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科学总是不断地向前发展——这是一句常用的话，说起来堂皇，听起来舒服。推敲起来这句话还有一层意思：发展就是开发进展、弃旧迎新，即我们现在在校所学的某些理论，可能是即将淘汰的旧科学，可能就是伪科学。这听起来就不那么舒服了。
有人会说我们今天学习的物理经过千锤百炼，已经很完备了，其实未必。正如前文所讲，今天的物理学既解释不了天上的水蒸气如何相聚成雨、也解释不了火为什么是橙红色，还有众多的谜。
在现行教材中回避在深层上尚未解决的问题，不提困惑，掩盖破绽，使学子习惯于全盘接受，良莠不辨，丧失了思辨、开拓的机会。于是一些常见的物理问题竟成了自然之谜。如：
（1）物体为什么有的呈脆性、有的呈塑性？
（2）糖或盐溶解在水里，它们的键（化学键）到哪里去了？
（3）我们做了上百道有关电压的习题，
却不能得知物质内电压是如何形成的？
（4）金属熔化成液态，它的金属键到哪里去了？
冷却时怎样立刻建立了金属体？
（5）为什么温度升高金属的导电率下降、而半导体正好相反？
（6）过了居里点，磁铁的磁性到哪里去了？
（7）为什么一些绝缘体反而容易形成超导体？
（8）液体相变成气体，体积为什么会膨胀？
还有，记忆合金是怎样进行记忆的；液体表面张力是怎么产生的；为什么催化剂能加快化学反应速度；等等。面对种种疑问，现有理论显得无能为力。遗憾的是，历经修炼的学者不是着力对事物的本质进行系统的探讨，而是用长达几十页的复杂数学计算进行所谓的推导论证。这种推导计算的结果往往与事实相去甚远，物理学于是变得神秘高深。
一位理工科的研究生发出了这样的感慨：用几条简单的偏微分方程式来解释自然界的物理现象，就叫科学，那为什么用天上星宿的排列组合来解释人生，就会叫迷信呢？为什么学科学的人，却往往掉入自己所擅长的逻辑的陷阱之中呢？
这位同学提出了一个发人深省的问题——什么是科学？什么是迷信？什么是伪科学？今天的科学（有了微分方程的包装）就一定是真正的科学吗？
我们先来看看今天书本上写的、老师们讲的科学是怎么来的：
对未知世界的好奇和探索是人类前进的动力，是进步人类的美德和天性。
千百年来，人类不断地对自然界的事物进行探求、思索,面对自然界千奇百怪的万物，极尽猜想。人们依据物质的外在特性来猜想其内部构成，人们对已观察到的，尚无法用实验证明的自然现象竭尽思考，进行尝试性的解释——于是一种假说就诞生了。
比较有说服力的几种假说都有其拥护者，从而形成各种学说及学派。如果这种假说若被多次连续的实践证明，或假说所作出的预测被实验验证，如：天体运行规律、ＤＮＡ、元素的周期理论，那么这个假说即上升成为理论。它将生机无限，形成一座丰碑，送科学前进一程。
当然也有的假说出自某权威人士。如当年的地心说、燃素理论及我们今天学习的有些理论，是人们在初始发现事物的某些特性时（如金属导电），个别大师级人物依照现象极尽猜想提出假说，若干年内无人提出相左的意见，时间长了就成了金科玉律，成了不可逾越的雷池，成了把科学引入歧途的暗流。
尽管这样的理论一时间会得到大多数人的信奉，然而它不是客观事实，总是会露出马脚，总是有难以自圆其说的地方。追随者一边继承传播，一边在此基础上修补延伸，理论变得繁杂且神秘，然而天长日久得不到实践的验证，它将渐渐枯萎，失去生机，终究被新的理论所取代。
在现行的教学中，经常把科学的结论干净利落地摆在学子的面前，使他们以为探索科学之路很顺利、很轻松，科学理论是一言堂。
其实，科学，尤其是历史渊远的学科，经常是在愚昧和谬误的压制下，在嘲讽和诋毁的包围中，极其艰难地挣扎着前进。任何一种新理论、新学说诞生以后总是有因循守旧者怀疑它、旧学说的卫道士们反对它。卫道士的阵容是强大的，新生的科学是稚嫩的，弱小稚嫩要在顽固凶悍的压制下成长，谈何容易。科学的道路是一条充满艰辛的坎坷之路。
哥白尼的忠实拥护者布鲁诺，捍卫日心说 ，被宗教裁判所逮捕，1600年被卫道士烧死在罗马鲜花广场。
拉瓦锡在1771年就发现了“好的气体”——氧。然而，燃素说的卫道士们拼命地反对这一学说，十几年拉瓦锡饱受冷嘲热讽，直到15年后，拉瓦锡的燃烧理论得到了当时著名学者拉普拉斯的鼎力支持，终于得到了承认。
道尔顿的原子理论，一开始就受到激烈的反对，当时一些著名的学者攻击说原子理论是臆想，还有人诬蔑他是搞剽窃。
门捷列夫的周期表发表后受到冷遇，而后也饱受冷嘲热讽，直到若干年后，他所预言的元素一一被发现，反对者的声浪才逐渐平息，门捷列夫才一次又一次地名声鹊起。
还有更多的科学工作者，勤勤恳恳、默默无闻地为科学工作奉献了毕生的心血。
纵观历史，被大多数学者认同的假说不一定是事实，真理往往在少数人手里的事例屡见不鲜，“地心说”、“燃素理论”当时不是拥有大多数拥护者吗？
还有些理论，观察的结果与计算的数据惊人的吻合，取得了巨大的成功，得到了广泛的推广运用。然而就在这推广运用中，忽略了该理论所适用的客观条件，不知不觉地走向了科学的反面。这种正确与谬误混杂的理论有很大的迷惑性，成了科学前进航线上的暗礁。
科学不尽然是深奥的理论和复杂的计算。科学研究的实质是探求事物运动的内在联系和规律，因此她更钟爱质朴自然的实在和通俗简单的基本的道理。当年，哥白尼就是摈弃了复杂深奥，选择了和谐简单。
青年朋友们不要以为科学探索只是科学家的事，其实历史上许多极负成就的科学家在青少年时代就开始了他们的科学思考。
科学总是要向前发展的，科学的发展就是作出新的探索，发现今天的未知，抛弃今天的错误和偏见。这也就是说，在今天的科学中不可避免地存在着谬误、存在着不科学或伪科学、存在着偏见和误导。科学的精神是大胆怀疑，严谨求证；科学的生命在于创新，要用新的知识来开拓新领域，用新的理论来埋葬今天的伪科学。青年朋友们要抛弃偏见、打开锁链、勇于探索、勇敢参与，大胆发表意见。
那么，怎样去参与探索，怎样在各自振振有词的雄辩中进行思辨，怎样对“金科玉律”的教科书进行反思，甚至对科学泰斗的理论搜寻疏漏，提出有理有据的置疑呢？而我们面对不同的说法，面对与现行的理论多有径庭的观点，怎样明辨其是非？如何判别其真伪？我们思想方法的依据又是什么？这些都是我们现行教育中比较薄弱的地方，所以我们以上简要地谈到了科学的形成，接下去还要谈谈科学思想的形成，谈谈辨析事物相对正确的观点和方法。
事物的基本特性是大自然赋予的，我们人类也是大自然的产物，我们看待事物必须符合自然的基本法则，什么是自然的基本法则？——自然界的事物是在不断地运动着的，事物是客观联系的、相互影响的，构成系统的。因此，我们看待事物也必须具备这样的几个基本观点——运动的观点、系统的观点、实践第一的观点。
运动的观点
自然界的万事万物都在不停的运动之中，云移水流、飞禽走兽、开花结果、潮起潮落……山岗、房舍看似不动，可它们坐落在地球上，随着地球日行八万里，同时组成这万物的原子及核外电子也时时刻刻在高速地运转着。
物质的运动是绝对的，这是人们普遍承认的真理。 既然是运动则必然包含运动方向（路线）、运动速率及其变化，以及参与运动物质的数量、质量等基本要素。事物的特性都是其运动的表现，事物的各种特性都是与其运动息息相关的。科学技术的实质就是探讨和驾驭事物的运动。
哥白尼的伟大贡献就在于他追求运动的真谛、叩开现代科学的大门；他第一次向人类展示了地球运动的正确路线。
近一百年来，人类发明了汽车、轮船、火车，其实质就是提高了物资和人员的运动速度。后来又发明了飞机，把运动线路从二维平面提升为三维空间，使速度提高了一个数量级。人类的科技活动林林总总，究其实质，很大程度是研究或改变事物的运动。
生命的运动使得我们这个星球上生生不息、鸟语花香。物质的运动构成了这光怪陆离、丰富多彩的物质世界。试想，若地球不是以现在的线路和速率运转，地球上还会有今天的生灵万物吗？
在物质结构的研究中，人们也曾注意到物质的运动，作出了核外电子是在一定能级轨道上高速运转，并能在一定条件下辐射电磁波等科学论述。
遗憾的是，具体到从物质的性能来研究其微观构成时，却囿于前人的观点，迷糊地看待核外电子——这个最积极最活跃的因素，背离了运动的初衷，不是探求电子的运转线路和速率，这些至关重要的运动要素，而一言蔽之为“电子云”。阻断了电子运动与物质特性之间的必然联系，丧失了科学应有的慎密与严谨。
我们先且不谈电子云理论的对错，只看看他研究事物运动的方法就知其荒谬。“云”理论是以电子在核周围出现的概率，描点成云，而不是研究运动着的事物的运动线路、方向和速率。
如果一个足球教练用此方法来研究足球，把一场精彩的足球赛每秒钟拍照一张，然后把这5400张照片的人和球都描点在几个画面上，形成“人球云”图，并建立人球状态函数……这样的研究有意义吗？这样的结论有价值吗？这样的研究还能写进足球教科书吗？
一场球赛，队员和球在场上来回穿梭，似乎是无章可循，细究起来，球的每一方向、每一速度都有其动因。如此炮制的篮球云、排球云也将是大同小异,趣味索然。其中抹煞了少精彩神奇、多少悬念的化解、多少激动人心的场景。
电子云是一种文学语言，就像文学家形容“车流”、“人海”一样。其实每辆车都有其目标、线路、速率、加速、刹车；每个人都有其姓名、家庭、归宿、人生经历。
虽然目前我们还没有手段去探测电子的运动线路和速率，但我们必须清醒地认识到物质的运动决定其性质，探测电子的运动是科技前进所必须逾越的障碍，是我们必须为之奋斗的目标。
至少，我们的想象力要跟得上电子的运动，不能用定格描点的方法去替代电子生动有序的运动；不能用“电子云”之类的词汇阻止我们对电子运动的探索，形成科学禁区，形成对后来学者的误导。
（近代量子物理认为，微观物质具有波粒二象性，研究核外电子的精确运动是没有意义的，要以状态函数来描述量子的运动。由于讨论量子力学所涉及的内容比较宽，将在本文的第十章中切磋。）
电子如云，似乎是核外电子的运转漫无目标，线路无章可循，速度或快或慢都毫无意义。从而把对物质各种特性的研究与其电子的运动割裂开来，导致了现行的一些物质理论（如：化学键理论、自由电子理论、相变理论等）都回避了核外电子运动的线路和速率，丧失了科学应有的严谨与精确，背离了物质规律运动的基本事实。
中国古人能根据稳定的一年四季的自然周期推测到“天行信”。得到此规律与彼规律之间的内在联系，探究到四季分明的原因。今天我们看不到分子、原子、电子，但是我们能根据宏观物质的规律特性，推测到微观物质的规律运动。
尽管目前论述物质的各种学说似乎已成体系，但规律运动的观点作为研究问题、思考问题的基本出发点是不容忽视的。
只有揭示事物运动规律、只有揭示事物运动之间的联系和影响的客观规律才能称之为科学，否则就是伪科学！抛开物质的运动去论证运动着的物质，无论其论证是多么复杂都是缺乏根据的，是靠不住的。
系统的观点
事物是普遍联系的，系统性是事物的根本属性。事物的整体与部分、外在与内部、原因与结果之间都是相互关联、相互影响、相互制约的。
前面已谈到，事物都是在不断地运动着的，运动着的事物是相互关联、相互影响、相互制约的，这是事物特性的重要内因。正如地球上的一年四季、冷暖炎凉，都与地球运动的线路、速率息息相关。
在物质的原子中、在原子与原子之间，最活跃、最明显的就是核外电子的运转。这核外电子规律运转的结果，必然关联，乃至支配着物质所显示出的各种理、化特性。
物质所显示出的各种特性，无一例外的是受该物质微观构成（原子核、核外电子）与运动的整体功能的支配。物质的各种理、化特性必然是这系统整体的各个侧面，它们是相互关联的，并与其微观的运动存在直接的联系。
因此，各种物质的所有宏观性能，如：液态、固态，脆性、塑性、延展性，导热性、导电性等，都应与其微观的构成与运动存在着全面的因果联系。
物质所有的宏观性能都是其原子及核外电子运转的必然结果。宏观性能与微观运动必然相辅相成；所有说明物质各种性能的理论都应与其内在的运动与构成全面地相符不悖。
人们从机械、化学、物理等各个方面对物质进行研究，从而感知到物质的各种性能，每种物质通常是集各种性能于一体，这所有的性能应该是源于物质构成的系统整体。
如，一颗铁钉它有金属光泽、有强度、高温时塑性增加、温度再高直至熔化（相变）、能导电、能被磁化、能构成各种合金等等。很明显，这各种宏观性能都是该物质内在构成和运动的外在体现，这些外在体现必然与物质的微观构成和运动存在着客观的普遍的全面的联系。
然而现有的物质结构理论往往是研究到物质的某方面的性能就有一种与之对应的结构理论，于是上述铁钉的6 种性能就有6 种理论（晶格畸变理论、分子热运动理论、磁畴理论、金属键理论等）。这些从各自角度建立的理论如同盲人摸象，虽能解释物质某一方面的特性，却无法说明该物质的其他性能。这种片面的缺乏整体性和系统性的理论，不可能反应真实的客观实在。
因此人们完全有理由企盼一种统一的,或者称为系统的物质结构原理。
事物的宏观与微观之间、结果与原因之间客观地存在着丝丝缕缕的联系，而科研就像侦探一样，已知的是结果，探寻、推理的是原因；已知的是物质的宏观，探讨、推测的是微观。
自然界提示我们的只是蛛丝马迹和司空见惯，例如：火红、叶绿、云雨、露珠。如果忽略了这些细微的条件，侦探将一无所获；如果是司空见惯，侦探将无从着手。如果是离开了条件，杜撰出原因，则会出现假错伪劣，害人害己。
一定的原因必然引起一定的结果，相同的结果可能存在相似的原因。多种物质常常都具有某一相同的特性，这些具有相同特性的多种物质，同样也应具有相同或相似的原因。
如：所有的物质都能在一定的条件下相变，那么，它们相变的机理应该是相同的；不少的物质（导体、半导体、某些液体）能够导电，那么，它们的导电原理就应该是相同的，都应与物质内部的构成和运动全面地相符不悖。那种在导体中是自由电子，半导体靠空穴，液体导电是靠离子的说法，丧失了逻辑的一致性，显然是与事物的系统性相违背的。
由于事物客观地具有系统性，所以一个正确的理论往往可以综合一个广泛的领域；综合阐明事物的各个侧面、各种特性，能成为解释许多定律的基础，并且可能开拓一个科学研究的新领域，还可作出科学的预见。如，拉瓦锡的氧化理论及门捷列夫的元素周期理论。
而错误的假说总是从事物的某一方面出发，未能涉及事物的实质，只能对事物的某一现象作出孤立的解释，它不能对同一事物的其他现象、其他特性的解释提供帮助；更谈不上作出综合说明。仔细分析它的各种解释，没有系统性，丧失了逻辑一致性，往往隐含着自相或互相矛盾。这样的假说连自圆其说都十分勉强，根本不可能开拓新的领域。
大家都知道，当今的物理学分为力、热、声、光、电、核等几个部分，除了在功和能的当量上有一些实验数据的联系，这些个学科是相互独立的，是缺乏系统性的。不少的有识之士感觉到这些个物理分支之间应该存在着内在的、必然的联系，以毕生的努力，以期建立一门系统的物理学。笔者在这方面也有同感，认为物理学的各个分支是一个系统的各个侧面。本文以物质的电子的运动为纽带，对物理学的力、热、光、电的内在联系作了部分的尝试。
实践第一
实践是理论的本源，是检验理论的标准。
从古至今，人们对自然的猜想是漫无边际的，各种流派各种假说多如繁星。能够经受考验、树立丰碑的恐怕只是九牛一毛，这个考验就是实践。
随着人们不断地探索、发现，科学技术逐渐进步、发展。人们制作了各种仪器、设备，设计了各种实验对自然事物进行了细致的观测，对假说进行检验，使得众多的学说有些被扬弃了（因为与事实不符），有些则得以存在和发展（如原子、分子学说）。
正确的理论来源于实践，并能接受实验的验证。前述人类重大的科学成就：元素的周期性、ＤＮＡ、天体运行规律的确立就仰赖于无数事实的证明，并能把相关的事实有机地联系起来，充满逻辑和理性。所以，今天的自然学科的教学总是安排较多的实验，教科书也用较多的图文表述实验。
人脑对事物的思索是没有阻碍的，可以上天入地，可以钻入原子内部；又可以立即登临100亿光年外的河外星云。而实验能力受到技术水平的限制，总是有限的。
所以设计一个实验往往比提出一个理论更困难，这就要求实验科学家有广博的知识、聪慧的头脑、很强的动手能力。科教书中常常把著名的实验和设计实验的学者载入史册，就是对设计者的崇敬和褒奖。
自由落体实验就是一个历史上著名的物理实验：
16世纪末，年轻的伽利略在比萨斜塔上同时释放了一重一轻的两个物体，这两个物体同时落地，从此砸碎了亚里士多德的重物体落地快的理论。
亚里士多德是当时前无古人的科学泰斗，人们对他崇拜备至，无人敢存疑心。然而当时就有这么个年仅26岁的伽利略，对亚的理论进行了反思，他首先进行了自由落体的脑力探索：
设想有一重一轻的两个铁球，把它们用短绳连起来。按亚的理论，重的落得快、轻的慢，则慢的拖着快的，它们的合速度会慢点。（结论1）
又：两个连起来形成一个比重球更加重的物体，按亚的理论，更重的物体会落得更快，所以它们的合速度会比一个重球更快一点。（结论2）
显然这结论1（慢）和结论2（快）是相互矛盾的，这说明亚的理论有问题。于是才有以上这流芳百世的实验，从中建立了新的理论，引领科学前进一程。这个故事一是强调逻辑思维的重要；二是强调科学的仲裁是事实而不是某具有权威的个人。
正确的理论能经受实践的考验，综合提高后还能作出一些预测，指导实践活动。如，元素周期理论，它在综合排列已有的元素之后，能预测某些尚未发现的元素，并能较准确地预言其原子量和某些主要的理化性质，在几年、十几年之后就得到有力的验证。
又如，火箭及空气动力学理论，能指导设计让火箭上天，把卫星送入准确的轨道，这样既能指导实践又经实践证实的理论亦属正确的理论。
在科技高度发展的今天，那种长期（几十年）得不到实践验证的理论，其正确性往往是值得怀疑的。
前不久,在电视节目《科技之光》中，一位研制新材料的专家谈到，现代新材料的研制，80%都是试出来的！这也就是说现代的材料理论基本上不能指导实践，即研制人员只能够凭经验，经多次试验加上撞大运，才能逐渐地研制出接近目标的新材料。
现有的物质结构理论裹着高深的外衣，貌似高雅，却回避了许多常见的现象，避讳着许多基本的问题。如本章开头所提及的那些“谜”和后来提及的诸多问题。
只有被实践证明，并能指导实践的理论才是正确的理论。那种虽然复杂却又不能指导实践的理论，往往就是伪科学！
现在，一些问题被小心地避讳着，如：电压是如何形成的？相变是怎样发生的？还有一些问题的解释往往是牵强附会、强词夺理。如：静电平衡理论。于是，这些司空见贯的自然现象就成了自然之谜。究竟是坦诚的自然在捉弄人们，还是现有理论背离了客观实在？
事实上广大科学工作者也感到现有理论的缺憾和不足，他们在微粒物理、表面物理、非晶态物理等领域对物质结构开展了更深入的研究，他们的实验结果用现有理论也是解释不通的。上述种种事实促使人们进一步研讨微观物质世界，以期建立新的广泛符合客观实在的物质结构理论。在本书的讨论中非常清醒地注意到事件的本源性，用大量的篇幅叙述新论点与实践之间的关系。
如今，纳米技术进展得如火如荼，为什么人类在已经有了原子、分子论，已经有了金属键、共价键等化学键理论之后100年，又来研究比原子大十几倍的纳米？为什么纳米现象那么神奇难以解释？这正说明了现有理论的局限、枯竭。这正是置疑现有理论、反思现行理论，在基础科学领域取得突破的时候，突破就是取而代之的创新。
青年朋友们从以上诸多问题中不难看出，这将是一个亟待开发、大有可为的新领域。尽管开拓新领域会充满艰辛，会有阻力重重，然而科学前进的步伐是任何人也阻挡不了的。欢迎朋友们和本书一起进入原子之间，追踪电子运动的踪迹，进行新的探索。
本书中有许多地方与我们所学的教科书不尽相同，笔者也不企望读者全盘地接受本书的观点，读者可以大胆怀疑，可以进行思辨、展开讨论、发表见解，从承受灌输的泥潭中跋涉出来，培养出比知识更为重要的科学精神。