在最近一个世纪，人类对自然的认识有着飞跃的发展。本书的第一章里有一幅图，介绍了宇宙里从大到小的各种事物，让我们回顾一下这张图（见图9.1）。从图中可以看出，我们的物质世界的各种事物在空间上有极大的跨度；小可以有比原子核还要小的夸克，大可以大到整个宇宙。在过去的一个世纪，我们对各个尺度上的事物都有了不少的了解。尤其是，我们对“直观世界”里的事物的了解已经非常深刻，很有把握。当然，相对于微观世界，我们对直观世界的了解比较容易。首先，我们可以用人类的感官来感受这个世界的事物的变化；其次，这个直观世界的运作原理与我们的日常经验是相符合的，我们只需要善用归纳和演绎的科学方法来研究就行了。

我们对于直观世界的科学研究大大地促进了人类文明的发展，尤其是促进了工业和技术上的发展。16～19世纪，经典力学的发展不但大大地促进了人类对自然的了解，它还极大地提高了人类利用自然的能力。事实上，经典力学/牛顿力学对于我们在建筑、土木工程、桥梁道路的建设和机械工程的发展都提供了一个坚实的理论基础，起了一种极大的促进作用。正因为有了这些工程上的发展，才有了人类社会的第一次工业革命。

19世纪，人类对于自然世界有了进一步的了解，尤其是在电磁方面。对于电磁学的掌握和电机工程的发展又促进了人类的第二次工业革命，即电气革命。

从20世纪下半叶开始，人类又进入了一个新的工业发展阶段，可以称为第三次工业革命，带来了电子工程与信息技术的飞跃发展。这奠基于科学家在20世纪初对原子理论和量子力学的掌握。这时，人类对于自然的认识已经超越了“直观世界”，而进入更小的“微观世界”。在这个微观领域里，出现了一些量子世界的神奇现象，难以用我们的直观经验来解释。不过，这并不妨碍我们对量子力学的应用。通过物理学家对于微观世界的研究，人们利用半导体、晶体等的物理性质而发明了各种电子器件，建造了电脑和各种先进的通信设备，奠定了信息化和自动化的物质基础。这些发明在今天深刻地影响着我们的生活，把我们带进一个信息革命的时代。

可以说，在过去的一两个世纪里，我们对于直观世界和微观世界的了解大大地促进了人类文明的发展，尤其是工程与技术的发展；也大大提高了我们的生活水平，并在很大程度上影响着我们今天的生活。(www.daowen.com)

对于了解“宏观世界”方面，在过去几个世纪我们也有了很大的发展。尤其是，由于空间科学和卫星技术的发展，我们可以

图9.1　了解自然需要对不同尺度的事物进行研究

自然世界里的不同的物体可以分为五个层次：超宏观世界、宏观世界、直观世界、微观世界、超微观世界。其中，只有直观世界可以利用人类的感官直接认识。对于其他世界的认识，都必须使用大量的理论和实验工具。这里的中轴是物体的长度（10n米）。轴上标记的数目是n。轴上的1AU代表一个“天文单位”。1代表一埃，等于10-10米。对于超微观世界和超宏观世界的一些理论，例如弦理论和超对称理论，目前还没有得到实验现象的支持。迄今为止，人类历次的工业革命都是奠基于直观世界和微观世界的物理理论。突破地球的大气层来观测很多天文现象，例如利用哈勃望远镜来进行对其他天体的观测。这不仅促进了我们对于太阳系里的各个行星的了解，也大大地帮助了我们对太阳系以外的，例如银河系、其他星系和星系团的现象的观测。不过，这些在天文学上的发展对于人类在工程和技术方面的贡献是有限的。对于“宏观世界”的了解与对“直观世界”和“微观世界”的了解不同，它更多的是对人类好奇心的满足，而并非对工业/工程技术的发展做出直接的影响。而且，“宏观世界”大部分的运作规律可以用牛顿力学来解释。当然，有些现象也需要用到核物理的知识，现在有些现象似乎也依赖广义相对论。但我们后面会提到，这里有一部分还有争议。