一 自然界的物质性

广义的自然界即宇宙，指一切事物的总和，或整个物质世界。狭义的自然界是人类赖以生存和发展的物质世界，指地球系统。自然界是物质的世界。

我国古代的哲学家曾把自然界理解为阴阳五行的世界、元气的世界；古希腊哲学家曾把自然界看作是水的世界、火的世界，后来认为是由水、土、火、气四种要素组成的世界，或者看作是原子的世界。近代原子论盛行，原子被看作是物质的基元、“宇宙之砖” 。原子是不可分割的最小的实体。电子、放射性元素发现后，许多相信原子论的科学家和哲学家认为“原子非物质化” 、“原子消失了” 。在这场物理学危机面前，列宁指出要把哲学的物质概念和自然科学关于物质结构的学说区分开来，并提出了哲学的物质概念。他写道：“物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观实在是人通过感觉感知的，它不依赖于我们的感觉而存在，为我们的感觉所复写、摄影、反映。”

原子论被超越以后，自然科学应当有新的关于物质结构的理论。一方面，许多基本粒子（包括正反粒子）陆续被发现，又提出了夸克模型，认为强子由夸克构成。另一方面，前苏联科学院院长、物理学家瓦维洛夫提出物质世界由实物（或粒子）和光（或电磁波）组成。

爱因斯坦比瓦维洛夫又前进了一步，认为场是一种物理实在。他说：“在麦克斯韦理论中，电场和磁场，或简单些说电磁场，是一种实在的东西。”“在最初，场的概念不过是作为我们便于从力学的观点去理解现象的一种工具。……场的概念经过一番周折逐渐地在物理学中取得了领导地位，而至今还是基本的物理概念之一。在一个现代的物理学家看来，电磁场正和他所坐的椅子一样地实在。”根据统一场论“不容许有场和实场两种实在，因为场是惟一的实在”。“但是我们还不能建立一种纯粹是场的物理学。直到目前为止，我们仍然需要认定场与实物两者并存。” 爱因斯坦同时还说：“既然依照我们今天的见解，物质的基本粒子按其本质来说，不过是电磁场的凝聚，而决非别的什么，那么我们今天的世界图像就得承认有两种在概念上彼此完全独立的（尽管在因果关系上是相互联系的）实在，即引力场和电磁场，或者——人们还可以把它们叫做——空间和物质。”“如果引力场和电磁场合并成为一个统一的实体，那当然是一个巨大的进步。” 此外，爱因斯坦从他的质能关系式出发，认为质量与能量本质上是一个东西。所以在爱因斯坦那儿，物质和运动、场和空间的界线是模糊的。他经常用“实在” 、“实体” ，较少用“物质”的概念。

光不仅客观存在，而且在一定条件下可以同粒子相互转化，这是把光看作是物质的重要根据。对这一问题的认识，经历了一个逐步发展的过程。牛顿认为光也是由物质微粒构成的。但在19世纪，光的波动说占主导地位，物质和光被看作是物理学的两个基本概念。物质具有质量，是间断的（分立的）形态；光具有能量，但没有质量，是连续的形态，光和实物不能相互转化。后来俄国的列别捷夫发现了光压，表明光有质量。 1905年爱因斯坦提出光具有波粒二象性，1923年法国的德布洛依提出实物也具有波粒二象性。后来发现一对正负电子可以湮灭为两个光子，两个光子也可以转化为一对正负电子，即

至此，光（光子）是一种物质形态已得到确认，而爱因斯坦等人又把光看作是一种场——电磁场。

实物与场紧密联系，相互转化，但二者又有许多区别。实物是分立的物质形态，有比较清晰的空间范围；场是连续的物质形态，没有清晰的空间范围。实物具有静止质量和运动质量，运动质量以运动速度为转移；场没有静止质量。实物的质量与能量比较集中，场的质量与能量比较分散；实物的质量密度一般为103千克／米 3 ，而场的质量密度一般为10 －28 千克／米 3 。实物粒子有带电的，也有不带电的，光子只能是中性的。实物和光都具有波粒二象性，但实物的微粒性显著，电磁场的波动性显著；光的波动性是电磁性的，实物的波动性不是电磁性的。实物所占据的空间不能同时被别的实物所占据，或者说两物不能同时占据同一空间；一种场占据的空间可以被其他的场同时占据，互不抵消也互不干扰。如地球空间被引力场占据，但同时又被各电视台、广播电台所发射的电磁场所占据。实物运动的速度同光速相比微乎其微，而电磁场运动的速度恒为光速。宏观实物在外力作用下产生加速度，遵循牛顿力学定律；场不因受力而产生加速度，其运动规律遵循麦克斯韦方程、薛定谔方程、引力场方程。实物可以作为参考系，场不能作为参考系。

20世纪中叶以来，不少物理学家提出了弦理论，认为万物皆由弦构成，所有的弦皆相同。

除极少数粒子外，各种粒子都有与其相对的反粒子。反粒子的能量符号同粒子相反，即能量有正负两种形态。反粒子可以组成反物体，反物体可能组成反宇宙。正反物体都是物质的形态，正反物体相遇就会湮灭成光子。

物理学家还提出了暗物质的概念。暗物质同我们目前所认识到的物质不同，它既不发光，也不反射、折射、散射光，我们用各种光学手段都观察不到它，因此又称为“不可视物质”。

天文学家测量天体的质量一般采用两种方法。一种是光度学方法，通过测量星系的光度来计算它的质量。用这种方法测出的质量，称光度学质量。另一种是动力学方法，通过测量星系之间的相对速度来计算它的质量。用这种方法测出的质量，称动力学质量。科学家认为这两种不同的测量方法都是可信的。

可是从20世纪30年代开始，科学家发现用这两种方法测出的天体质量相差很大。如1933年茨维基宣称他测出的星系团的动力学质量竟是光度学质量的400倍。 1936年史密斯测出的室女星系团的动力学质量是光度学质量的200倍。于是有的科学家就猜想：宇宙中有一种暗物质，遵守牛顿动力学定律，所以用动力学方法可以测出它的质量；但是它“暗”，所以用光度学的方法就测不出它的质量。据他们估计，宇宙中的物质有90％ 以上是暗物质，宇宙基本上是“暗宇宙”。按这种说法，我们迄今为止所认识到的宇宙，充其量不过是宇宙物质的10％。

假设暗物质的存在，可以解释一些现象。例如在银河系中，恒星围绕星际中心运转。根据牛顿力学，外层恒星离星系中心远，运转的速度应当比较慢。但观测表明，外层恒星与内层恒星运行的速度相同，那外层恒星一定受到我们还不知道的强大引力的作用。如果暗物质存在，就可以找到这种额外引力的来源。

宇宙中物质的质量究竟有多大，关系到对宇宙现状和未来的认识。宇宙物质的质量大小，直接关系到宇宙物质的平均密度。现代宇宙学认为，如果宇宙平均密度大于临界密度，那宇宙就是封闭式宇宙，宇宙先膨胀，后收缩；如果宇宙平均密度等于临界密度，那宇宙就既不膨胀，也不收缩；如果宇宙平均密度小于临界密度，那宇宙就是开放式的宇宙，将永远膨胀下去，所以暗物质是否存在，对宇宙学研究至关重要。 2000年6月6日，中国科学院高能物理研究所的科学家宣布，由我国和意大利两国科学家组成的研究小组，发现了暗物质存在的迹象。

李政道先生认为夸克幽禁、类星系、真空结构、暗物质是现代物理学上空的四片乌云。现在有科学家提出“暗能量”的概念，它将形成一团乌云。他们猜想在宇宙物质总量中，各种基本粒子占5％，暗物质只占25％，70％是暗能量。

物质可以无限分割吗？这是关于物质结构学说的一个基本问题。恩格斯认为：“作为物质的能独立存在的最小部分的分子” ，“是在分割的无穷系列中的一个‘关节点’，它并不结束这个系列，而是规定质的差别”。“从前被描写成可分性的极限的原子，现在只不过是一种关系。” 物质分割是个“无穷系列” ，分子、原子都只是一个“关节点”。物质的分割在关节点上需要采用新的方法，物质也出现了新的质。在关节点上用原有的方法不可能再分割，这是无限分割系列中的相对的不可分的因素。恩格斯又说：“原子决不能被看作简单的东西或一般来说已知的最小的实物粒子。撇开越来越倾向于原子是复合的这一观点的化学本身不谈，大多数物理学家都断言：作为光辐射和热辐射的媒介的宇宙以太，同样地是由分立的粒子所组成，但是这些粒子是如此地小，以致它们对化学的原子和物理的分子的关系就像化学的原子和物理的分子对力学的物体的关系一样……” 电子发现以后，列宁说：“电子和原子一样，也是不可穷尽的。”他还猜想，“没有重量的以太”和“有重量的物质”可以相互转化。 〔 毛泽东认为基本粒子也是可分的，赞同日本物理学家坂田昌一的《新基本粒子观对话》中的观点。基本粒子已确认是由夸克组成的。

也有人认为，如果物质无限可分，那物质结构就像俄罗斯套娃——每打开一个娃娃，里面都是一个更小的套娃。但很难想像一个有限的套娃中，会包含无穷个套娃。有人提出“靴袢模型”，认为物质分割到一定的层次，各种基元粒子相互包含，你中有我，我中有你。到那时物质还可以分割，但不会再出现新形态的粒子了。弦理论的科学家认为弦是基元，而所有的弦都相同，所以他们一般不讨论弦是否可以无限分割的问题。 C1wA2CYlH4FtAYLWB/Oz5V7doSAvNZaBu0X/nv2Y2319xpRT7WFst0Wyn+yWVEte