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在科学和哲学史上，无论是东方还是西方，这一问题都是进行深入探讨的主题。要勾勒出出现在新物理学中的物质概念框架，我们应回顾有关这一问题历史上的主要争论，它们提供了我们人类观察者能够接近和理解有关物理实在的最终本质问题的可能替代方案。
2。1 古希腊人的物质观
古希腊人的第一个尝试就是集中精力根据称之为“一”的统一基础来理解纷繁复杂的感性经验世界。无论在整个宇宙中还是在沙粒中都可以找到“一”：小宇宙反映了大宇宙；大宇宙照耀着小宇宙。古希腊哲学家也懂得“多”：他们看到了世界上千变万化的事物，看到了植物、动物、人以及海洋和云。他们把这种多样性解释为来自于基本的源头“物质”，他们说，统一永远是多样性的孕育场所。
根据泰勒斯的观点，最初的统一物质是水。而他的门徒阿那克西曼德则认为，火、土和气具有同样重要的作用，最初的物质是不确定的，无限的和包罗一切的。因而阿那克西曼德把最初物质看作是水和土的混合物，被太阳晒热之后它们就通过自创生过程产生植物、动物和人类。无独有偶，在古代中国也有类似的思想。五行说就认为，自然界的万事万物是由金、木、水、火、土这五种元素组成的。
古希腊哲人的理性心灵创立了由泰勒斯的水开始直到高度思辨的一种自然哲学。把火看成是最重要的物质的赫拉克利特强调永恒的变化：原则上，“变化就是一切”。根据他著名的“人不能两次踏进同一条河流”的格言，人们不可能知道世界上的某一种事物究竟是什么棗它在永恒地变化。而恩培多克勒把所有事物看作是由气、火、水和土组成的。这种组成原则是：通过爱，两者结合；通过恨，两者分离。地球中的火产生了后来进化到人们熟悉的有机物的最初形式，许多有机物是不完美的，因而消失了，而那些被证明是完美的有机物存活了下来。
由于苏格拉底，爱奥尼亚哲学家的自然主义与人类世界协调了起来：人是尺度。苏格拉底的主要弟子柏拉图把实在的观点看作是一种“可能的童话”：他认为知觉世界中的事物是永恒和不变形式或观念的幻影或影子。亚里士多德利用他与真正的百科全书式的知识相结合的认真观察来使自然主义代替了这一概念。亚里士多德的 “存在链”从无生命物体通过植物和动物一直延伸到人类。在存在链中，自然的进化和心灵的成熟是相吻合的。无机物是通过改变形态而变为有机物的，在有机界王国里，具有感觉能力的动物比植物更具活力，因为植物仅具有滋养的能力。自然界从最不完善到最完善逐步地和不断地演化，在这一过程中变得愈益复杂。进化并不是偶然的，根据亚里士多德的观点，任何事物都有其存在的原因。自然界的过程就是被其终极的原因“完善”导引向前的。
提出对近代科学产生最深刻影响的物质理论的是留基伯和德谟克利特。该理论说，所有事物都是由原子构成的，原子是真实世界看不见的和不可摧毁的构件。原子和由原子构成的所有事物组成了存在圈 （thesphere of being），但是由于原子能够且确实在变化，所以，存在不能充满整个空间，还必须有空虚：非存在圈。世界之所以可以变化，就是因为原子在它们存在的过程中改变着它们的停留位置，并且在空虚中形成了不同事物。
在原子论中，德谟克利特搞清楚了许多人认为的那种世界的真正本质，而这一世界就是由基本的和不可摧毁的相互结合在一起的物质元素构成的。根据有些说法，这一理论持续了大约2000年，一直到19世纪实验物理学的兴起才逐渐衰落下去。
2。2 近代科学的物质观
随着文艺复兴运动的兴起和胜利，以实验科学的理论和实际应用为基础的文明开始了它的新纪元。当早期实验科学家具备了相对原始的仪器和基本实验方法后，以这些方法和设备为基础的第一批理论诞生了。这些理论讨论了由观察落体的速度和轨道以及从斜面上滚下的球的加速度而推导出的普遍运动规律。毫不奇怪，近代科学的世界观变成了遵守简单和基本规律的机械主义的世界观。
自然哲学在牛顿的伟大综合中达到了顶峰，他在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中用几何方法证明了地球上的物质物体按照数学表达的规则运动，而天空中的行星按照开普勒定律旋转。所有物体的运动被证明是严格地由其初始状态所决定的，例如像单摆的运动就是由它的长度和它的初始位移决定的，而抛射体的运动则由它的抛射角和加速度所决定。总之，牛顿的经典力学以其数学精确性预言了行星的位置，预言了单摆的运动、抛射体的轨迹和所有“质点”的运动。这些质点代替了作为科学的已知世界最终构件的德谟克利特的原子。这就意味着，牛顿物理学的世界是钟表装置的宇宙，它严格地，决定性地，永恒地遵守着运动的基本规律。据此，数学家拉普拉斯就吹嘘说，有一个掌握控制自然界所有力的知识并知道所有自然实体的瞬时状态的精灵，它能够把宇宙中最大的物体和最小的原子的运动包含在一个运动方程中，因此任何事情都是确定的，未来和过去对它的眼睛来说都是一回事棗现在，这一精灵就是大家熟知的拉普拉斯妖。
19世纪初，英国化学家道尔顿重新发现了德谟克利特的原子论。道尔顿的原子论在近代化学上掀起了一场革命，该理论认为所有气体都是由微小的和不可分割的叫做原子的单位组成的。沿着这一理论，阿佛伽德罗又进一步提出了分子理论，后来原子椃肿永砺劬统闪私馐退形镏市翁钩傻恼忱砺邸７肿邮俏镏手心芄欢懒⒋ 嬖诓⒈３指梦镏室磺谢匦缘淖钚∥⒘＃肿佑稍幼槌桑诟髦只Х从χ凶槌煞肿拥脑尤员３侄懒ⅲ桓谋淦湫灾省５痹訔分子学说同化学元素理论结合起来时，物质构成理论又得到了进一步完善。每一种化学元素代表着一种原子，不同的化学元素就意味着不同的原子，而所谓的单质就是由一种原子组成的，如氢、氦、氧、碳、金、锗等等。不过，当时人们发现自然界中化学元素只有几十种，那么为什么自然界中有这么多种类的物质形态呢？这是因为不同的原子可以相互结合在一起，形成不同的分子，正是由于原子的这种不同的排列组合方式的多样性决定了自然界物质形态的多样性。
2。3 现代科学的物质观
仅仅在道尔顿的原子理论发表不到50年后，实验工作者就发现原子并不是不可分割的，而是由更微小的粒子组成的，后来人们又发现，即使这些更微小的粒子也还可以再分割，原子的碎片变得越来越碎。这样一来，整个经典自然科学的宏伟大厦被动摇了。20世纪初物理学的实验彻底粉碎了所有实体都是由不可分割的原子组成的观点，但是物理学家却不能把比较一致和有意义的概念固定下来：物质概念本身变得有问题了。原子和原子核裂变后出现的亚原子粒子的表现方式不像传统意义上的固体，它们具有称之为“非局域性” （non…locality）的神秘的相互关联，并具有波动性和粒子性的双重性质。
到了20世纪20年代，量子力学领域中的物理学家突然发现，物理实在变得非常奇怪而不可思议。时间和空间再也不是物质原子 （或牛顿的质点）相互作用的被动背景了，它本身也变成了非常复杂的实体，并与光子和电子相互作用，进入物理现象的结构中。对哲学家和具有哲学头脑的科学家而言，看起来似乎是物理世界本身非物质化了，用科学哲学家卡尔·波普尔的话说，它已经变得更像云，而不是像岩石。量子力学抛弃了确定的运动轨迹概念，并把概率决定性引进了物质实在。从这时起，物质的领域变得越来越神秘，客观实在在愕然的量子物理学家的眼前似乎烟消云散了。面对着自然界的难解之谜，由丹麦物理学家尼耳斯·玻尔领导的许多科学家决定暂时放弃他们观察到的事物的独立本质的臆想：认为他们的观察客体仅仅是“现象”。
德国物理学家海森堡说，“原子物理学家不得不服从这样的事实：他的科学仅仅是连接人类与自然的无限链条中的一个链节，科学不可能简洁地说出自然界‘本身’。”玻尔也同意他的观点，“物理学只涉及我们对自然界能说什么的问题。”根据A·爱丁顿的观点，物理学的永恒世界已经变成了影子世界。尽管有人建议不要考虑超越实验室观察范围的实体的本质，但有些物理学家还是在进一步冒险。他们猜想，用科学语言和“教科书”表述的世界是精神的而不是物质的。海森堡不无遗憾地说到德谟克利特哲学观点的错误，他说世界是按数学，而不是按物质和结构组成的；越过它们自身追问数学物理公式提供了什么是无用的。正如柏拉图在抽象的形式和观念世界中粉碎了爱奥尼亚自然哲学家的唯物主义那样，现在经典力学的决定论世界观在复杂的数学物理公式中也被粉碎了。
科学家不仅不能认识作为多样性复杂现象基础的基本实体，而且甚至不能说这样的实体真的存在于自然界中。很清楚，无论是德谟克利特的原子还是牛顿的质点，都不是物理实在的最终基础。物理学家E·魏格纳说得好，现代量子力学必须满足于讨论“观察”而不是讨论“可观察的”。物理学家可以描述他们观察到了什么，但是不可能把它们说成是独立于被观察而存在的实在。这种情况类似于《爱丽丝奇遇记》中的情况：物质粒子就像露齿而笑的猫，它们显露出笑，但是没有什么东西可以承担它们的笑。
事情的这种状态并不是令人愉快的，而且决不会被每个人所接受。在实验室中量子的物理学家所遇到的谜引起了现代科学史上有关物理实验的本质的最著名和最有影响的深刻讨论。从1927年到1933年间，爱因斯坦和玻尔定期会见，交流对令人迷惑不解的观察现象的解释。爱因斯坦不承认基本粒子行为中似乎固有的那种奇怪的非决定性，他提出了一个又一个的思想实验试图证明当时表述的量子理论在逻辑上是不自洽的，而玻尔则回击了超越实际观察范围的任何解释。玻尔指出，自然不仅在我们能够测量和观察到什么上，而且在我们对自然界无任何歧义地说些什么上，都加上了绝对的限制。
惠勒的观点与玻尔和海森堡的观点接近。他认为，当说到粒子时我们再也不是在处理客观的，独立于观察者的实体了，在显示它们发射时被观察到的和被接收到的之间，人们没有任何基础说粒子是什么和粒子正在干什么。用惠勒自己的话说，在被观察到的和被接收到的之间出现的东西是一个“巨大的烟龙”，在粒子发射的地方龙的尾巴是清楚的，在它咬住检测器的地方龙的嘴也是清楚的，但在这两者之间的身子却是“烟雾”，什么也看不清。量子现象真是这个奇怪世界上最奇怪的东西。
今天的量子物理学家已接受了这种最奇怪的现象棗按它们的方程做人们希望它们做的事。通常，如果研究涉及到主要公式的有效性的话，物理学家并不冒险探索更实在的东西。事实是，在经过了约70年的研究和探索后，量子力学理论既取得了巨大的成功，同时也给人们留下了使人烦恼的不解之谜：任何健康的心灵所能接受的作为独立于观察者的实体的本质究竟是什么？
一方面，量子力学理论不能描述作为客体中的要素的那些熟知客体的基本组分。这就是说 （在常识认为是不可想象的），概率性的实体可在一个以上的位置上同时出现，根据我们问什么问题和我们与它们如何作用，它们可能是波，也可能是粒子。另一方面，量子力学理论也不能一般地解释关于我们自己和世界的最基本的直觉：时间的不可逆性。
总而言之，尽管在物理世界的小范围结构中量子物理学在计算过程上取得了无疑的成功，但处于那个世界中的实体仍是模糊的，仍由现实中不可想象的数学形式来描述。这些对计算目的来说也许是足够了，但对于了解其意义来说是不够的。显然，量子理论在本质上仍不完善，因此量子世界的主要理论家还没有成功地对这一问题作出清楚地回答：“什么是物质”？
3 生命的起源及其进化
生命曾经是自然现象中最熟悉和最神秘的现象，只要我们在思考和呼吸，我们就确信我们活着，但是这种确信并不能回答这样的基本问题：“生命是什么”？
如果物质的本质仍被面纱罩着，如果在理解宇宙的本质方面还有未解决的问题的话，我们还能指望对生命的本质作科学的理解吗？生命可能是特殊的复杂化学机器，由数以百万计的原子、分子和细胞组合而成；它也可以表示为与物理世界完全不同的一种实体棗一种在本质上是精神的实体。西方宗教认为，仅仅暂时地与生命体联系在一起但注定是永恒生命的是不朽灵魂；而东方宗教则认为，生命体被一次又一次地注入像灵魂的非物质要素，并根据其功德和恶行一次又一次地因果报应。
西方人的常识更倾向于认为生物体是一个复杂机器，但是关于生命的新科学已经越过了这一概念。尽管科学家（偶而有例外）不同意与不同的无生命体相关联的灵魂或其他“生命原则”的概念，但他们有一种与我们理解生物体的完全不同的概念。我们可以通过把它放进历史的透视中很好地理解这一概念，看它实际上是如何出现的。
3。1 生命来自非生命
回顾近代生命概念的发展，我们不需要追溯到亚当和夏娃，只要回到19世纪中叶就足够了。19世纪科学的不解之谜显示了，牛顿物理学的机械宇宙与达尔文的生命进化世界