拿出来了，因为炉膛里的空气足以在我们伸手拿烤盘时

    把手臂上的皮肤烫坏。但我们不会被烫伤，因为空气传导热量

    的速度比金属慢很多。我们无法直接碰触400华氏度(5)的金属，但400华氏度的空气完全可以容忍。

    值得争论的一点是，我们对热量的感知(温感)和热量本

    身的联系大概远比我们对重量的感知(重量感)与重量本身的

    联系要少。这两种感知都会被手中物体的材质影响，但是材质

    的区别对温度感的影响比对重量感的影响要强。举个例子来

    说，假如我们对比铝与软木，铝会比重量完全一致的软木块感

    觉重一些，因为同等重量下软木块体积更大，而我们对其重量

    的预判会根据大小进行调整，但无论如何都不会出现软木块可

    以轻松拿取，铝块却重得拿不起来的想法。但是，同样是这两

    件物品，它们在温度上的感觉就会有很大的差异了。请想象这

    样两个完全密封的氢气球，一个是橡胶做的，另一个则是纸做

    的。假如你让这两个气球同时在一个柜子里飘浮，那么几个小

    时后哪个气球的浮力会更强呢？是纸气球还是橡胶气球？请再

    假设一下这个场景：你手边有两杯咖啡，一个杯子是泡沫塑料

    的，另一个是陶瓷的，两个杯子都用完全密封的盖子封住杯

    口。假如这两个杯子在同一张桌子上静置，那么二十分钟后哪

    杯咖啡会更热呢？是陶瓷杯里的咖啡，还是泡沫塑料杯子里的

    咖啡？ 从科学的角度来说，以上的两项思维实验涉及的现象有着

    本质的区别：一种涉及气体的扩散，另一种则是热的传递；第

    一个思考题涉及物质的分散，第二个问题则涉及能量的转化。

    因此，物理学家对这两个问题的回答会基于两种不同的考量：

    第一个问题是纸和橡胶的多孔性，第二个则是泡沫塑料与陶瓷

    的导热性。更多书籍访问：

    然而，对于物理学的外行来说，他们回答这两个问题都只

    会基于对同一种要素的考量：多孔性。换句话说，不论是物理

    学家还是对物理学了解不多的人，都会同意橡胶气球能保持更

    多浮力，但他们会在哪杯咖啡更热这个问题上产生分歧。物理

    学家认为泡沫塑料杯子里的咖啡会更热，因为泡沫塑料的隔热

    性更好；外行人则认为陶瓷杯子里的咖啡更热，因为陶瓷的多

    孔性比泡沫塑料弱。

    以上的这组思考题选自心理学家季清华(Michelene Chi)

    和她的团队提出的一系列问题。每组成对出现的问题都是一个

    材料转化问题和一个结构与其类似的能量传递问题。有些问题

    涉及的能量是热量，有些是光，还有一些是电。但是，不论问

    题谈论的能量究竟是哪一种，对物理学了解不多的人(在这项

    研究中，参加实验的是一批九年级学生)都会根据近似的材料

    转化问题的结果对能量传递问题做出推测。他们也会用相似的

    语言来解释自己对这两种现象的理解。不论讨论的是能量还是

    物质，他们都会使用表示包含(比如保持、困住、阻隔)、吸

    收(比如吸入、吸收、吸进去)以及宏观运动(比如离开、穿

    过、逃逸)的动词。物理学专家则会用完全不同的言语来描述两个不同的问

    题。在讨论物质问题时，他们会使用描述包含、吸收与宏观运

    动的动词。但是，在描述能量时，他们会倾向于使用描述粒子

    运动(“冲撞”“接触”“刺激”)、系统性流程(“总体来

    说”“并联”“与此同时”)以及寻求均衡的进程(“传

    导”“转换”“趋同”)的表达。所以，为什么物理学的外行

    人会把热、光和电视作物质呢？季清华和她的同事认为，这是

    因为我们更容易对某种“东西”而非进程产生概念。“东

    西”是具体的，而进程是抽象的；“东西”是静态的，而进程

    是动态的；“东西”是持久的，进程则是转瞬即逝的。

    当然，不是所有进程都很难让人产生明确的概念。我们完

    全可以毫无障碍地设想意图和动机都非常明确的进程，比如烹

    饪、绘画或者缝纫。季清华团队把这些进程定义为“直接进

    程”，并跟他们定义的“突现进程”进行区分。“突现进

    程”与“直接进程”主要有四点不同：首先，突现进程是整个

    系统层面的，这意味着它无法以“诱因—结果”机制进行明确

    的解释；其次，突现进程是寻求均衡的，这说明它终将向能够

    使参与者达成平衡的方向移动；再者，突现进程具有同步性，这意味着参与其中的要素在运行时彼此串联；最后，突现进程

    具有持续性，这表示即使进程中达到了均衡状态，这种进程也

    既没有起始，又没有终结。扩散是一种典型的突现进程。在这一进程中，物理系统一个层级(比如

    微观层级)的随机运动引发了该系统中更高层级(比如宏观层级)的有

    序变化，就像墨汁在水里扩散的进程一样。

    热力是一个突现进程的绝佳范例，因为它正是从独立分子

    的集中运动里产生的。其他例子还包括由独立气体分子的合力

    产生的压强、产生于独立气团的共同运动的天气以及由独立物

    种的共同繁衍过程导致的进化。我们的社会生活中也处处可见

    突现进程的影子。交通是无数彼此独立的驾驶员同时做出决定

    而引发的突现进程，股价的变化也是所有参与其中的独立投资

    者共同做出选择影响下的结果，甚至城市都是无数各自独立的

    开发商共同作用下的产物。我们往往倾向于相信这些现象都是

    某个单一要素诱发的——比如某个开车磨蹭的司机、某个行事

    不理智的CEO或者某个想入非非的规划者——但真相是，这些现

    象的发生根本不需要领袖的引导(或者阻碍)。当然，在热学

    领域，更不用说哪个单一分子能引导进程了。某个系统中看似复杂且有序的变化实际上都是由处于该系统较低层级的、无序

    且简单的变化引发的。

    从科学的角度理解热力，首先需要学会把它看作一种突现

    进程。但是，既然突现进程本身就相对难以理解，我们又要如

    何建立把热力视作突现进程的概念呢？这很像是一个“先有鸡

    还是先有蛋”的问题，不过季清华和她的同事找到了应对方

    案：他们先向对物理学不甚了解的学生介绍了广义上的突现进

    程这个概念，再为他们演示为何热力是一种突现进程。他们设

    计了一种在电脑上使用的教程，引导学生们了解突现进程的四

    个关键要素：突现进程适用于整个系统，突现进程寻求均衡，突现进程具有同步性，突现进程具有延续性。季清华团队通过

    上文描述过的测试题来检测这个教程是否有效，每组测试题都

    会出现几个与能量相关的问题和与其非常相似的物质相关的问

    题。

    测试结果表明，季清华团队的电脑教程非常有效。在使用

    教程学习之前，不论是对情况的预判还是对现象的解释，都只

    有为数不多的几个学生能够把与能量相关的问题和与物质相关

    的问题区分开来。但是，在使用过教程后，绝大多数学生都能

    做到这一点了。换句话说，向对物理学缺乏了解的孩子解释突

    现进程，可以让他们用前所未有的全新视角思考热力——它来

    自物质又并非物质，它影响事物却不是事物本身。能量的本质

    就是如此。

    声音像热力一样是一种能量。它在物质中传播，或者说通

    过物质传播，却不是物质本身。声音是一种压力波，先是压缩分子的波峰，接着是稀疏分子的波谷，通过一个震动的实体实

    现往复运动。不过，绝大多数人都不会把声音看作能量，而是

    把它当成一种具体的物质。

    显而易见的是，声音能够通过媒介传播，因为我们可以通

    过固体、液体和气体听到声音，但我们一直以为它的传播是穿

    透媒介中“空着的地方”渗透过去的。很多人都以为媒介对声

    音的传播来说是阻碍，如果没有媒介，声音会传播得更快。然

    而声音是无法在真空的环境中传播的，正如电影《异形》的标

    志性台词所说的那样：“在太空中，没有人听得见你尖叫。”

    把声音视为物质的观点不仅常见，而且十分容易诱发。请

    你阅读并思考以下这些陈述，这是几名参加物理学导论课程的

    学生在调研中对“声音是如何在空气中传播的”这个问题做出

    的解释：

    ·“在声音移动的时候……就比如说声音在空气中传播的

    时候吧，它可能是穿过了空气分子之间的空隙，不过我想总会

    撞上一两个的。我的意思是说，声音也不能控制自己往哪边走

    嘛。”

    ·“声音的移动就像那种微小的东西一样，也是找地方钻

    过去……穿过所有小空隙什么的，直到它走到收听者那边为

    止。”

    ·“呃，要我说，声音的移动应该就像走迷宫一样，它得

    经过各种障碍才能走到另一端。我不觉得声音可以让墙壁里的分子动起来，它只能绕过去。”

    我的朋友也做过类似的论断。有一次，我们一起看一部背

    景设置在外太空的电视剧，我的一位朋友说了这样的话：“他

    们就不知道太空中没有声音吗？都没有声音可以弹跳传播的空

    气粒子。”太空中的确没有声音，她这话没有说错，但是理由

    找错了。声音是通过空气粒子传播的，而不是在粒子之间来回

    弹跳。

    儿童对声音的概念比成年人更加具体。在一项研究中，测

    试人员询问年龄在6到10岁之间的儿童声音是否具有质量、重量

    以及持久性。他们使用的问题包括“我们能透过墙壁听到声音

    吗？”(如果儿童认为声音具有质量，这个问题就显得格外神

    秘了)；“声音能传播多远的距离？”(如果认为声音具有持

    久性，那它确实可以传得非常远)；“铃铛会不会每响一次就

    变轻一点儿？”(如果认为声音具有重量，那么答案就应该是

    肯定的)……结果是，几乎所有受访儿童都认为声音具有质

    量，因此它不能穿过墙壁，只能绕过，或者从墙上的缝隙钻过

    去。一部分儿童同时认为声音具有重量和持久性，他们不仅相

    信声音可以永远传播下去，也相信铃铛每响一次就会变轻一

    些。

    这些观点的产生并不是偶然的，它们的出现遵循着一个固

    定的发展模式。儿童一开始都会在直觉上认为声音具有质量、重量与持久性这三种属性，直到他们逐个重新审视这些属性和

    观点。首先，他们会不再认为声音具有持久性；接着，他们会

    不再认为声音具有重量；到了最后，他们才会抛弃声音具有质量这个观点(理论上会)。很明显，不持久的没有重量的物质

    更容易想象，没有重量的物质又比没有质量的物质更容易想

    象。说到底，没有质量的物质算是什么东西呢？儿童对热的认

    知实际上遵循了这个模式，他们一开始会认为热力具有质量、重量和持久性，一段时间过后转为只有质量和重量，最后再变

    成只有质量。这种彼此相似的发展模式清晰地表明，儿童把声

    音和热力都视作物质而非能量。他们起初把这二者视为与物质

    实体相似的东西，然后逐渐把它们看作更加抽象的物质(但还

    是物质)。

    儿童对我们如何感知声音这一点的认识也违背了基于物质

    的观点。科学地讲，接收声音的过程实际上相当直接：声波进

    入耳道，撞击我们的耳鼓使其振动，这种振动再通过一系列骨

    骼传导到耳蜗，在那里转换成神经信号。那么，如果把声音视

    作物质，接收声音会是什么样的过程呢？一种可能的解释是，耳朵的功效近似于收集“声音粒子”的漏斗，它把这些粒子聚

    集起来送进大脑。然而这种说法的接受程度却不怎么高。另一

    种更受欢迎的说法是，我们的耳朵会主动侦测声音，而不是被

    动地接收它们。换句话说，耳朵会主动通过某种看不见的放射

    物来对周边环境中的声音进行采样，这种观点被称为“放射

    说”。以下这段科学教育研究者与10岁儿童的对话就很好地展

    示了这种看法。

    研究员(用金属物件敲击一只玻璃烧杯)：声音是怎么产

    生的？

    孩子：两个硬的东西撞在一起就出声音了。研究员：那为什么这些硬的东西能发出声音呢？

    孩子：我也不太确定，我觉得这应该和声波有点儿关系

    吧。

    研究员：你能解释一下和声波具体有什么关系吗？

    孩子：不太能，声波是耳朵发出来的吧。

    研究员：那你觉得声音是怎么从烧杯上传到你耳朵里的？

    孩子：耳朵发送声波，然后声音一旦与这些声波接触，就

    会传回耳朵里了。图中超级英雄的透视射线可以看作绝大多数人对普通视觉的看法的夸张

    版本：眼睛放出射线与环境互动。

    对话中的孩子知道“声波”这个词，却把它理解成了由耳

    朵发送而不是接收的东西。如果声音由粒子组成并且通过(或

    者说穿过)制造它的物质传播，那么我们肯定需要某种收集这

    些粒子的手段——比如某种可以与声音互动的放射物。上文的

    孩子只是刚好把“声波”这个词加在了这种放射头上而已。

    听觉上的“放射说”观点在儿童中很常见，在成人之间却

    不算普遍。然而视觉上的“放射说”理论在成人和儿童中同样

    常见。视觉接收的原理和听觉非常相似，唯一的区别就是与其

    有关的能量变成了光。光进入我们的眼睛就像声音进入耳道，它撞击我们的视网膜如同声波撞击耳鼓。不过光的存在比声音

    更加普遍，因此往往不会被认为是信息的一种。我们的确知道

    要有光才能看得见，但我们不知道光本身才是可见性的载体

    ——所有可见范围内的物质都要通过把光波反射进我们的眼

    中，才能被我们看到。即便是柏拉图、托勒密或者达·芬奇这

    样伟大的思想家也会误解光在视觉中的作用。就像如今的许多

    成年人一样，这些思想家把光视作某种由波构成的射线，它从

    眼睛中发射出来，并在外部与物体相互作用。

    这种“放射说”观点的影响非常显著。如果让我们在对视

    觉的“进入说”解释(光线或光波进入我们的眼睛)和“放射

    说”解释(光线或光波离开眼睛再折返回来)之间做出选择，我们一般来说会选择后者。假如给我们一幅眼睛的示意图，让

    我们在上面画箭头表示视觉中信息的流向，那么我们通常会画出从眼睛出发指向外面的箭头，而不会让箭头指向眼睛的方

    向。当我们解释人是如何观察一件发光物体(比如亮着的电灯

    泡)的时候，我们的确会说来自灯泡的光进入了我们的眼睛；

    但如果解释的对象变成如何观察不会发光的物体(比如没有亮

    的电灯泡)的时候，我们就不会承认有什么东西进入眼睛了。

    其中，最后一个现象尤其有意义，它说明我们既承认在有光源

    的时候光会进入眼睛，又不把光看作对于视觉来说的关键要

    素。

    标准的物理课程并不会涉及光在视觉中的角色。只有心理

    学课程才会包含这些元素，但它们也很少会直接驳斥“放射

    说”的思路。除此之外，我们对视觉的经验也无法提出指

    向“进入说”特质的线索。因此，许多成年人依然抱持着“放

    射说”的看法，这一点并不奇怪，我们可能只是从来没有听过

    另外一种说法而已。研究者对这种可能性进行过研究，他们发

    现，直接告诉人们视觉的原理对纠正他们基于“放射说”的概

    念错误并不是非常有效。这种概念错误对引导的抵抗力很强。

    在一项研究中，研究者制作了一部教程，它专门阐述并驳斥

    了“放射说”理论，强调了光在视觉中的作用，并超过二十次

    提到了在这个过程中是光进入眼睛。教程的结束语是这条信

    息：“请记住，我们不需要从眼里发射什么就能看见东西。在

    你用眼睛去看的时候，只有光线会进入你的眼睛，不会有什么

    从你的眼睛里跑出来。虽然超人可以从眼睛里发射透视射线，但真实的普通人眼睛不发射任何东西也能看得见。”研究人员让五年级、八年级以及大学低年级的学生分别使

    用了这部教程，每组学生似乎都有所收获。学习完教程后，所

    有学生的表达里基于“放射说”的观点都少了很多。但是，等

    到三个月后，这些学生在解释时表现出的“放射说”思路就像

    没学习过教程一样多了。参与研究的学生最终又回到了他们之

    前的“视觉光线”的观点。

    这样的研究表明，“放射说”的观点表现出了直觉理论的

    所有核心要素：它们历史悠久，会在不同年龄段、任务和背景

    中出现，并且很难通过引导消灭。因此，“放射说”并不仅仅

    是一种错误观点，而且是对光与其在视觉中的角色的非科学理

    解的副产品。许多研究直接探究了学生对光(基于光感)的直

    觉看法，发现他们并没有把光视作一种能量，而是——我想你

    一定已经猜到了——一种物质。

    抱持着“放射说”生活倒也不会有什么损失。不管我们认

    为光波到底是流向眼睛还是从眼睛里流出来，我们都知道，假

    如要看到某件物体，我们和这件物体之间就不能存在阻碍。但

    是，基于“放射说”的观点展现了关于能量的性质最基本的错

    误概念，而关于能量的错误概念很可能造成严重的后果，甚至

    是致命的影响。基于物质的能量理论认为，能量的来源与能量

    的受体截然不同(就像西门托学院的研究者们的“热源接受

    者”理论一样)。这种并不存在的区别可能引发与温度和电学

    相关的不安全行为。我们面对被当成能量来源的物体时会比较

    警惕，但是面对被视为能量受体的物体时就没那么小心了。请你思考一下如下数据。绝大多数烧伤都不是接触火焰导

    致的(火焰是最原始的热源)，而是因为接触了其他高温物

    品，比如滚烫的厨具或者沸水。绝大多数冻伤不是接触冰导致

    的(冰是最原始的冷源)，而是长时间暴露在冷空气中。最常

    见的家庭用电致伤的原因也通常不是接触了电路(最原始的电

    力来源)，而是家用电器使用不当。这些数据在一定层面可能

    取决于我们遭遇危险的频繁程度，但也很可能是我们低估了被

    视为能量受体的物品(或物质)的危险性导致的。

    获取对热和电的科学认知有可能在一些与能量相关的危险

    面前保护我们，但是把科学常识与日常生活中的行为结合起来

    并不是那么容易的。比如，你可能知道电产生于电子在线圈中

    移动，但你可能依旧认为电力是从插座里顺着电线一路流到某

    个电子设备里的某种物质(所谓的“电流”)。即使是科学

    家，在非科学语境下讨论能量问题的时候，也会倾向于非科学

    的直觉。在一项研究中，研究人员向几名拥有物理学博士学位

    的受试者提了几个关于热与热传递的定性问题。虽然所有受试

    者都阐述了微观层面的进程如何转化为宏观意义上的现象，表

    述时却总是会在具体使用的语言上产生分歧。比如，在解释为

    什么一只滚烫的浅盘在敞开的橱柜里冷却得更快时，有些受试

    者的论据是导热性，有些提到了热对流，有些说起了热辐射，还有一些开始谈论问题涉及的材料的具体热容量。同样，对于

    这些物理学家受试者来说，把他们的科学知识与日常生活中关

    于热的经验结合起来颇有难度。以下这段对话就展示了这一

    点：研究员：以下哪种材料更适合让冰凉的果汁盒保持低温，铝箔还是羊毛？

    物理学家：我想说羊毛，但我觉得这个答案是错的。

    研究员：你为什么觉得这个答案是错的呢？

    物理学家：我也说不上来。我就感觉肯定是错的，但我说

    不上来为什么。

    研究员：所以你感觉铝箔应该是正确的答案？

    物理学家：应该是。你问为什么？因为我妈把东西放在炉

    子里烤的时候会在外面包铝箔，而不是羊毛，可羊毛在高温的

    炉子里是不会燃烧起来的。所以答案应该是铝箔吧，我猜是这

    样。

    实际上，羊毛作为隔热体要比铝箔好很多。其实这位物理

    学家注意到了这一点，但是他日常生活中关于羊毛和铝箔的经

    验让他犹豫不决。如果铝箔并不是优秀的隔热材料，那他的母

    亲为什么要用它来包食物呢？如果羊毛的隔热性更好，那为什

    么羊毛没有成为厨房必备品呢？

    这则小逸事与专业科学家研究得出的一个更为广泛的结论

    不谋而合：科学家的推测比非科学家更准确，但这并不是因为

    他们能够放弃非科学家的观念错误，而是因为他们学会了抑制

    它们。那些错误观念依然存在，并在科学家解决他们专长领域

    之外的问题时蠢蠢欲动，就像上文描述的情况一样。就算他们对问题做出了正确的推理，他们的大脑依然会显示出在隐性层

    面与错误观念纠缠的痕迹。让我们得以认识这一点的是使用了

    功能性磁共振成像(fMRI)技术来检测实验时的脑部活动的研

    究。fMRI测量了与某一科学任务相关时有多少血液流经大脑的

    特定区域。大脑的某个区域越活跃，需要的氧气就越多，向那

    里输送氧气的血液也就越多。

    在观察一幅物理学上不能成立的线路图时，物理学专家的脑部在背侧前

    额叶皮质(DLPFC)和前扣带皮质(ACC)处显示出了更多活动，这两个

    区域主要与抑制和冲突监控有关。

    近年来，研究者在身为科学家的受试者解决以下两种问题

    时监测了他们的脑部运动：一种是任何人(不论是不是科学

    家)都能正确解答的问题，另一种是只有科学家可以正确解答

    的问题。在解答第一种问题时，科学家脑部的神经活动和非科

    学家的没有什么差异。但是，在面对第二种问题时，他们的大

    脑中与抑制和冲突监控相关的区域——背侧前额叶皮质和前扣带皮质——更加活跃。科学家的确能够解答更有挑战性的科学

    问题——这正是他们的专长所在——但是，当他们这样做的时

    候，他们必须抑制住那些与他们的科学知识相悖的念头。他们

    必须抑制住潜在的错误观念。

    特别是在物理学家如何看待电的问题上记录下了许多能量

    方面的潜在的错误观念。在一项使用了fMRI的研究中，研究人

    员向物理学家和非物理学家分别展示了几组或完成或没有完成

    的电路图，受访者需要回答电路中的灯泡是否能够被点亮。物

    理学家知道，只有灯泡与两条线相连时才能被点亮，因为完成

    灯泡与电池之间的电路至少需要两条线。然而，非物理学家认

    为，电流在电线里运动的过程就像水在管道里流淌一样。因

    此，他们相信，只要一条电线就足够让电从电池流进灯泡里

    了。

    正像研究人员预期的那样，物理学家完美地分辨出了正确

    的电路(完整且灯泡被点亮的电路以及不完整且灯泡没有被点

    亮的电路)与不正确的电路(电路完整但灯泡没有被点亮，或

    者电路不完整但灯泡被点亮了)。他们在行为上并没有表现出

    相信一根电线就能点亮灯泡的痕迹，但是在脑部运动上，这些

    专家在观察不正确的电路时，背侧前额叶皮质和前扣带皮质

    (与抑制和冲突监控有关的区域)表现得比非物理学家更为活

    跃。换句话说，当物理学家看到一根连接电池的电线点亮灯泡

    的线路图时，他们能正确地分辨出这种电路是错的，但他们的

    大脑展现出了抑制与此矛盾的答案的迹象。这种与此矛盾的答

    案很有可能就是“一根电线就足够点亮灯泡了”。在隐性层面，即使是物理学家也会把电力类比为与液体相

    近的东西：它蓄积在蓄电“池”中，能够被导体“导流”，而

    且会在电线中“流淌”。电力在物理学中的本质——一种寻求

    平衡、同步、不断延续且处于系统层面的进程——即使身为物

    理学家也很难全面接受。不论是热、声、光还是电，人们都更

    愿意把它们视作物质，不论接受多少训练，都无法把这些基于

    物质的认识从我们的大脑中彻底抹去。4.引力

    ——什么让事物拥有重量？

    什么让事物下落？

    是什么让物体坠落？美国实验心理学先驱威廉·詹姆斯推

    测，在婴儿的观念中，世界是“一团庞大而繁杂的纷乱”。然

    而詹姆斯的这个推论并不正确。在近四十年中，运用了“优先

    注视法”的研究(第二章描述了这种研究范式)已经表明，婴

    儿看待世界的方式和成年人并没有什么不同。婴儿把周边环境

    中的物体视作有形且离散的实体，它们沿着具有延续性的路径

    在空间中运行，并且会和其他物件发生互动。婴儿也会把这一

    环境中的其他人视作改变的载体，他们通过跟物体互动来达成

    特定的目标，满足注定的愿望。最后，婴儿会把环境本身视作

    一种具有深度、色彩、平面与质地的三维空间。

    不过，婴儿对世界的观察在某些方面与成人是有明显不同

    的。请你设想一下下文描述的情景：空无一物的舞台上只摆着

    一张桌子，这张桌子前放着一块隔板。隔板上方悬着一个球

    体，这个球体开始向下垂直坠落，落到了隔板后面桌子的位

    置。球体落下后移开隔板，揭示出如下三种情形之一：球体掉落的位置是桌子表面；球体掉落的位置是桌子下的地面，就好

    像它穿过了桌子一样；球体掉落的位置处于桌子和起落点之

    间，就好像它浮在空中一样。

    当球体落在隔板后面时(图中隔板用虚线表示)，四个月大的婴儿看到

    球似乎穿过了桌子的场景(图中左下)时会感到惊异，却不会对球体悬

    空的情景(图中右下)有什么特殊反应。

    上文的后两种情形都会让成年人感到惊异，但四个月大的

    婴儿只会对第二种情形做出反应。这里指的“反应”是，与落

    在桌面的球体相比，婴儿们会对似乎穿过了桌子的球体注视更

    长时间，却不会同样注视那个似乎悬在半空中的球体。这说明

    四个月大的婴儿虽然已经有了对固体性的期待，却还没有对引力的期待。事实是，婴儿对引力的观念——或者说得更具体一

    点儿，他们关于支撑的概念——是在生命的前几年中逐步建立

    起来的。

    在成年人的期待中，如果质心处没有足够的支撑，那么物

    体就会坠落。这种观念表面看非常简单，实际上是相当复杂

    的。因为这种观念需要成长过程中获得的一系列观念作为支撑

    才能产生，而在这一系列观点中，首先需要的就是物体在没有

    与其他东西接触时会下落的观念。使用提供了足够或不足支撑

    的物体(物体在支撑不足时会掉落)进行的测量婴儿对固定物

    体的注意力的研究表明，婴儿到了六个月大时才会获得这种概

    念。

    在一项研究中，研究人员给受试婴儿展示了两个摞在一起

    的盒子。婴儿观察着一只手推动上方的盒子，让它蹭着下方盒

    子的表面平移，这一推动过程会在以下两个节点之一停止：在

    第一个点，上面的盒子依然被下面的盒子所支撑；在第二个

    点，上面的盒子被推出了下方盒子的边界，看起来就像浮在半

    空中一样。五个月大的婴儿会对貌似飘浮的盒子注视更长的时

    间，这说明他们已经建立了飘浮的盒子理应坠落的预期。然

    而，看到上方的盒子被推到下面盒子的边缘，两个盒子只在边

    角上稍微有接触的情形时，这个年龄段的孩子是不会表现出惊

    讶的。这说明婴儿先学会认识两件物体是否彼此接触，再学会

    认识接触的具体类型。他们还需要两个月左右才能理解唯一能

    够提供支撑的接触来自物体下方。当然，相对于支撑来说，来自下方的支撑虽然必不可少，但完全不够。物体只有在质心得到支撑时才能免于坠落。在婴

    儿理解支撑的重要性之后的几个月里，他们并不会关心物体具

    体的支撑程度。以九个月大的婴儿为例，在看到位于长方体支

    撑物上方的三角形积木块的绝大部分都被推离下方支撑却没有

    掉落的情形时，他们是不会感觉惊讶的。事实上，判断物体到

    底需要多少支撑的期待在整个童年都会不断调整。

    幼儿判断一个物体是否会从底座上掉落的根据是这个物体的底面是否得

    到支撑，而不在意它的质心支撑情况如何。所以，他们一方面能正确地

    判断出上图右下角的积木块会掉下来，而左上角的不会；另一方面又会

    错误地以为右上角的积木块会掉落，而左下角的不会。

    像年龄稍大的婴儿一样，幼儿也理解物体和支撑物之间一

    定程度的接触非常重要，但是他们无法留意到具体的支撑位

    置。6岁的幼儿会认为，只要物体底面的一半还和支撑物有接

    触，物体就依然处于被支撑状态。他们想不到要确认一下物体

    是否有一半的质量也留在支撑物上。因此，不对称的物体会让

    幼儿在判断时遭遇阻碍，因为这些物体在两方面违背了他们的“接触量”原则：一方面，即便这些物体的底面大部分留在

    支撑物上，它们还是有坠落的可能(因为质量的绝大部分不在

    支撑物上)；另一方面，即便它们的底面绝大部分都悬空，它

    们也可能稳稳地保持被支撑状态(因为质量的绝大部分得到了

    支撑)。

    因此，儿童对于支撑的预期会逐步变得越来越精确：从认

    为物体只要没有接触就会掉落，到认为物体没有来自下方的接

    触才会掉落，最终变成只有质点没有得到支撑时才会掉落。能

    够展现出这些预期变化的不仅是儿童面对不可能现象时的反应

    (就像上文描述的那样)，也有他们自己与物体互动的行为。

    在一项研究中，研究人员给婴儿展示了两只玩具小猪——其中

    一只在下方得到了足够的支撑，另外一只没有——并鼓励孩子

    们伸手去拿自己想要的那只小猪。一半的受试婴儿面对的选择

    是得到了完全支撑的小猪和看似浮在半空中的小猪，另一半婴

    儿的选择是得到完全支撑的小猪和得到部分支撑的小猪——换

    句话说，就是质点没有得到支撑的原本应该掉落的小猪。

    参加实验的婴儿会拿取哪只小猪取决于他们的年龄。五个

    月大的婴儿面对得到完全支撑的小猪和看似浮空的小猪时会倾

    向于选择前者，但他们在完全支撑的小猪和部分支撑的小猪之

    间就没有什么倾向性了。七个月大的婴儿则会在两种情形下都

    更倾向于选择得到了完全支撑的小猪。婴儿在伸手拿取上表现

    出的倾向性与他们注视时的倾向一致。如同上文提到的一样，五个月大的婴儿看到没有支撑的物体停留在空中时会感到惊

    讶，看着只有一部分支撑的物体时则不会吃惊，但这两种情况都会让七个月大的婴儿感觉很意外。不论具体年龄多大，婴儿

    对于不符合他们预期的情景都表现得非常谨慎。

    我刚才提到了婴儿早在建立起对支撑的预期之前就已经有

    了对固体性相对成熟的概念。这一点同样在连续性(物体会沿

    着连续路径进行移动)和内聚力(物体移动时会保持凝聚)两

    方面得以体现，这两种预期都会在关于支撑的成熟预期产生的

    数年之前出现。所以，为什么支撑成了一个例外呢？

    这或许是由于，与另外三种概念相比，关于支撑的概念比

    较容易通过经验习得。长期来看，生来就带有关于支撑的认识

    的有机体未必会比自主学习这种知识的有机体更有优势。然而

    从另一方面来说，在固体性、内聚力和连续性方面缺乏与生俱

    来的知识的有机体不会有什么优势。他们在这“一团庞大而繁

    杂的纷乱”里学习这些原则的过程中可能会遭遇更多困难，因

    为固体性、内聚力和连续性决定了物体的本质。它们让我们得

    以从背景中解析对象，在对象经历位置与透视变化时对它们保

    持追踪——这些都是解答物体是否得到了支撑这个不那么重要

    的问题必备的先决条件。

    这种基于进化的推测与非人灵长类动物关于物理对象的概

    念是一致的。猴子和类人猿就像人类婴儿一样，对固体性、内

    聚力和连续性有强势的预期，但是对支撑的预期就相对弱一些

    了。成年黑猩猩关于支撑的预期与五个月大的人类婴儿非常相

    似，它们会注意到物体是否与其他对象接触，但不会留意这种

    接触是来自下方还是旁边。它们会因为看到香蕉飘浮在半空而

    感到惊异，但是香蕉紧贴着一只盒子的边角飘在半空就不会让它们感到意外了。进化似乎要让灵长类动物注定从经验而不是

    本能中习得与支撑相关的知识，但是人类在学习结束后能呈现

    出远超其他灵长类动物的成果。

    幼儿会在生命的最初几年对支撑建立相对成熟的理解，但

    对支撑的理解与对引力的理解是不一样的。后者不仅需要知道

    对象何时会坠落，还需要知道坠落的位置和原因。当物体坠落

    时，一般来说都是垂直下落的。比如，从餐桌上掉下去的勺子

    一般就落在桌边，从写字台上掉下去的钱币也不会离桌子太

    远。但是这条原则一样有例外情况。处于运动中的物体就会掉

    落在距离起落点更远的位置，而掉落过程中遭遇阻碍的物体就

    根本不会落地了。

    然而研究结果表明，幼儿是不会考虑到这两种例外情况

    的。他们既无法留意到下落的物品是否在坠落中发生了运动

    (下一章将主要探讨运动的问题)，也无法注意到下落的路径

    是否遭遇了阻碍。他们只是认为物品一定会直接落在起落点的

    正下方。验证了这一点的是心理学家布鲁斯·胡德的“管道实

    验”。皮亚杰之后的心理学家们一直对儿童如何在隐蔽位移中

    追踪对象这一点很感兴趣，换句话说，他们想知道幼儿如何以

    及何时追踪物体在视线之外的运动。在胡德设计的这项隐蔽位

    移实验中，发生位移的物品是一个球，隐蔽表面则是不透明的

    管道。

    实验所用的管道被固定在垂直于地面的矩形框架中，让球

    体可以穿过这些管道落地。框架里至少需要三条管道，每条管

    道的上开口处装有套管，下开口处放着小桶，套管与小桶的位置垂直相对，看起来就好像假如没有安装管道，从套管上方落

    下的球就可以直接落入下方垂直于它的小桶一样。但管道的走

    向并不垂直，从上方正中管口进入的球会落入下方左边的小桶

    里，从上方左边管口进入的球会落入下方右边的小桶里，从上

    方右边管口进入的球会落入正下方的小桶里。

    图像

    对于4岁以上的实验对象来说，从这个设备中将球取出的任

    务是小事一桩，只需要确定上下哪两个管口彼此相连就好了。

    然而对于4岁以下的幼儿来说，这个任务却异常艰难。他们似乎

    倾向于忽略管道的存在，直接在与上方球体进入位置对应的小

    桶处寻找——比如小球从上方左边的管口进入的话，他们就会

    在下方左边的小桶里寻找。胡德称这种表现为“引力错误”，因为这些错误并非来自完全随机的猜想。在上面的例子中，幼

    儿基本不会在第三个小桶处寻找——这个小桶既没有对应着正

    确的管道(不是正确的位置)，也并不与球体进入的管口垂直

    (也不是引力理论上应该出现的位置)。如果下方的小桶没有

    与任何一条管道相连，那么幼儿也不会在那里搜索，因为他们

    知道，如果小球在那里落下了，那他们本应该看到它穿过空气

    下落的过程。当球体从这个设备中间的管口进入时，幼儿通常会直接在垂直于起落点

    的下方小桶处搜索，而留意不到设备中的管道会让球掉进左边的小桶

    里。

    幼儿在这项实验中的表现不是非黑即白的。他们既不会在

    每次试验中都百分之百地展现出引力错误，也不会每次都能找到正确的位置。实际上，他们会随着年龄的增长而越来越接近

    正确的位置，也越来越少犯引力错误。这说明引力错误是以下

    两种彼此冲突的观点的产物：物体应该会直线下落以及一种固

    体(实验中的小球)不可能穿过另一种固体(管道)。对于年

    龄大一些的孩子来说，第二种观念更为强大，这让他们意识到

    固体的阻碍在这种情况下一定会对引力产生影响，年龄更小的

    幼儿则无法做出这种决定。实验所用的设备能够同时激发他们

    的这两种观念，而他们不知道如何区分二者的主次。

    当然，对于幼儿为何无法通过管道测试还有别的解释方

    法。也许他们只是不太理解不透明管道的工作原理，从而不知

    道管道里的物体只会从末端掉出来。他们犯的错误也很可能是

    所谓的临近错误而不是引力错误——他们不过是去距离上一次

    看到球的位置最近的小桶寻找而已，这和他们对引力的预期没

    有什么关系。

    胡德也的确考虑到了这两种解释，但通过实验证明了它们

    都并不准确。首先，他把实验用的设备平放，让球体从左到右

    地穿过管道，并以此证明了幼儿并非不理解管道的工作原理。

    在这种(依然用到了球和管道的)情形下，参与实验的幼儿能

    出色地完成任务。然后，通过对实验过程进行录像并回放，胡

    德证明了幼儿在实验中体现出的是引力错误而非临近错误。幼

    儿看了实验的倒放录像，录像中球体从管道下方进入，再从上

    方重新出现，就好像被管道中的真空吸进去了一样。在这种情

    形下，幼儿只会注意管道本身，而不会注意与进入位置垂直相

    邻的下出口。垂直相邻的下出口不再是他们倾向于寻找球体的位置，因为此时引力已经不是让他们注意那个位置的关键因素

    了。

    当球沿着图中的坡道滚下时，幼儿通常会在右侧最远端的门背后寻找，并无视障碍物会阻挡球体滚到那个位置这一点。

    管道测试并不是唯一能够体现出幼儿引力错误的实验。在

    一项被称为“架子测试”的实验里，不需要笨重的管道设备也可以把固体性和引力放在一起进行实验。研究人员给幼儿看一

    个带着两扇门的小橱柜，其中一扇柜门位于另一扇柜门上方，每扇门里面都是一个架子。这两扇柜门都是打开的状态，幼儿

    可以通过柜门看到柜子没有封顶，因此上方的架子是与外界直

    接联通的。然后，研究人员关上柜门，用一扇屏风挡住柜子，再从屏风后面垂直于柜子的位置扔下一个球。移开屏风后，研

    究人员鼓励幼儿去柜子里把球找出来。柜子的上下两层之间隔

    着一层木板，因此球只可能在上层架子里，可是，绝大多数参

    与实验的两岁幼儿都会在下面的架子里找球。他们完全忽略了

    分隔两层架子的木板的固体性，只是把注意力全部集中在球上

    次出现位置的垂直距离最低的点上。

    在这项实验的一个变体中，幼儿要找的变成了在隔板后从

    一个坡道上滚下来的球。这块隔板上有四扇随着坡道的走向高

    度逐个降低的小门，其中一扇门背后，研究人员在坡道上放了

    一个木块作为阻碍。这个木块比隔板要高，因此在隔板另一边

    随时能够看到障碍所处的位置。比如，把障碍放在第三扇门背

    后的话，滚动的小球就会从前两扇门背后通过，但是被障碍阻

    挡前行的路径，从而留在第三扇门背后。在这种情况下，球是

    不会滚到第四扇门背后的，但幼儿还是会在第四扇门后找它。

    他们直接无视了障碍，推测引力应该会让小球一路滚到坡道最

    底端。

    观察下落的对象会让幼儿忽略部分物体的固体性，比如管

    道、架子以及屏障。我们知道，幼儿能够理解固体物件是不能

    互相穿过的，因为年仅五个月大的婴儿就已经认识到这一点了。与落在柜顶的球相比，婴儿会对看似穿过了架子的球注视

    更长时间(本章开头描述的就是婴儿的“架子测试”)。对于

    婴儿来说，固体性能够战胜引力，为什么在幼儿这里就变成了

    引力战胜固体性呢？

    因为对于婴儿来说，架子测试只和固体性有关，他们彼时

    还没有获得任何(以支撑为形式的)关于引力的认知。但是，对于幼儿来讲，架子测试同时涉及了固体性和引力。而引力之

    所以能够战胜固体性，是因为这项任务激发了一个他们早已熟

    练掌握的程序：从地面捡起掉落的物体。幼儿关于固体性的认

    知和婴儿的不会有什么差别，但是这种认知被“在地上搜

    索”这个反射性冲动掩盖了。实际上，如果你留意幼儿参加管

    道测试时的动作，就会发现他们会用眼睛追踪球的移动，视线

    跟随着球移动到了正确的位置，但他们还是会去最低点找球。

    幼儿的视线揭示出他们对固体性的认识，但手上的动作只体现

    了关于引力的知识，就像婴儿的眼睛比双手更早体现出对客体

    永久性的认知一样(这部分内容在第二章有讨论)。

    幼儿在这些隐蔽位移测试中的表现——不论是管道测试、架子测试还是斜坡测试——都是他们的引力知识与固体性知识

    对抗的过程。固体性知识取得胜利的概率可以通过改变任务的

    具体要求来增减。如果去掉管道测试中的管口和小桶，直接把

    球体扔进管道里，让幼儿只关注管道本身，固体性获胜的概率

    就会增加；如果让幼儿同时追踪两个球的运动，固体性获胜的

    概率就会下降，因为这超过了他们有限的注意力跨度。管道测

    试不会被用于成年人，不过研究人员当然可能创造出一种连成年人都感觉颇为困难的版本：只需要增加管道和球体的数量就

    好了。只要管道和球的数量足够多，就连成年人也可能犯引力

    错误。我们对“固体无法互相穿过”这一点的认知可能的确非

    常强大，但是这种认知也只能在我们能够实时处理的范围内发

    挥作用。

    人类婴儿不是唯一无法通过管道测试的生物，狗、猴子以

    及类人猿也都无法通过。人类版本的实验当然无法应用于这些

    动物，但是它们可以使用同一实验的变体。在对狗进行测试

    时，下落的小球被换成了狗零食，下方的小桶也变成了狗可以

    用鼻子翻找的盒子。在对猴子或者类人猿进行测试时，小球换

    成了葡萄干或者干果，设备外还加上了实验动物无法破坏的有

    机玻璃屏障。虽然进行了这些调整，但实验的结果是一样的：

    人类以外的动物在最初尝试着捡起掉落的物体时也会犯引力错

    误。引力错误同样出现在它们参加架子测试和斜坡测试的过程

    中。

    动物身上体现出的这种错误与人类幼儿表现出的错误异常

    相似。在一项野心勃勃的研究中，沃尔夫冈·科勒灵长类动物

    研究中心的研究员对四种类人猿——黑猩猩、倭黑猩猩、大猩

    猩、红猩猩——使用了横向与纵向两个版本的架子测试进行实

    验。在纵向架子测试中，类人猿看到的是一张桌子，桌上和桌

    下分别放着两只盒子。然后，一位研究员用屏风挡住桌子，让

    类人猿看着他向屏风后垂直于盒子的位置扔下一颗葡萄。类人

    猿被允许去其中一只盒子里找葡萄，并且只能选择一次。在几次尝试中，类人猿在上下两只盒子里寻找葡萄的频率基本上是

    一致的，哪怕从物理上讲那颗葡萄不可能掉进下面的盒子里。

    在横向架子测试中去掉了桌子，两只盒子都侧边着地敞口

    放着，开口的朝向一致，不过右边的盒子挡住了左边盒子的开

    口。这两只盒子也被隔板挡了起来，研究员把一颗葡萄从右方

    滚进隔板背后。这一次，类人猿几乎可以百分之百地找到正确

    的盒子(右边)，并无视从物理上讲葡萄不可能进入的盒子

    (左边)。参与测试的四种类人猿无一例外都能做出这种反

    应，它们在横向测试中都能根据固体性做出正确选择，而在纵

    向测试中则在基于固体性的正确选择和基于引力的错误选择之

    间摇摆不定。在后续研究中，研究人员发现，类人猿注视下落

    对象的方向和进行拿取的方向之间也存在差异，这一点与人类

    幼儿非常相似。类人猿的眼睛揭示出对固体性的认知，它们的

    手却只体现出对引力的认知。

    寻找掉落的对象是每种陆生动物都要面对的任务，人类不

    是唯一用“在垂直于起落点的地方找”这个启发法来解决问题

    的动物，但只有人类能够战胜这种启发法。动物在多次接受管

    道测试的情况下，后几次测试的表现会比前几次要好一些，但

    这种改善始终是缓慢而有限的。取代引力错误的只是随机的反

    应，因为动物们已经知道了垂直于起落点的地方肯定不是正确

    的位置，但是它们无法理解管道的走向才是解决问题的关键。

    如果动物能够通过不断的练习来学会通过测试，那么它们解决

    问题的方式或许只是单纯地建立联想。也就是说，它们能够学

    会把设备上方的每个套管和下方具体的某个小桶联系起来，却不会注意到让对象从套管运动到小桶的具体机制(也就是管

    道)。而人类幼儿既可以通过学会建立联想来解决这个问题，也可以通过其他方式来学着通过测试。

    一种帮助幼儿通过测试的方式是在孩子们开始找之前先告

    诉他们对象会掉在哪里。这听起来好像不算什么，实际上非常

    重要。其他动物可以观看同伴解决问题并模仿它们的行为，但

    是它们既无法通过交流传达解决方法，也不会尝试着这么做。

    然而，人类幼儿在管道测试中很容易采信成人的说法，并因此

    放弃垂直于起落点的小桶，去找成人指出的正确位置。而且幼

    儿不是什么话都言听计从的，他们既不会在亲眼看到球体下落

    的前提下被语言引导着犯下引力错误，也不会在(通过观察管

    道)知道了如何解决问题的情况下被语言引导着再犯引力错

    误。幼儿运用成年人证词的方式是既细致又具有适应性的。

    另一种帮助幼儿通过测试的方式是鼓励他们发挥想象力

    ——鼓励他们想象球体穿过管道下落的过程。引力错误之所以

    出现，往往是因为孩子们让一种经过训练的反应(从垂直于起

    落点的地方捡东西)取代了其他对球体落点的设想。鼓励幼儿

    发动想象力会让他们寻找时的准确率翻倍：他们到正确地点搜

    索的概率会提高一倍，犯下引力错误的概率会减少到一半。人

    类具有两种重要的能力——运用想象力的能力以及向同胞学习

    的能力，这两种能力让我们战胜了这种偏见，而其他灵长类动

    物的搜寻行为终其一生都饱受其困扰。

    你是否相信人类曾经在月球表面行走？大约7%的美国公众

    并不相信这一点。虽然自人类1969年初次登月开始，美国国家航天局(NASA)播放过多次登陆月球表面的影像资料，但还是

    有阴谋论者宣称那些资料是伪造的。这些阴谋论者虽然承认影

    像中的宇航员移动的速度比在地球上慢很多，但是他们拒绝相

    信那是引力不同导致的(地球的引力是9.81ms2，月球的则只

    有1.62ms2)。他们宣称NASA是在地球上的某个沙漠或者摄影

    棚里拍摄的影片，然后通过把播放速度降到原来的40%来实现的

    这种效果。

    但慢速播放无法制造出宇航员跳跃得更高更远的现象，而

    影片中宇航员跳跃的距离和高度都是在地球上无法实现的。一

    些阴谋论者推测这种跳跃是通过隐藏着的吊索或缆绳伪造的，但是这种说法不能解释为什么宇航员投掷的东西——比如袋

    子、锤子以及金属盘——都比在地球上飞得更远更高。哪怕是

    宇航员踢起的尘土也比在地球上扬得更高，而尘土可是不能用

    吊索和缆绳拉起来的。

    相信NASA伪造了登月视频的人忽略了的一点是，视频中的

    每帧画面、每个事物，都能体现出低引力环境的影响。但这些

    影响的确是非常容易被忽略的。不仅阴谋论者忽视了它们，许

    多反驳阴谋论的人士也忽视了它们。既然飞扬的尘土就是最有

    力的铁证，为什么还要为看不见的缆绳或者藏起来的吊索而争

    论不休呢？

    不论是否相信阴谋论，我们可能都会认为引力与质量的关

    系非常难以理解。我们在婴儿时期理解了物体何时会掉落，又

    在童年明白了它们将落向何处，却只有在学习引力的概念时才

    知道它们为何会掉落。我们现在知道了引力是坠落的原因，但我们不会真的运用引力的思路来思考坠落。我们只会把坠落与

    重量结合起来。假如你的购物袋破了，里面的东西全都掉了出

    来，那么你一定不会埋怨地球引力，而只是抱怨这堆东西太

    重。每样东西的重量都不同，但引力看起来好像是恒定的，所

    以我们会忽略恒定的东西(引力)，而只考虑非恒定的重量。

    但是这种把引力与重量分开的习惯会对观念造成影响，最

    终我们会认为重量是物体的一种本质属性，而不是物体与某一

    引力环境之间的关系。这会让我们很难回答哪怕是最基础的关

    于引力和重力的问题：为什么物体在不同的星球上会有不同的

    重量？为什么卫星会绕着行星旋转，而不会直接撞上去？为什

    么不同质量的坠落物体都会以同样的加速度下落？为什么自由

    落体运动会带来失重感？还有一个最基本的问题——为什么地

    球另一端的物体不会直接飘到太空里去？

    最后一个问题尤其会让小孩子感觉困惑。如果物体都需要

    来自下方的支撑，那地球的“下半边”要怎么支撑它们呢？那

    走到地球下半边的人就肯定会像爬到大球下半边上的老鼠一样

    掉下去了。研究人员对儿童如何把他们对引力的认识和对地球

    的认识结合起来很感兴趣，并试图通过以下的思维实验对此进

    行探究：

    ·请想象一下，你有个朋友住在地球的另一端，现在这个

    朋友正在玩球。假如她把球高高地抛起来，球会到哪里去呢？

    ·假如这个住在地球另一端的朋友有一瓶果汁，她把瓶盖

    打开，再把瓶口朝上放在地上，那么瓶里还会有果汁留下吗？·想象你家的花园里有一口很深很深的井，深得能穿过地

    心通到地球的另一边。假如你往这口井里扔一块石头，这块石

    头最终会怎么样呢？

    读完这些问题的你有什么想法？你也许相信，第一个问题

    里的球会落在地上，第二个问题里的果汁也会留在瓶子里，但

    是第三个问题里的石头会怎么样呢？人们早在中世纪就开始思

    考这个问题了。当时的学者的观点主要分为两派：(1)石头会

    在到达地球的中心时停止运动(这一观点的代表是学者戈蒂埃

    ·德·梅茨(6))；(2)石头会像钟摆一样左右运动(这一观点

    的代表是萨克森的阿尔伯特(7))。如今，物理学家们肯定了第

    二种观点，但他们同时指出，由于空气阻力的作用，石头不可

    能永无止境地摆动下去。石头每次通过地心的速度都会在空气

    阻力的作用下变慢，所以它最终的确会在地球正中心停下来，但不是像第一种说法那样到达中心就立刻停下。

    对成年人来说，只有第三道思考题真正需要设想一番，因

    为另外两道早就有了已知的结果。但是对学龄前儿童而言，这

    三道题都是需要假设的情况。学龄前儿童一般并不知道(或者

    不相信)地球另一边还有人住，所以他们会认为三道题中的物

    体都会离开地表飞向空中。这些观点背后隐藏着的就是对重力

    的“垂直向下”概念——正是这个概念影响了幼儿在管道测试

    中的表现。中世纪的物理学家在被投入直通地球另一端的深井中的石头会如何这个

    问题上争论不休。13世纪的学者戈蒂埃·德·梅茨认为，这块石头会如

    图所示在地球正中停止运动。

    年龄大一些的孩子会知道，地球另一端不仅有人住，那边

    的人抛起的球也会和他们自己抛的一样落回地面。但他们对那

    块穿越地球的石头的命运就没那么确定了。很多孩子会肯定戈

    蒂埃·德·梅茨的观点，认为石头会在到达地心时停止运动。

    这个观点显示了一种全新的引力概念——认为引力是向(地心

    以)内而不是向下的。他们认为，石块到了地球内心最深的一

    点时会停止运动，因为引力是从那一点发散出来的。

    因此，年龄大一些的孩子能够给出更加精确的答案并不意

    外，但年龄并不是唯一影响儿童判断准确性的要素。他们对地

    球的理解也是一个非常重要的影响因素，不论年龄多大，儿童

    对地球的形状和运动了解得越多，他们在回答这些与引力相关

    的思考题时给出的答案就越复杂和完善。理论上讲，理解地球是一个旋转的球体有助于儿童理解重力是一种内拉力，而理解

    重力是一种内拉力也能让他们更好地理解地球是旋转的球体。

    引力不是一种可以孤立学习的概念，它与其他许多概念有着内

    在的联系，比如支撑、自由落体、重量、质量、加速度与行

    星。想要对引力建立相对完善的概念的话，儿童还需要对质

    量、运动和宇宙学建立更加全面的认知。

    这些概念之间彼此存在的内在联系引发了一个悖论：如果

    纠正任何一种观念都需要同时修正其他好几种，这又怎么可能

    做得到呢？哲学家奥托·纽拉特曾经把这个问题类比为在大海

    中修建一艘船：“我们无法从一张白纸的状态开始学习，我们

    必须凑合着使用我们自意识产生以来陆陆续续地找到的所有语

    言和概念……我们就像是在海中航行的海员，既需要重建我们

    的船，又永远不可能从零开始。每取下一根桅杆都必须用一根

    新的代替，而船只的其他部分就是材料的来源。通过重复利用

    旧桅杆和收集浮木，这艘船可以在面貌上焕然一新，但这也是

    通过循序渐进的重建实现的。”

    纽拉特是哲学家而非心理学家，但他所用的比喻与我们学

    习科学概念的过程不谋而合。这个过程是缓慢而艰难的，因为

    我们并没有这些概念的既定模板。我们必须不断地用一个更接

    近真相的概念替换掉另一个(比如用“物体在质心没有得到支

    撑时会下坠”替换“物体在没有来自下方的接触时会下

    坠”)。在许多次观念替换过后，虽然我们会形成看起来与旧

    观念截然不同的全新观点，但这一传承过程是确凿无疑的。每

    个天文学家在最开始都是不相信地球另一边有人住的孩子，每个物理学家在幼儿时代都找不到穿过管道的小球。简简单单的

    小艇也能在重组中变成宏伟的大船。5.运动

    ——什么让物体移动？

    物体沿着什么样的轨迹移动？

    中世纪物理学家和如今的物理学家一样，能够在一些方面

    达成共识，也会因为理念不同而发生争论。比如，他们同意让

    对象发生运动的是一种外加的力——所谓的“内部动量”或者

    动力，也认同只要动力不消失，对象就会保持运动状态，就像

    第一章提及的情况一样。但中世纪物理学家们在动力是否可以

    拥有多种形式以及动力如何与其他物理力互动等方面无法达成

    共识。

    一部分物理学家相信，动力会自行消散；而另一些物理学

    家相信，如果没有摩擦力或者空气阻力等外力阻碍，动力就会

    一直积聚在对象内部。学者们在引力将何时对动力产生影响这

    方面也颇有分歧：一种观点是对象一旦开始运动就会被引力影

    响；另一种则是动力降至某一节点后，引力才会产生影响。依

    据部分物理学家的理论，被承载的物体需要承载者提供的动

    力，另一些物理学家则认为被承载的物体不需要动力。除此之外，也有一部分物理学家争论着动力是只能引发直线运动，还

    是同样可以诱发曲线运动。

    然而，所有争论都并没有什么结果，因为所谓的动力并不

    存在。讨论动力是否会自行消解跟争论小矮人是不是戴尖帽子

    没有什么区别。这些问题都无法用实验来进行验证，因为问题

    本身在结构上就有错漏。第一个意识到这些问题不能成立的人

    是艾萨克·牛顿。在他的《自然哲学的数学原理》中，牛顿提

    出了三条让我们对运动的理解产生了永久性改变的定律：(1)

    运动的物体将保持其运动的状态，除非有力加于其上，迫使它

    改变这种状态；(2)作用于质量上的力将产生加速度；(3)

    每一个作用总是有一个相等的反作用和它对抗。

    这三条定律听起来当然非常耳熟。每个学习物理的学生都

    学过这三条定律，并且通常会配有千篇一律的插图：一个在无

    摩擦的表面持续滚动的小球(用来讲解第一定律)、一个在沿

    着坡道下滑的过程中不断获得加速度的方块(用来讲解第二定

    律)以及两辆汽车相撞后分别向相反的方向后退(第三定

    律)。然而，这些定律到底是什么意思呢？它们又是怎么

    让“动力”这一概念过时的呢？我们中的很多人可能都死记硬

    背过牛顿的三定律以及与它们相关的方程式(F=ma、p=mv)，但我们还是会用“动力”来预判和解释日常生活中的运动。有

    一种理解牛顿力学原理的好方法，就是思考这些原理如何为运

    动进行与我们想象中完全不同的刻画与描绘。

    在直觉上，我们会把运动与力视作密不可分的两件事物：

    力就代表着运动，运动就代表着力。最原始的两种力是推与拉，这两种力也的确都能让对象运动起来。然而，是什么让物

    体保持运动呢？什么能让物体运动一段特定的距离？按照我们

    的直觉理论，那就是推或拉的力转移到了运动对象身上。比

    如，虽然引力或摩擦力等其他因素很明显会对运动造成影响，但是它们并不会对运动造成反作用，只是会导致转向或者减

    速。因此，我们不会把引力和摩擦力视作“力”。我们虽然描

    述时会用上“力”这个字，但更多还是把它们视作反力。

    按照牛顿的理论，力不再是物体本身的属性，而是不同物

    体之间的相互作用。力可以被施加于物体，却不能被赋予物

    体。我们会本能地把力与运动联系起来，牛顿却告诉我们这种

    联系完全是误解。即便没有力，运动也能存在(比如在太空中

    不断运行的彗星)；同样，即便没有运动，力也依然存在(比

    如一张承载着盘子的桌子，它正在做的就是抵挡地心引力)。

    力与运动之所以可以彼此分割，是因为力可以带来的是运动的

    变化——比如对象运行的方向与速度——而不是运动本身。对

    象的速率(速度与方向)与加速度(速度与方向的变化)是截

    然不同的两种事物，只有加速度才需要力的作用。

    请你回忆一下第一章提到的思维实验，那刚好是对我们关

    于力的直觉理论和牛顿理论进行区别的体现。当想象一颗子弹

    平行于地面射出，另一颗子弹同时从同一高度垂直落下时，绝

    大多数人都认为落下的子弹会比射出的子弹先落地，因为他们

    认为射出的子弹获得了额外的力——来自枪支的力被施加在了

    子弹身上——而且他们认为这种力能够简短地抵消重力的影

    响。然而在现实中，射出的子弹和落地的子弹之间水平速度的差异完全是个烟幕弹。这种差异对引力完全没有影响，引力会

    用同样的加速度把两颗子弹拉向地面。射出的子弹只是会在落

    地之前飞行更长的距离而已。

    牛顿通过改变我们对力的理解改变了我们对运动的认识。

    我们从本能上总是会把运动与静止相对，我们认为运动需要解

    释，但是静止不需要，而不同类型的运动——比如上升、下

    落、飘浮和旋转——也需要不同类型的解释。然而牛顿告诉我

    们，运动和静止是“惯性”这枚硬币的两面，所谓的“静

    止”只是对运动状态无法被发现的运动物体的描述。在我们看

    来，架子上的书当然没有发生移动，它相对于地球的轴心却在

    以每小时1000英里(8)的速度旋转，相对于太阳更是以每小时

    67000英里的速度运动着。如果运动需要解释，那么静止同样需

    要解释。但是牛顿向我们证明，运动原本不需要解释，需要解

    释的只有运动的变化。

    第一章的思维实验也很好地展现了这个观点。在假设炮弹

    从行驶的船上的瞭望塔处掉落的思考题中，绝大多数人都认为

    炮弹会落在船后而不是甲板上。因为我们相信船处于运动之

    中，下落的炮弹却是静止的，所以在我们的想象中，炮弹会在

    下方的船继续前进时垂直落下。但实际上，炮弹和船在以同样

    的速度运动，并且会以同样的速度向前方下落。

    如果炮弹的例子还不够有说服力，那么，请你思考一下这

    个在网络上以恶搞励志海报的形式流传的实例。海报中有一辆

    十八轮大卡车，它的驾驶舱被后面的挂箱挤成了一团：路上的一块巨石让它不得不来了个急刹车。海报的描述语写道：“惯

    性：你的卡车可以刹车，但是那块石头不会。”

    虽然牛顿早在三百五十年前就把动力理论埋葬进了科学谬

    误的坟场，但时至今日，它的幽灵依然在并非科学家的人们的

    脑海中萦绕不去。很多人依然会透过动力理论这面镜子观察日

    常生活中可见的运动：弹珠从桌面滚落，小车一路冲下山坡，轰炸机投下炸弹，枪口射出子弹，足球被踢进球门，套索飞向

    目标，硬币被抛向空中。我们运用动力理论判断移动物体可能

    运行的轨迹，计量有多少力作用于一件移动的物体，甚至运用

    它与实时发生运动的物体进行互动。不论具体的任务和语境是

    什么，动力理论都占据了绝对的统治地位。

    从桌子边缘滚落或者被移动的载体抛下的物体会沿着抛物线形轨迹移动

    (图中用实线表示)，但很多人的设想是另一种情况(图中用虚线表

    示)。就以描画某个运动物体的预期运动轨迹为例吧。很多研究

    都使用了这项任务来验证我们在运动方面的直觉理论到底是更

    贴近实际还是动力理论。研究人员向受试者出示描绘了某种运

    动物体的图——比如一颗滚向桌子边缘的弹珠——并要求他们

    在示意图上画出接下来会发生什么。在现实生活中，从桌子上

    滚落的弹珠会沿着一条标准的抛物线形轨迹落在地上——这是

    它的水平速度与在引力影响下纵向的加速度共同作用的结果。

    然而绝大多数受试者画出的轨迹都不是抛物线形的。他们画出

    的轨迹或是在最开始平行于地面，或是在后半程与地面垂直。

    这说明他们认为这颗弹珠获得了某种动力，并且这种动力要么

    会让它在开始坠落时在空中多停留一段时间(就像第一章思考

    题中的子弹一样)，要么在坠落即将结束时才被引力所取代。

    在这项实验的另外一个版本中，研究员要求受试者为从行

    驶的轰炸机上投下的炸弹画出轨迹示意图。现实中这枚炮弹会

    像上文的弹珠一样按抛物线形轨迹下坠，但是绝大多数受试者

    都认为它会垂直下落。这说明他们认为虽然飞机在运动，但是

    炮弹保持静止，因此，他们不会在炮弹身上考虑水平速度(就

    像第一章思考题中从瞭望塔扔下的炮弹一样)。

    要求受试者为沿曲线运动的物体——从曲线轨道射出的小

    球或者用套索进行圆周运动后抛出的小球——画运动轨迹示意

    图的任务或许是这种不易察觉的动力理论最常见的展示方式。

    实验中的两种运动物体都会从释放点开始沿着与曲线轨道相切

    的直线运行，许多受试者却预判这些对象会继续沿曲线运动。

    这说明他们相信物体在曲线轨道上获得的加速度会让它们在即使没有外力(比如来自管道的表面力或来自绳索的拉力)的情

    况下依然保持既有的运动路线。

    受试者画的示意图只有在动力理论的视角下才有意义，因

    为只有所谓的“动力”能够在没有任何外力的情况下推动对象

    继续沿曲线轨道运行。更重要的是，这种推论实际上与现实生

    活中的许多反例相悖，比如从盘着的花园水管里流出的水，或

    者从旋转的来复枪管中射出的子弹。在一项研究中，研究人员

    要求受试者为以上情况画出示意图。受试者能做出完全正确的

    推断，比如判定卷曲水管里的水会沿直线流出，旋转的来复枪

    里射出的子弹也会沿直线运行。可是，如果让他们画从弯曲轨

    道里射出的小球的运动轨迹，他们还是会画出曲线路径。

    在弯曲轨道中加速的物体离开带来加速的力之后会沿直线运动(图中用

    实线表示)，但是，很多人认为这些对象的运行轨迹依然会保持曲线

    (图中用虚线表示)。在他们的想象中，这些对象那一瞬间拥有一

    种“曲线动力”。

    提醒受试者现实生活中存在类似的场景似乎对他们进行推

    测时的思维模式毫无影响，他们还是会默认把基于动力的观点套用在新情况上。

    在另一项旨在解释基于动力的推断模式的实验中，研究人

    员要求受试者观察运动的物体，并用箭头标出它们的受力情

    况，而受试者往往会把动力也画上去。比如，要求他们绘制抛

    硬币的受力轨迹图的话，很多受试者都会在硬币上画两种力，一种是向下的引力，另一种向上的力则被受试者描述为“硬币

    本身的力”或者硬币的“动力”。在硬币上升时，向上的力被

    描绘得比向下的力要大；硬币运动到顶点时上下两种力等大；

    硬币下落时，向上的力被描绘得比向下的力要小。这些示意图

    清楚地体现出受试者相信硬币被抛向空中时获得了动力，而这

    种动力会在运动过程中不断减弱；在动力与引力的临界点上，硬币会停止向上运动而开始下落。我们关于“运动就意味着有

    力的参与”的直觉理论让我们画出了这种并不存在的力，因为

    在现实中，不论硬币运行到了哪一点，影响它的都只有重力；

    在上升中唯一不断减弱的只有硬币的速度，一旦硬币不再有上

    升的速度，它就获得向下的加速度并开始下落。

    然而，在另一方面，在为静止的物体画受力示意图时，受

    试者往往会忽略一种确实存在的力，那就是物体所处的表面向

    上的支撑力，这种力在物理学家的口中被称为“正向力”。直

    觉上讲，静止不会像运动一样让人想到有力的作用，然而此时

    力必然存在。如果没有力存在，看似静止的物体就会在重力的

    作用下直接从支撑它的表面穿过去。

    在要求受试者绘制运动轨迹或受力情况示意图的研究中，研究人员通常会请受试者对自己所画的示意图进行讲解。受试者很少在描述中提到“动力”——至少不会提到这个名字。他

    们只是会用一些更加常见的术语来描述某种与动力相似的东

    西：“动量”“内在的能量” “运动力”等。请你阅读以下几

    种说法，这些都是大学本科生在实验中对物理运动的描述：

    ·“弯曲管道带来的动量会让球走一个弧线。不过它从管

    道得到的力最终会消失，在那之后，球就会重新正常走直线

    了。”

    ·“移动的小球的力会转移到不动的小球身上，也就是

    说，力会从运动的小球跑到不动的小球上。”

    ·“这个正在移动的小球拥有一定量的力。移动的物体都

    拥有运动力，只要没有其他力反作用于它，这个物体就会一直

    运动，直到遇到反作用力为止。”

    这些解释和第一章呈现的中世纪物理学家的观点不谋而

    合。这些物理学家的一位杰出代表让·布里丹曾经这样解释抛

    物运动：“在运动中，处于运动状态的物体体现出一种特定的

    力，或者说特定的动力……不论是向上、向下、侧向还是循

    环，这种动力总是指向移动物体的人希望物体移动的方向。正

    是因为动力的存在，所以，即便石头早已被投石者抛出，它也

    能够继续运动。但是这种动力也在不断地被空气的阻力和石块

    本身的重力抵消。”就连牛顿也用动力理论解释过抛物问题。

    在一本1664年的笔记里，还是个大学生的牛顿曾经如此写

    道：“如果没有外加的力作用，那么运动就无法继续，因为运

    动的实现必须通过力从移动者向被移动者转移。”牛顿最终当然会抛弃这种“力从移动者向被移动者转移”的理念，但这对

    他来说是运动研究的开始，对我们来说也是一样的。

    为防止你认为动力理论是一种陈腐的观点——或者说是一

    种没有明确结果的误解——研究表明，动力理论的确会影响我

    们与现实中的三维物体互动的方式。在一项研究中，受试者分

    到了一个高尔夫球，并被要求在快速走过标靶时把球扔到靶子

    上，就像轰炸机投弹一样。绝大多数受试者投下球的位置都是

    标靶的正上方，这说明他们忽视了球拥有水平的速度，因此无

    法让高尔夫球落在靶子上。他们认为球没有获得“动力”，所

    以应该垂直下落。只有为数不多的在到达标靶之前就投下高尔

    夫球的受试者命中了目标，因为此时小球下落的轨迹呈抛物线

    形，就像前文的思考题里那枚从瞭望塔上投下的炮弹一样。

    虽然在我们的预判中抛射物不会沿着抛物线运行，但是，当我们在动画

    片里看到类似的情景时，我们又能立刻意识到这种情况是错的。在另一项实验中，研究人员要求受试者把冰球滑进一个弯

    曲的管道里。绝大多数受试者在投出冰球之前都会沿着曲线路

    线为冰球加速，就好像是要为冰球创造一种曲线加速一样。然

    而，他们反而无法让冰球顺利进入管道。唯一能够完成这项任

    务的投法是把冰球对准弯曲管道的中心直线投出。

    不过，我们与物理对象之间的互动并非一直被动力理论所 ......