作者：（美） 安德鲁•斯托曼
出版社：北京联合出版公司
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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试读：
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 1/16 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
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(1)·奥布莱恩的等身像，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(1)人带来不同的重量感，比如十磅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
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