为什么人们知道明天太阳会照常升起？为什么我们知道日常生活中有很多常识是正确的？比如说，冰上很滑或者用火柴可以点燃燃气炉。

我们看到太阳每天都会东升西落，人们在冰上行走会打滑，每天都会使用天然气，等等。这都是我们的日常生活经验。但是，我们如何获得那些不在近旁的物体的信息呢？例如，太阳和星星。此外，我们又如何获得那些我们看不见的物体的信息呢？比如物理学家研究的暗物体：黑洞、暗物质和暗能量。我们将通过探寻存在于科学家思维中的三类世界来发现这些物体，即我们看见的世界、我们能够弄清楚的世界以及我们自认为知道的世界。

在通向宇宙的旅程中，我们将会探索三类不同的隐喻世界：感知世界、探测世界和理论世界。科学的理解正是建立在这三类世界的相互联系之中。

“感知世界”就是我们每天所经历的一切，包括我们的所见、所听、所闻、所触、所尝，以及带来的相关记忆。我们的思维，大多数时间都沉浸在这个感知世界里。现实中，我们好像是在这个感知世界里生活，然而实际上，我们每天都会多次触及它的边界。

假设你正在用手机给你的朋友打电话。你看着手机键盘，然后按键拨号。很快，你就会听到朋友的声音。在你问“这是如何实现的呢？”这个问题之前，这些都是感知世界的一部分。你的朋友在数英里之外，你听到他的声音是因为这个你耳朵旁的“金属塑料盒”。这是怎么回事呢？

要想弄明白究竟是怎么回事，需要知道手机的作用以及它是如何与你周围的世界发生联系的。朋友的手机会吸收他的声音在周围空气中产生的振动，然后发出振动形式相同的无线电波。无线电波被你的手机接收之后，就会产生相同的振动，于是你就听到了朋友的声音。其实，你听到的并不是你朋友真实的声音，而是手机根据无线电波信号“重建”的复制品。值得注意的是，这里用到了一种我们看不见、听不到、闻不出、摸不着的特殊事物，即无线电波。那么，我们怎么得知无线电波的存在呢？又如何证明前面的解释是正确的呢？

我们有一些设备，比如手机和其他的无线电接收器，可以产生我们能够察觉到的效应（比如朋友的声音或者最喜欢的电台播放的音乐）来反映无线电波的存在。利用这些设备，我们可以将这个世界未被感知到的部分（比如无线电波）和已被感知到的部分（比如声音）联系起来。这些我们不能直接意识到它们存在，但是可以通过间接方法（也就是利用设备）证实其的确存在的部分，就是我们所说的“探测世界”。正如我们一直生活在感知世界里一样，我们也一直生活在这个探测世界里。在这三类世界中，我们最不在意的就是探测世界。我们的精力都集中在感知世界里。比如，人们更多的是关心通过手机听到朋友的声音，而并不关心手机的工作方式。

这种对探测世界的不在意，是科学思维和非科学思维之间最大的差别所在。尽管生活在探测世界中，我们还是趋向于将它产生的效果归入感知世界中，这就会导致很多奇怪的想法和错觉。我们盯着电脑屏幕，然后进行各种操作，就好像互联网真的在我们面前。只是大多数人认为的这种真实其实并不存在。互联网是设备、硬件和软件的结合体，它能导致产生“真实”的错觉。互联网中的设备（数以百万计的计算机）之间依靠电话信号和无线电信号进行通讯。电话信号和无线电信号的存在依赖于探测世界，并让我们产生对感知世界的感知，比如出现在计算机屏幕上的网页。

探测世界的这种“隐藏”特性，通常被称作“用户友好”（user-friendliness）。所谓“用户友好”，指的是在不需要理解原理的情况下，利用看不见的实际存在的物体的能力。“用户友好”为日常生活带来了很多便利。但是，要想弄清楚这个世界究竟是什么样子，要想探索我们眼睛看不见、耳朵听不到的世界，就需要跨过“用户友好”这层障碍，然后才能认识到“舒服层面”之外的精彩世界。我们不能直接看见的世界，和其他很多隐藏着的事物一样，令人好奇。

不顾希望得知隐藏在背后的是什么，而放弃轻松感知事物所带来的舒适感，听起来可能会让人觉得不太舒服。但比起手机和互联网的便利，探测世界在人们的生活中更加重要。人类思维最强大的力量之一就存在于探测世界中，这就是能辨别出背后真正在发生着什么。比如说，有人摔伤了胳膊。他想知道是不是摔断了，于是就去看医生。医生用X光进行了检查。医生看着X光照片，然后说胳膊确实是摔断了，需要打上石膏。摔断的胳膊和X光照片就是看得见、摸得着的物体。但是，当他想要知道“这是如何实现的呢？”时，一场对感知世界之外的探索就会发生。

X射线设备会发出一类名为X射线的辐射。X射线和可见光很相似，只是波长更短，我们的眼睛看不见它们。和可见光会引起普通相机胶片感光一样，X射线照射在胶片上时也会产生化学反应。冲洗胶片时，被X射线照射到的部分和未被X射线照射到的部分的颜色就会不同。X射线很容易穿透皮肤和肌肉，但要穿过骨骼并不太容易。结果，骨骼在X射线的照射下会在胶片上留下影子。照片被冲洗出来后，这些影子就成了他和医生看到的X射线照片。

前面既介绍了X射线设备能做什么，也介绍了X射线设备不能做什么。X射线照片显示的是足够结实、可以阻挡X射线的物体与X射线可以穿透的物体之间的差别。但如果认为“X射线显示物体内部”这个初步结论是正确的，那么，我们就不会意识到X射线并不能轻易区分两类对X射线都是透明的物体，因此也就无法看见它们内部的很多损伤。如果人们知道某种物体是如何工作的，那也就会明白它的局限性，因此，可能就想做得更多。X射线摄影术的实用性和局限性推动了其他检查身体内部方法的发明，比如超声波扫描和核磁共振成像。

前面只是对手机通讯和医学上利用X射线进行诊断的简单说明。手机通讯更完整的介绍涉及很多细节，比如手机的各个元件是如何工作的；无线电波在空气中是如何传播的；嘴和声带是如何发出声音的；声音在空气中是如何传播的；耳朵又是怎么听到声音的，等等。同样地，对医学上利用X射线进行诊断的更完整的说明，包括诊断设备是如何产生X射线的；X射线为什么会让胶片感光，以及为什么骨骼比肌肉更容易阻挡住X射线。

手机和X射线设备都配有介绍如何使用，甚至介绍产品特点的说明书。但人类生来并没有这样的“说明书”。树木、星星、飓风和火山等也没有。那么，我们又怎么得知它们是如何“运转”的呢？一旦知道了它们的“运转”方式后，我们又如何利用它们呢？

简而言之，这正是科学的努力方向，即试图去理解和利用我们周围的世界。这种理解，一部分是由我们感知和探测到的事物组成的——仅仅是一部分而已，剩下的部分就是人类的智力集合，即理论。这个纯智力创造的世界，就是我们所说的三类世界中的最后一类。理论世界将感知世界和探测世界编织在一起，构成了一个清晰的图像。理论有两种不同的功能，这两种功能似乎是相反的：一是整体解释事物是如何运作的，以及为什么能发生；二是作为科学探索的起点，创建新思想和新知识。

现代电流理论与物质的基本结构和能量有关，认为电流是亚原子粒子（电子）的流动。电子会与处在流经路程上的物质发生相互作用。对这个理论更详细的理解已经使科学家和工程师创造出许多可以用来操纵电子流动的设备，比如电子显微镜和计算机。

电流理论及其应用使得这类设备成为可能。但当用理论指导实验并用它来建造实际的设备时，理论本身也在接受检验。如果在探测世界和感知世界里，实验结果和设备的实际情况与理论预期不符合，电流理论就会受到质疑。当理论受到质疑，就需要依赖于实验。为了检验理论世界，实验需要在探测世界和感知世界里进行。

因此，科学的进程通过理论、探测和感知形成了一个循环。理论能指导探测和感知，感知会对探测结果提出质疑，探测结果可能对理论提出挑战。这个动态的过程是科学最重要的组成部分，同时也是人们最不了解的。人们经常谈论理论，同时，观测和探测有时候也会在讨论科学问题时被提及。但是，真正的动力——让科学真正成为科学的是这三种世界之间的相互一致。

本文摘自戴维·加芬克尔、理查德·加芬克尔著《通向宇宙的三级阶梯——从太阳到黑洞，再到神秘的暗物质》。

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