科学研究的目地是什么呢？从我们最直观的表象来说，就是要认清宇宙物质存在的方式及运动规律。具体来讲可以分为两个方面：1. 物质的结构；2. 物质之间的相互作用。当然这是从大家都能够理解的角度来归类的，其实这样的讲法并不严格。现代科学，特别是近现代物理学理论的发展对于物质的存在已经有了相当深刻的认识。认识物质本身不可能脱离物质之间的相互作用去理解，也不可能脱离物质所存在的空间与时间去认识。这些我们留待将来详细讨论。本文就先从最直观的角度介绍我们已经认识到的物质存在的方式，为后文的深入讨论做一个铺垫。

    物质大致可以分为两类：有形的和无形的。当然这个分类是我为了方便读者理解而粗略划分的，没有精确的定义。有形的物质可以理解为用眼睛（显微镜）可以看到且占有固定空间结构的，如固体、液体、气体等；而无形的物质就是客观存在但是摸不着碰不到，不具有固定空间形态的，如光、各种射线、电磁波及微观粒子等。本文首先介绍有形的物质，无形的物质则留待下一篇文章中讨论。

    在科学不发达的古代，对物质的认识一度是一个热门的哲学问题。问题1：物质是否客观存在，物质与精神谁是第一性的？这是哲学的根本问题，并根据不同的回答划分为唯物主义和唯心主义两大派。这个问题我不讨论，但是要说明一点，无论是唯物主义还是唯心主义都没有绝对的对错之分。问题2：在承认物质客观存在的前提下，如何认识生命与物质的关系？对于这个问题我只能说现代科学根本无法回答，所以我们还是用机械的观点（非生命）来探讨物质的存在形式。问题3：物质是否可无限分割，不同的物质（如钢铁和泥土）是否具有相同的本源？

    从实证科学的角度回答以上哲学问题，它其实是跳过问题1和2而直接针对问题3去研究。研究的过程涉及到化学与物理学发展的曲折历程，这个我们将来有机会再谈，这里直接给出最后的结论：对于宏观上的物质而言，它们不是无限可分的，它们确实具有相同的本源。

    对于有形的物质，无论是固体液体还是气体，我们发现它们其实都不是连续、无限可分的。如果把它们放在显微镜下观察，不断放大倍数，最终看到它们都是由一个一个的分子所组成的。那么为什么这些物质宏观上表现出如此大的差异呢？其实就是分子及其排列组合方式的差异。这非常像我们用钢筋水泥砖头木板等材料来盖房子。世界各地的房屋大小不同，风格迥异，牢固程度也不相同，为什么呢？不就是所使用的材料以及房屋结构的差别吗？宏观上物质显示出的差异也是同样的道理。

    比如说物质的三种相：固体、液体、气体。它们的表现形式差异巨大，但实质上组成它们的分子是一样的，只不过是分子的排列密度和分子之间作用的强度不同而已。拿水做例子，无论是固态的冰、液态的水还是气态的水汽，其成分都是水分子。当水分子密度很小，互相之间距离很远而几乎没有相互作用时，就呈现出气态；当分子密度增大到互相之间有相互作用，但是又没有强大到使分子不能够自由移动，就呈现出液态（没有固定的形状，但有相对固定的体积，即分子间距固定）；当分子间作用力变大（如分子间距减小时）或分子的动能减小（如温度降低时）时，分子间的相互作用可以约束住它们的空间位置，即分子不能够自由移动了。宏观上表现出来就是物体的形状不会轻易发生变化，呈现出固态。从气态到固态，其实就是物体内的分子从无序到有序，分子间相互作用从弱到强的转变。

    当物体形成固态后，内部分子的相对位置就固定了。对于固体的分类，其物理化学性质的差异根本上就取决于这些分子排列的方式了。首先可以分为两类：1. 无序排列；2. 周期性有序排列。前者如玻璃、沥青等，后者就是称为晶体的物质了。很多的物质其分子成分相同，但是却可以按照不同的周期性排列组成不同的晶体结构。比如石墨（炭）和金刚石（钻石）都是碳元素的晶体，只是原子的排列程序不同而已，可是从宏观上却毫无相似之处：石墨柔软、易碎、黑色不透明、导电性良好；金刚石坚硬（已发现最硬的物质）、无色透明、绝缘。

    在材料科学中，科学家们早已认识到正是物体内部分子（原子）排列结构决定了其性质和应用。我们说开发新型功能材料其实很多时候只不过是对现有材料的内部结构做一些小的调整而已。比如说如何让橡胶更加耐磨？橡胶是高分子（有机物，分子为链状）材料，设法让橡胶分子互相更紧密的缠绕在一起可以达到这个目地。又比如说现在广泛应用于IT行业的半导体材料，科学家们有意的向纯净且结构完美的材料（如单晶硅）中掺入各种杂质，破坏其结构引入缺陷，可以获得某些所需的性质。简单的说：微观的分子排列决定了宏观物质的表现和理化性质。

    大千世界的物质表现是丰富多彩的，除了其微观分子排列程序的不同，分子本身也是不尽相同的。当然，到了分子这一层面，物质的复杂程度（分子的种类）已经大大降低了。那么再往下看，分子又是由原子组成的。区分不同分子，决定分子性质的原因又是什么呢？是不是原子的排列结构呢？答案是肯定的。

    分子的种类成千上万而不止，原子就非常少了。翻开元素周期表，人们迄今为止发现的元素不过刚过100种而已，其中能够在自然界中稳定存在的还少于这个数。这百来种元素要组成上万不止的分子，只能是排列结构的不同了。比如说有机物吧，塑料、石油、脂肪、蛋白质等等都是有机物。别看它们表现的差异巨大，其实都是由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫（S）等等少数几种原子构成的。有机物分子的基本结构就是长长的分子链，而上述原子在这些链条上的分布序列以及链条的形状导致了有机物之间的巨大不同。

    一个最典型的例子就是DNA。现代生命科学已经认识到DNA在生命的遗传中起着决定性的作用。DNA的结构其实就是螺旋状的链条，组成链条的是4种不同的基础单元，它们不同的排列顺序就组成了不同的基因。现在科学家们就是试图通过搞清楚DNA中这些基础单元的排列顺序，即所谓破解基因图谱，来窥视生命的本质以及用于病理学的研究和医药的研发。结构决定了物质的不同，结构体现了生命的差异。

    再往下，这100来种元素的差异又是由什么决定的呢？还是结构。原子的结构很像是太阳系的缩小版。太阳系中太阳位于中心，质量最大，许多行星包括地球围绕着太阳在不同的轨道上运转。原子也是如此，中心是一个质量很大的原子核，电子围绕着原子核在旋转。原子的性质实质上就是由核外电子的数量和电子所处的轨道决定的。到目前为止，人们对电子没有更深的认识。我们无法认识到电子是否具有更微观的结构，也无法看出任意两个电子之间有任何的不同。

    对于原子核来说，科学已经知道它是有结构的，是由质子和中子两种粒子组成的。到了这一步，空间位置的概念已经没有了。换句话说，不同的原子核之间的差别只是其中包含质子和中子这两种粒子数量的不同，而没有这些粒子间相对位置的概念（宏观与微观世界的差别如此之大，以致我们必须完全放弃我们在日常生活中所形成的直观的空间和时间的观念才能够对其加以认识）。质子和中子还可以再分，它们由夸克组成。夸克共有4种（物理学上称为不同颜色的夸克），一定数量不同种类的夸克组合就构成了质子和中子。

    夸克再往下……对不起，现代物理学对微观粒子的认识就到此为止了。那么我们离认识物质的本源还有多远的距离呢？我相信，今天的物理学对于物质的认识相对于玄妙的宇宙而言，还是一无所知的。从分子到夸克，跨越的粒子层次不过两三层而已，还是相当肤浅的。实际上由于实验手段的限制，对于粒子的研究只能是从宏观上的表现去推导，而不是直接的近距离的观测。这就好比我们要从一瓶溶液的颜色来分析其化学成分一样，是非常困难的，所得到的信息也是非常有限的。将来我可以详细的向大家介绍现在粒子物理学的实验手段及其局限性。

    当然，有些人还是对现代物理学的发展持非常乐观的态度，他们认为我们离认识宇宙运动的“终极规律”只有一步之遥了。也许他们是这样认识的：宏观世界中亿万种不同的物质到了微观世界不过是由电子、夸克等区区几种实体粒子组成的，复杂程度已经大大降低。再往下研究，恐怕就可以发现宇宙最本源的粒子和本源粒子间最基础的相互作用形式了。认识了这些，就可以说是是掌握了宇宙所有的规律，就相当于对宇宙拥有了终极的认识。

    这种思想当然是错误的，但是要说清楚其错误的原因并不容易。将来我会从科学发展的历史、现状、世界观和方法论的各种角度加以介绍，试图帮助读者找出错误的缘由。这个想法虽然错误，可是其中的一个观点还是值得欣赏的：简单的粒子通过有规律的相互作用形成不同的结构组成了复杂多样的宏观世界。这很像现今电脑中这个虚拟的系统环境。电脑软件千变万化，有着各种各样的功能。可是这些程序归根结底也不过是0和1这两个数字组成一串数列而已。如果我们把电脑中的0和1 看做基本粒子，那么电脑中的世界就是这两种基本粒子的排列和结构所组成和定义的。

    讲到这里，我们很容易会联想到中华文化中道家思想的太极理论。太极的阴阳组成八卦，進而构成万事万物，这与当今物理学追逐基本粒子的思想是何其的相似！当然太极理论中的内涵是远远高于物理学中对宇宙运动机械的认识的。说一些题外的话，中华文化发源于五千年前。大家有没有想过，我们的祖先在当时生产力极端落后的条件下发展出这些文化难道不是奇迹吗？现代科学近几百年才搞清楚人体血管的分布，才发明出青霉素，可是几千年前中华民族的医学就搞清楚了多种草药的药性，就画出了人体脉络和穴位的分布图，就可以用针灸治病，这不是奇迹吗？现代科学直到几百年前还在讨论物质到底是连续且可以无限分割的还是由原子组成的，可是中华民族几千年前就有了太极的理论，就知道宇宙运动是有规律的，就知道宏观物质的多样性的本质是基本粒子（阴和阳，或者说基本单元）不同的排列顺序和结构。我们的祖先是如何准确的认识到这一切的？又一个奇迹！

    中华民族的文化是相当博大精深的，其理论从现代科学的角度看都是非常先進与正确的，甚至是现代科学都无法认识到的！中华文化其实是修炼的文化。也许大家对佛家和道家的修炼还不能很好的认识，可是不可否认这些几千年前就流传下来的理论和认识正在不断的被现代科学的发展所印证。比如说现代科学对物质结构的认识已经从一个侧面印证了道家的太极理论。在佛教的经书中几千年前就写着一碗水中有成千上万的生命，这些我们不也在今天的显微镜下看到了吗？

    实证科学的发展目地就是增進我们对客观世界的认识，可是现代科学的发展却不断的验证着人类历史中的文化遗产。这证明古人拥有比现代科学更精深的认识，也证明了相对于实证科学更加发达的科学发展道路的存在。否则古人是如何发展出中医药、针灸学的？是如何发现经脉和穴位的存在的？是如何得出太极理论的？为什么这些科学发展道路到今天都消失了？其实我们应该注意中华文化中儒释道三教都是修炼的文化，他们的理论都是从不同层面正确阐述了客观世界的真理的同时更加强调了人在精神层面的提高。这些都值得大家认真的反思。