眾所周知，從大的方面說，我們的宇宙是由兩大部分——非物質性的“絕對真空間”（即“無”）和物質（即“有”）組成的。 “無”是什麼都沒有的“空匣子”，單有這個“空匣子”時，在它裡面我們無論走到哪兒，也無論在什麼時候，都找不到任何“東西”，就像是一個沒有演出時的“舞臺”，空而且靜。只有當“物質”走上這個“舞臺”之後，宇宙執行這幕活劇才算正式開鑼。可以說，物質才是這幕活劇的主角。 因此，我們應當好好研究一下“物質”這個概念。當然，在物理學中定義物質這個概念時，由於物理學是專門“研究物質基本性質及其最一般的運動規律，以及物質的基本結構和基本相互作用等”（《辭海》裡說的）的學科，對物質概念的把握就應當通過物理學理論來回答，以便準確理解它的內涵。

可以說，在牛頓力學產生之前，物理學中還沒有任何一個理論對此做出過較全面而系統的回答。正是牛頓力學首先用物理學的語言給出了基本正確的答案。

1、牛頓力學首次明確了物質概念由哪些基元性概念構成，即回答了“組成物質概念的基本單元有哪些？”這個問題。

我們大家都知道，正是牛頓力學提出的四個最基礎的、不可以再退化的“基元性概念”（即品質m、電荷q、空間r、時間t），說明了物質的基本屬性，並以此為基礎建立起對物質進行研究的比較完整的概念體系。

這四個基元性概念可以分成兩組：品質m和電荷q為一組，稱之為物質的“特徵屬性”；空間r和時間t為另一組，稱之為物質的“時空屬性”。同一組的概念（例如空間與時間）是互相獨立（沒有關聯）的。但是，不同兩組的基元性概念卻可以相互關聯、密不可分。因此，在牛頓力學中，物體的空間位矢r以及速度v這種只是由單一一組中的基元性概念構成的量並不是本質的量；而動量、動能、角動量、機械能等由特徵屬性和時空屬性這兩組基元性概念共同生成的量，才是更本質的量——因為以特徵屬性為標記的物質系統既佔據著空間又在空間中運動，而運動是需要時間的。

這同時清楚地表明，即便在牛頓力學的框架中談論物質概念時，也不能將其特徵屬性與時空屬性分離開來。也就是說，在牛頓時代，人們就已經認識到一個問題：物質是由其“特徵屬性”和“時空屬性”共同組成的一個有機複合體——這就是牛頓力學對“物質概念是由哪些基本單元組成的”這個問題的回答。

在牛頓以後的很長一段時間內，人們對這個問題的認識都是如此。但是，後來愛因斯坦橫空出世，情況有了變化：相對論認為時空也是關聯在一起的。人們一般認為這是相對論在物質觀方面對牛頓理論的重要發展。

再後來到了20世紀中葉，以系統論、控制論、資訊理論（俗稱“老三論”）和耗散結構理論、協同學、突變論（俗稱“新三論”）為代表的系統科學理論群異軍突起，生命科學領域也出現了重大突破，它們在帶來了不少科學新思想的同時，都對老牌的“基礎科學領頭羊”物理學提出了有力的挑戰。在對物質概念的理解方面，一個新的基元性概念呼之欲出。我們認為，這很可能就是新的科學革命的前奏。我們以後將在適當的時候對此進行專題論述。

2、第二個問題是：物質存在於宇宙之中，它是以什麼樣的基本形態存在的？或者說既然它填充在絕對真空間中，是以什麼樣的“形態（結構）”擺在那裡的呢？也可以說，這千差萬別分門別類的各種各樣的“東西”都是以一種什麼樣的共同“方式”存在的呢？

對這個問題物理學中一直沒有統一的認識。主要分成兩派。一派稱為“波派”，另一派可稱為“粒子派”。

我是不太贊成波派的。主要原因在於，波在數學上是用連續函式描寫的（例如我們可以用連續函式來描寫“水波”的運動），在現實中就對應著波雖可以迭加但卻是“無空可鑽（不可入）”的。然而，我們都知道，在現實中水波明明是“可入”的，要不然我們怎麼能跳進水裡游泳呢？就是號稱鋪天蓋地無孔不入的電磁波，不也未能阻礙住我們在它裡面走來走去嗎？

粒子派則說世界就像是一個大的“球”，“球”裡面大部分地方是空的。然後大球套小球，小球再套小小球……整個宇宙就是這麼套出來的。牛頓就是這麼看的，也正是他首先使用“粒子模型”（有時也稱為“質點模型”）把這一思想上升為理論模型的。

但當量子論出來之後，有些人又說微粒除了有粒子的特點外，還具有波的特點，如可以發生拐著彎的“繞射”和“衍射”等波的行為。這就叫做微觀粒子的“波粒二重性”。

波粒二重性給人們出了個大難題。大家對一個微觀粒子怎麼能同時既是粒子又是波無法理解。科學家們自己也爭論不休。而且直到現在，人們對科學家們給出的解釋也仍然是不滿意的（這個問題先放在這裡，我們以後再詳細分析）。

我個人覺得粒子模型更加靠譜，這是因為它同我們的日常所知相符合。你看，物體是由分子組成的，分子又由原子組成，原子再由原子核和電子組成…….，就這樣一層一層的下去，不是大球套小球嗎？但是，我更願意把“粒子模型”稱之為“系統模型"。這是因為後者更確切，內涵更豐富。這一模型是對物質存在方式的近似模擬，概括了所有的物質存在方式的“基本形態”，被牛頓認為是物質存在基本形態的唯一的合理近似的。

需要特別指出，（按“百度”上的說法）系統是相互制約、相互作用的一些部分(稱為系統的“元素”或“子系統”)組成的具有某種功能的有機體。這樣就把宇宙間所有大大小小以粒子形態存在的物質都包括進來了——原子是個系統，地球也是一個系統，等等。這樣一來，理論描述就可以統一進行，做起來簡單多了。還避免了“粒子”這個詞總讓人覺得不能是很大的東西這個缺陷。

採用“系統”這個用語，還突出了物質可以一層一層地分解：巨集觀物體可以分解成分子，再分成原子，再下到原子核，質子中子……等等。總之物質是可分的。

但能不能無限分解下去呢？

有些人認為是可以一直分下去的。他們的觀點概括地說就是：物質是可分的，並且是無限可分的。中國古代的大哲學家莊子就說過“一尺之棰，日取其半，萬世無竭”。這種說法看似有理。畢竟這樣可以形成一個1，½，¼，……的無窮數列，似乎可以永遠這麼分下去。

但我們認為上述觀點是有問題的。從數學上講，上述這個無窮數列當然是可以永遠繼續下去的。但它所對應的真實的物理過程(棰的一分為二)，卻是不能永遠持續下去的。因為我們現在知道，越向下分(個頭越小時)，要將之分離成更小的部分時，消耗的能量就越多（現代科學已經證明，把分子分解為原子，消耗的能量大約是0.001ev級；把原子分解電子和原子核，需要的能量是ev（電子伏特）級；而把原子核分解成質子和中子，需要的能量則高達1000000ev級）。即分得越小，再分下去就越困難。於是有一天，當分解到某個地方時，終於再也分不下去了。因為這時要再分的話，消耗的能量將會是無窮大——而這將是無法達到的！

於是我們認為：物質是可分的，但不是無限可分的。當分解到不可再分的時候，這時的“最小顆粒”將是“連續體”(即其中間不再有空隙)了。正是它們作為宇宙最基本的“建築材料”，構成了宇宙的一切——物質及其運動。我們可以將其命名為“元子”，因為它們就是宇宙之始，宇宙之祖。

這當然只是一種“假”說，並沒有實驗上的證據。而且在可預見的將來，也無法找到確實的證據。這主要是因為要在實驗上證實“元子”的存在，首先就得把它“抓住”。但我們知道，元子太小了，要抓住它確實太難了。要知道元子可是比中微子小了不知道多少的。人們發現中微子，特別是在實驗上觀測到它有多麼困難是眾所周知的，更不用說元子了。但是，這樣的假說並不是毫無根據的亂說。起碼在邏輯上是無懈可擊的。而事實上邏輯也是檢驗真理的重要標準之一。

3、第三個問題是：既然物質是和運動聯絡在一起的，那麼物質為什麼會運動？其結構為什麼會變化？這種運動和變化有什麼樣的特點和規律？也就是說，要對各種各樣眾多物質形態的運動、變化，以及進化、退化等等進行統一的描述，找出共同的規律（也就是“基本規律”）並說出其特點來。

事實上，作為牛頓力學的核心，牛頓原理（即牛頓第二定律）恰恰就闡述了物質運動的原因：外力是改變物體運動狀態的原因。

從而解釋了物質為什麼會運動以及如何運動，也就說明了物質運動的基本規律。而且牛頓第一、第三定律作為牛頓原理成立的條件，對牛頓原理形成了前提性制約，從而使牛頓三大定律構成了一個自冾的理論體系。

值得注意的是，由於並未說明所謂的外力和系統是何種特殊的外力和系統，則牛頓原理就是適合一切外力和系統的普適的統一規律。也就是說，牛頓原理作為“基本理論”，描述的是物質運動的“基本規律”——這一規律抹去了個別物體運動的特殊性，突出了物質運動的共性（或稱之為普遍性），並由此涵蓋了物質運動的一切的特殊性。

由以上所述可見，牛頓力學理論已經回答了如何準確理解物質這一概念的內涵的問題。總結起來就是：

（1）m、q、r、t這4個“基元性概念”是“組成物質概念的基本單元”；它們可以分成兩組，m、q這一組是描述物質特徵屬性的單元，r、t這一組則是描述物質時空屬性的單元。

（2）說明了物質的基本結構或者說結構的共性，即物質存在的基本形態是粒子。

（3）物質在力的作用下，按照牛頓第二定律的規定運動。這個力是“外力”，因為物體自身的內力兩兩抵消，不對質心的位移起作用。

由上可見，牛頓力學對“物質”這個概念的認識，可以簡略地表達為：

物質世界是由各種物質系統（即粒子）組成的；而這些系統由其特徵屬性（m,q）表徵並具有結構形態；系統既佔有著空間（r）又在空間中運動，且其結構形態也在發生著變化。

牛頓力學對物質概念的認識是物理學歷史上第一次較為清楚的認識（前面已經說過，愛因斯坦對物質的概念在此基礎上有所發展，但整體而言仍然侷限在牛頓理論的框架內）。這一認識基本上是正確的，從而為物理學奠定了科學自然主義的認識論基礎。但這一認識仍然存在著一些重要缺陷，我們以後再專門談這方面的問題。