版本：湖南科学技术出版社 2025年4月
到底什么才是最真实的存在呢？
真正的物质表象之下的本质究竟是什么呢，这个问题乍一听好像有些高深莫测，仿佛和物理学之间没有太多的牵扯关联，但事实上，这堪称是人类最早开始思索探究的重大问题当中的一个，与物理学的起始源头以及发展走向紧密相连息息相关喽！
做一个练习：对以下各种东西，你认为它们的“真实”程度是怎样的？将它们按照从最真实往最不真实的顺序，进行排列，你会如何去排呢？
1.手机
2.相对论
3.梦境
4.爱情
5.病毒
6.原子
7.灵魂
8.小说的人物
9.黑洞
此练习能够使你针对自己所领会的“何为物质世界的本质”进行一番初步的整理。存在一些人，他们或许会将“物质”类事物置于较前位置（像是原子、手机），还有另一些人，会把“非物质”类事物排在更前位置（例如灵魂、梦境、爱情）。
那这恰是从古至今的哲学家、思想家、科学家争执的问题，究竟啥才是最为真实的存在呢？有人觉得，世界是以自然状态存在的，是由最基础的物质元素构建而成的。也有人觉得，世界仅仅是神灵缔造的，唯有神才是真实存在着的。另外还有一些人竟然觉得世界压根儿是不存在的，如同电影《黑客帝国》那般，人生仅仅是一个虚拟的幻境，我们仿若电脑里模拟的程序一般（当然啦，这会引发另外一些问题：电脑是由谁创造的？电脑是真实的存在吗）。
这里存在着两种回答的依据，一种乃是运用科学予以回答，也就是表明世界是物质的，对于科学家来讲，最为实在的便是那些能够被测量的以及可以用实验去证实的事物，另外一种是使用非理性的事物来作答，比如世界是精神的或者是意志的，其中涵盖着神灵或者某种非物质的观念。
《万物理论》（2014）剧照。
那么，人对于世界的认知究竟是源自于何处呢？事实上，我们绝大多数的认知都是依托于某种信念。在人类历史的极大部分时间当中，人们所深信的真实存在与现今我们所确信之物有着极大差异，比如，针对“物质世界的本质是什么”这一疑问而言，直至300多年往以前，占据主流的回应依旧是“上帝”“真主安拉”亦或是“道”之类的。这一问题不但在历史里引发了数不清的争辩，而且还有一些人竟然为此付出了生命。
在今日，我们当中的大多数人都坚信世界乃是一种物质的世界，其模样正是科学家所描绘的那般，然而你究竟凭借什么能够确定世界就如科学家所描述的那个样子？毕竟，对于普通民众而言，实在是很难拥有亲眼目睹一个原子或者一个病毒的机会。又比如说，尽管我们自小就晓得地球围绕着太阳运转，可实际上也不太容易拿出地球围绕太阳运转的直接证据。这些存在于小学课本里的知识，实际上有许多人并未能够真正地理解，而当代的物理学家正运用更为复杂且精深的理论去描述更深层次的真实存在状况。这些理论，是借助高深数学予以描述的，当然了，从普通人的视角来看，其就如同天书一般。
举例来说，粒子物理的标准模型表明自然界存在12种基础的物质颗粒，它们被划分成6种轻子以及6种夸克，世间的万物皆由其构成。该理论的公式被铭刻于欧洲核子研究中心，也就是CERN的一块石头上。
粒子物理标准模型的核心部分中的左部分、以及右部分的其理论公式，刻印在CERN的一块石头上，资料来源出自CERN。讲的是物质世界的本质是什么的相关事宜。 《物质世界的本质是什么？》。
大家请瞧一瞧这个公式，是不是整个脑海里全都是问号？哪怕不去看这个公式，你有没有能够试想一下，我们所处的这般庞大无比的世界，以及那浩瀚无垠其无尽头的宇宙，实际上竟然是由这十二种既看不见又摸不着并且实实在在不可触及到实体样态的粒子给构建而成的？
那属于我们的物质层面的世界 ，（此中资料的来源之处为 和）。关于主题为《物质世界的本质是什么？》的相关插图。
甚至还有另一种理论假说，它更进了一步，提出那些粒子是由众多更小的、呈线状或者环状的“弦”所组成的，而这些“弦”当中蕴藏着一些更高维度的空间，这便是著名的“超弦理论”。对于粒子而言，大家能够想象，它们是一种极其微小的“东西”，那么“弦”到底是怎么一回事呢？此刻脑子里的问号是不是变得更多了呢？
对于物理学而言，世界是物质的
每一个时代里，那些看上去稀松平常的对物质世界的认知，于往昔时代的人们眼中实则跟天方夜谭没两样。人们的认识持续发展变动，或许如今我们理解不了的理论会变成下一个时代人们的普遍看法。可是，从古至今，人类一直没变的问题唯有一个：真实物质世界的本质到底是啥？
凭什么这个问题这般关键呢，事实上，针对这个问题的思索，促使人类迈向物种的顶端，从几百万年前起始的一种猿类逐渐演变成为地球的主宰，甚至突破地球去对宇宙开展探察。
在家中饲养的猫，或者狗，肯定是不会去留意“本质”方面的问题的，它们一旦瞧见罐头里头的食物，那便会满心欢喜地去吃，顶多想一下：还能够从什么地方再寻觅到这些美味的食物？而完全不会去思索：这些食物是由什么组合而成的？为什么我肚子饿了就会想要吃东西？这背后究竟有着什么样的道理？
即使是一个小孩子，也会针对生活里出现的现象提出问题，试着思索现象背后的“本质”。举例来说，当看到飞机在天空领域飞行时，我们清楚知晓这不过是一种表面呈现的运动现象 ，然而想要深入弄明白产生此种运动情况的缘由 ，也就是飞机是依靠何种机制才飞起来的问题。我们在目睹天空以及彩虹之后 ，就会去思考：为何天空呈现出的是蓝色？为何彩虹却又呈现出彩色各异的状态？这背后是否存在着某些特定的规律呢 可人们会假定有一种 “现象背后的实在” 存在 ，这种或许无法直接看见的实在能够被用来阐释那些可见的规律。
《瞬息全宇宙》（2022）剧照。
其他动物不具备这种能力，这种能力是针对更深层次的东西，针对本质去思考的能力。
人类为解释“物质世界是什么”而慢慢发展起来的自然科学里面有物理学，物理学研究物质跟能量的本质以及性质，因为物质与能量均是所有科学研究必然会涉及到的基本要素，所以物理学当属自然科学里极具基础性的学科之一，物理学包含纷繁广泛的自然现象，不管是极小极微少到几乎可以忽略不计的基本粒子，还是庞大极广极为庞大非常巨大的宇宙，统统都是它要研究的对象，由于物理学对整个科学的发展展现出意义不一般且影响极为深远的作用，所以物理学的诸多定律也构成了其他自然科学学科的理论根基。就物理学来讲，世界是属于物质的，实在之物构成物质的整体范畴，这是物理学开展研究，对世界本质予以认知的一项基本前提条件。
事实上，整个西方科学整个传统全都根源于古希腊的哲学思想，物理学同样并非例外，它起始于“自然哲学”，古希腊的“自然”这一词汇所指的并非是一个特殊的存在领域，像是我们众多人所理解的大自然、森林、大海等情形，而更多意味着一种“本质”与“根据”。自然哲学也就是针对物质世界本质展开研究的哲学，实际就在于探究“什么是最基本的”这一问题。
比如说，在经典物理学里，牛顿，也就是那位生活于1643年至1727年的人，其有关“万有引力”的论述著作乃是《自然哲学的数学原理》 ，道尔顿，作为于1766年至1844年期间提出近代原子论的人，他的著作称作《化学哲学的新体系》，英国皇家学会，作为英国最高的科学学术机构，其会刊是《皇家学会哲学学报》。
把“科学”这一日常用语，实际上是从19世纪才起始于英语范畴里广泛动用。工业革命过后，伴随（针对物质世界本质的那种哲学的）自然哲学的专业化进展，涌现出更具专业性的学科，而这些学科就从哲学母体当中脱出成现在的物理、化学、生物、天文、地质等。
那个时候，究竟是什么构成了物质世界的本质呢？古希腊有位哲学家泰勒斯，他生活在大约公元前624年到前547年这个时间段，他觉得世界的本质是“水” 现代物理学展开了研究，得出了一个极为精炼的微观粒子层次的标准模型，该模型借助12种基础的基本粒子去阐释物质世界的本质。
现代物理学持有这样的观点，即物质乃是由基本粒子构成的，科学家提出的那一个非常精炼的理论模型，是用来描述物质的有着基本组成部分特征的事物以及作用在它们之上的力的，这便是粒子物理所谓的“标准模型”，这个模型在将近60年的时间里被数量繁多的实验给出了证实，进而得以获得众口皆碑的公认。
从“元素说”到“原子论”
著称的美籍犹太裔物理学家理查德·费曼（他生活于1918年至1988年期间曾经讲过这样一番话语：要是因为某种巨大灾难致使所有科学知识均已遗失只剩下一句话能够传递给下一代那么究竟该如何使用最少词汇去传达最多信息呢我坚信这句话便是原子的假设亦或是原子的事实随你想怎样称呼皆是如此所有物体皆由原子构成这些原子乃是一些微小粒子它们始终持续不断地运动着当彼此稍微离开时会相互吸引当彼此过度挤紧时又会互相排斥。只要略微思索一番，你便会发觉，处于这一句话里，涵盖了海量的关于这个世界的信息。
那么，什么是原子呢？
《瞬息全宇宙》（2022）剧照。
从外观上瞧，世界好像是由形形色色各异的物质组合而成的，人们能够辨别出水、火、空气、木头、金属、谷物、泥土等，然而火燃烧会转变成灰，冰会化为水，木头会腐朽，金属会熔化艺术物理学家，它们都能够持续变化。所以，古代的哲学家们就思索：是否存在一种恒定不变的、基础的东西能够用以阐释变化的万物呢？在2600多年以前的古希腊，泰勒斯就提出世界是由“水”这种元素架构而成的。
泰勒斯身为西方首位的一位哲学家以及自然科学家，他还是古希腊那首个不借助神明鬼怪去阐释“世界的本质是什么”的思想家。据说在某一天晚上艺术物理学家，他于旷野间进行思考，在这个过程当中，他一边行走一边仰头去观察那些天上的星星，同时还在研究关乎气象方面的各类问题，然而其却由于没有留意看眼前到底有没有路，进而不小心出现重心失重掉进了一口井下。人们以一种带有讽刺意味的口吻称他仅仅是一味地只顾着去关注天空当中的各种情况，却全然不知道就在自己脚下此时此刻正发生着一些什么样的事情。后来呢，他根据自己对于天象的细致入微的观察，做出了当年的橄榄将会喜迎丰收这样的一个预测，并且凭借这个所掌握的知识，在橄榄油的市场领域里成功地赚取了数目高达一大笔的金钱。他认为“水”构成世界万物，这种说法如今看来极为可笑，然而这实则是一种相当了不起的思考，它展现出人们对世界呈现模样与实际模样的辨别，借助对现象背后“本质”的思索，以此用理性识来对繁杂杂乱的日常现象展开系统性阐释，现代科学理论实际便是这种这种策略的拓展和进步。
与之相似的是，中国古代也曾提出过“阴阳五行学说”，其认为世间的所有事物都具备阴阳的属性，并且是由金、木、水、火、土等基础元素所构成：“故先王以土与金木水火杂，以成百物。”。
后来，古希腊的哲学家亚里士多德，也就是公元前384年到公元前322年期间的那位，发展了前人所具备的理论，提出物质是由土元素、水元素、气元素以及火元素这四种元素去构成的，这便是所谓的“四元素说”。总之，像这一类运用某些“元素”去对物质世界作出解释的说法，被统一称作“元素说”。
那么，“原子论”又是怎么回事呢？
2500年前就已提出，古希腊哲学家德谟克利特，也就是公元前460—前370年出生的那位，认为物质由离散且微小、不可分割的颗粒组成，他把这些颗粒命名为“原子”，其理论称作古典原子论，他觉得正是这些原子以不同方式组合在一起，构成了诸如水、火、风等各种各样的物质，他还认为物质能够发生变化，然而原子自身永远不变，人们又如何能知晓原子的存在呢？
请你明确一下问题哦，比如“针对这段内容进行润色改写”“提取关键信息并改写”等等，这样我才能更准确地按照要求进行改写。以下是一种简单的符合拆分要求的改写：德谟克利特进行分析，在一块面包还没被拿上餐桌时候，我们能够感知到它，这是因为我们闻到了它的气味，那么它的气味是从哪儿来的呢？实际上，气味来源于组成面包的粒子，也就是原子，它提前飘到了我们的鼻子里，和我们的嗅觉产生了相互作用，所以我们才可以闻到它。
物理和化学到底是什么关系呢？
2500年前德谟克利特就提出了原子说，然而其理论未获普遍认可，原因在于原子极小，人们不能直接观察到，所以很难证明其存在。尽管伽利略（1564至1642年）、牛顿等物理学家对原子说一直持开放观点，只因无法经实验及数学计算方式研究原子，它始终只是停留在哲学层面上的争论，标点符号不可与句子分隔开！与此形成对比来讲，火、水、气、土这些元素是极易被观察且能够理解的，而炼金术等手工艺制作业的发展致使人们能够借助实验对这些物质予以研究，所以亚里士多德的“四元素说”在西方始终占据着主要的地位，一直到17世纪化学学科发展才出现了变化。
那么，17世纪的化学领域到底发生了啥稀罕事儿？原来是诞生了一位被誉为“现代化学之父”的法国化学家拉瓦锡，他生活在1743年至1794年期间，还把会计记账那样严谨苛刻的标准运用到化学实验方面。他进行严谨定量分析的时候，会使用天平当作主要测量工具，最终改变了人们对于土、水、气、火这四种元素固有的认知。里边最为有名的实验便是拉瓦锡证实水是由两种物质构成，他让水蒸气穿过烧得发红的热铁进而分解成氢气与氧气，这两种气体被收集起来并混合于一个容器内，经过电火花点燃后又变成了水蒸气。拉瓦锡所撰写的《化学概要》这本书构建了现代化学的基础，他把化学科学从定性方面的研究转变为定量方面的研究，而且构建了现代化学的命名法体系，到了这个时候，全新的“元素”概念也产生了。
拉瓦锡诞生于贵族家庭，继承了数额巨大的遗产，打小生活无匮乏之忧。亲人期望拉瓦锡成为一名状师，然而他始终对化学满怀兴趣，所以，在进入巴黎大学法学院读书之后，他依旧利用课余之际持续钻研自然科。随后，拉瓦锡获取了律师执照，还成了一家私人征税公司的负责人，手头颇为富足，他凭借这些钱财与自己聪颖的妻子玛丽一同建造了一座私人化学实验室，专心于化学研究对象。玛丽变成拉瓦锡的帮手，帮他翻译资料、给他的著作绘制图像。法国大革命期间发生拉瓦锡被处死之事后，玛丽踊跃地去推广他所做的研究，为传播他的思想奉献了重要力量。然而，在旧版高中化学课本的那一幅幅插图里面，拉瓦锡身为妻子的她却遭受了被忽略的情况。
拉瓦锡。《物质世界的本质是什么？》插图
你有可能存有疑惑，为何物理通识读物会关涉化学发展的知识呢，物理跟化学究竟具有何种关系呢，事实上，化学可是受物理学影响最深重久远的自然科学种类之一，化学的发展也深切地对物理学的发展产生了影响，化学是于原子、分子层面探究物质的构成、结构、属性以及变化规律的自然科学，它乃是化学变化的关键核心基础，化学所处的尺度是微观世界里最靠近宏观的，原子理论在很大程度上是借助化学实验予以证实的。
早期化学家往往同时被称为物理学家
从拉瓦锡开始，到门捷列夫（1834—1907年）完成元素周期表，期间所做的都是去确定，哪些物质之间会发生怎样的反应，而这便是无机化学，也就是在探讨与生命体没有关联的物质的研究范畴。
化学反应自身相关的理论，也就是不同化学元素彼此间的相互作用法则，皆同核物理、量子力学等理论有紧密的关系。就原则而言，理论化学那份最为深刻的部分与物理学紧密相连，早期的化学家常常同时被称作物理学家。
1808年一流范文网，英国科学家道尔顿将《化学哲学的新体系》一书出版了，在这本书里，他把自己的原子理论以及主要实验详尽地描述了，这是在拉瓦锡之后，理论化学又一次取得的重大进步。他把一切化学反应现象的本质揭示出来了，那就是原子的运动，原子是组成化学元素的最小物质颗粒。
此刻我们清楚，大部分各异的物质是由不一样的分子构成的，譬如水是由数目众多的水分子组成的，而这些水分子又是由氢原子以及氧原子构成的。现代的原子分子学说如此具体阐释：同一种原子或许组成不同的物质，比如氧原子既能组成氧气分子，又能够组成臭氧分子，虽说都是氧原子组成的，然而它们的性质却大相径庭。我们需要呼吸氧气来维持生存，但是若呼吸臭氧则无法生存。实际情况中，绝大多数的物质是由分子所构成的，分子是由原子通过化学键搭建变成而形成的。
理所当然地，像氦、氖、氩、氪、氙、氡这类稀有气体，是由原子直接组合而成的物质，并非是先由氦原子构成氦分子，进而再构成氦气。那么，原子历经怎样的方式凭借化学键彼此结合在一起？这实在是现代化学着重研究的关键问题，而物理学聚焦的是另外一些问题，比如说，原子究竟是不是作为最小的东西存在？原子内部还存在着哪些东西？它们又是以何种状况相互施予作用的？
《物质世界的本质是什么？》是本文选题来源，原文经删节修改，刊发已获出版社授权。
原文作者/钱思进 向知大师课团队
摘编/何也