19世纪末到20世纪初的物理学革命，引发了整个自然科学革命，形成了现代意义的科学和技术。现代科技的发展，不仅改变了人类的生产和生活方式，同时也使得辩证唯物主义自然观改变了形式，发展了内容。
第一节 现代科学技术的新发展
19世纪下半叶，经典物理学在各个自然科学领域得到了广泛应用，海王星的发现和电磁波预言的证实也显示了自身的预言力量，似乎“经典物理学大厦已经竣工完成”。但是，就在经典物理学家们庆贺大厦即将竣工的同时，大厦的底座和基础却出现了裂痕。19世纪末20世纪初物理学出现三大发现和“两朵乌云”，很快酿成了一场物理学革命，彻底地变革了科学家的自然图景。进入20世纪上中叶，系统科学和其他领域科学技术的迅猛发展，极大地推进了自然观的辩证发展。
一、19世纪末到20世纪初的物理学革命
1895年，德国物理学家伦琴研究阴极射线时意外发现了X射线。对X射线的研究促进了一连串发现。1896年，法国物理学家贝克勒耳意外发现放射性；1897年，英国物理学家汤姆逊证实了阴极射线即电子流；随后法国科学家居里夫妇发现放射性元素（钍、钋和镭）；英国物理学家卢瑟福证实了元素的嬗变，促使元素嬗变理论建立。这些发现深刻动摇了关于原子和元素不可分、不变、是物质组成最小单元的形而上学观念。
另外，英国物理学家凯尔文勋爵（Sir William Thomson，1824-1907）在新年贺词中把物理学的19世纪发展和20世纪的前景比喻为“物理学一片晴朗天空，只有两朵小小乌云”。这两朵乌云就是黑体辐射问题和以太问题。然而这两个问题不仅没有得到解决，而且变成了压城的滚滚黑云。在黑体辐射问题研究中，出现了紫外灾难，经典理论完全不能解释实验结果；而在对以太问题进行检验的迈克耳逊－莫雷在实验中得出了“零”结果，即证实根本不存在以太。
德国物理学家普朗克在着手解决“黑体”问题时，通过数学的内插法获得了一个与实验曲线非常吻合的公式，但是他却不能够在经典理论框架内领会他的发现的革命性意义。后来以他的名字命名的“普朗克常量”，刻画了经典物理学与现代物理学的界线。
物理学家洛伦茨在解决以太问题时，仍然固守经典物理学教条，他通过增加假设的方式所获得的相对性公式，与后来的年轻物理学家爱因斯坦革命性的相对论公式如出一辙，但实际它们有着本质的差异。
科学家进而发现，伽利略相对性原理仅适用于经典力学，却不适用于经典电磁学。至此，经典物理学体系内部矛盾重重，陷入全面彻底的危机。
二、相对论、量子力学和分子生物学
爱因斯坦在1905年创立了狭义相对论，全面地提出一种新的关于时间和空间关系、质量和能量关系、运动和物质关系的相对性理论，彻底批判了经典力学的绝对时空观，解决了经典理论中的相对性矛盾。1915年他又进一步创立了广义相对论。在相对论中，物质与空间、时间结成更为紧密的关系；物质与时空相互成为各自的基本属性。
在爱因斯坦创立相对论的同时，另一个物理学新理论也在酝酿之中。
1900年，德国物理学家普朗克提出能量子假说；1905年，爱因斯坦提出光量子假说；20世纪初，英国物理学家卢瑟福提出原子的有核模型——太阳系模型；1912-1913年，丹麦物理学家玻尔建立（经典）量子论原子模型；1923年，法国物理学家德·布洛意提出物质波假说。至此，这个新理论的准备工作已经完成。1925-1926年，德国物理学家薛定谔提出波动力学；海森堡提出量子力学的另一形式——矩阵力学。1927年这两者被证明是等价的。后来，这个新理论被命名为“量子力学”。
相对论和量子力学成为物理学的发展以及诸多科学发展的理论基础，这两个全新的理论，把人类对外部世界认识的视野扩展到了高速运动领域，深入到了微观世界。原来在宏观世界看到的物质属性一下子被更多的奇异性所补充和变革，宇观、宏观和微观世界不仅具有统一性，而且具有差异性。
1953年美国生物学家沃森、英国生物学家克里克和威尔金斯关于DNA双螺旋结构的发现，标志着分子生物学的诞生，它将生物学的实验研究水平推进到大分子层次，并在生物大分子层次上阐明了生物界结构和生命活动的高度一致性。分子生物学表明，所有生物都有着共同的遗传物质——核酸，而核酸也有共同的核苷酸链的分子结构和基本相同的遗传机制。其后，在此基础上发展起来的DNA重组技术、克隆技术，表明现代生命科学已发展到足以改造人类自身、改变人的自然本性的程度。分子生物学向人们呈现了一幅将人的力量也包含其中的更为现实的自然图景。
三、系统科学20世纪40年代开始到90年代，出现了以分析为特征的科学之外的新学科群，这类科学不是以往科学那种可以局限在某种具体对象领域的科学，其对象是抽象的系统及其内外的演化特征，这类科学可以统称为“系统科学和复杂性科学”。
最早出现的系统科学包括：贝塔朗菲于1935年提出的一般系统论；维纳于1948年创立的控制论；香农等人于1948年创立的信息论。
一般系统论提出了系统、元素、结构、功能、系统环境等最基本的系统概念，提出了系统的研究方法和原则；控制论研究了系统控制过程的方式、信息流向等重要问题和自动控制等实用问题；信息论研究通信系统和其他系统内外的信息产生、演化、存储和传递及其作用。
系统科学的出现，让人们看到了一种新的科学形态，它着眼于整体，侧重于事物中的联系和交互作用，注意系统内外的结构和功能关系，是整体论的新复活。当然，这类系统科学侧重点仍然是存在的、静态的、人造的系统。
20世纪六七十年代，前一轮系统科学的热潮刚刚过去，新的系统科学又以新的研究侧重点出现在科学界。新的系统科学包括：普利高津于1969年创立的耗散结构理论；哈肯于1969年创立的协同学；艾根于1979年创立的超循环论；法国数学家托姆于1972年创立的突变论等。
按照耗散结构理论创始人普利高津的观点，这类系统科学与前类系统科学的不同之处主要在于，它们研究的侧重点是系统的演化，而前类系统科学侧重点是系统的存在。我们据此把它们称为“自组织系统科学”。例如，耗散结构理论研究了系统从无序到有序的演化条件；协同学理论研究了系统组织化过程的动力；突变论理论研究了系统演化的途径；超循环理论研究了系统演化的超循环组织方式。这些新系统理论共同地从不同侧面勾画了系统从存在到演化的有序过程。这些系统科学理论又给辩证自然观的发展增添了新的思想和内容。关于演化发展的思想开始在科学家和科学界逐渐被认识，并且得到了越来越多的科学家的认同。
20世纪80年代以后，在系统科学领域，又提出了很多新的理论，主要包括混沌理论、分形理论、孤立子理论等。
系统科学的发展还与非线性科学交叉，在计算复杂性理论和复杂系统研究的催生下，产生了人工生命复杂系统、复杂自适应系统、元胞自动机、L系统、遗传算法、复杂网络、人工智能、脑科学上的复杂性科学研究，提出了诸多的各种复杂性概念。根据最新的研究成果，复杂性概念大体上可以分为三类：认知意义的复杂性概念，以计算和算法复杂性为代表；结构多样性复杂性概念，以多样性复杂性概念为代表；隐喻型复杂性概念，以复杂性思想的类比和应用为基本特征，如混沌边缘、模拟退火、适切景观、报酬递增，等等。这些概念，描述了世界的复杂性方面，表现了世界的复杂性演化特性和趋势。
第二节 存在的自然界
自然界可分为广义的自然界和狭义的自然界，广义的自然界指整个宇宙，即整个物质世界及其一切表现，社会也是广义自然界的一部分。
狭义的自然界指与人类社会相区别的物质世界。自然界的存在方式包括两个必须明确回答的问题：一是存在着的“是什么”，二是“如何存在”。
辩证唯物主义自然观以肯定自然界的物质性回答第一个问题，以关于自然界的系统方式和运动形式的理论回答第二个问题。
一、自然界的物质性
1）自然界物质的客观实在性
辩证唯物主义认为：世界是物质的，物质是自然界纷繁多样的事物和现象中存在着的统一的、普遍的本原。
自然界物质的根本特性是什么？在历史发展的不同时期，由于科学和哲学水平的不同，对这个问题的唯物主义理解也是不完全一样的。在古代，由于生产力水平非常低下，缺乏科学的根据作为基础，所以形成了朴素的物质观，把自然界的本原理解并归结为某种或某些具有感性形态的实体或基质。到了近代，在以数学和实验为手段的近代自然科学中发展起来的机械论的物质观则或是以微粒、或是以化学原子、或是以机械的以太作为自然界物质的基质或实体，并认为这些实体是不可入、不可分、不可变的。这两种物质观在历史上虽然都起过重要作用，但又都带有很大的历史局限性。特别是到了19世纪下半叶，机械论的物质观同自然科学的迅速发展越来越不适应。在这种情况下，在概括当时自然科学成就的基础上形成的辩证唯物主义自然观应运而生。
20世纪初，列宁在继承以往唯物主义传统的基础上，通过对19世纪、20世纪之交所发生的科学革命进行科学分析和总结，给出了辩证唯物主义物质概念的完整表述。他指出：“物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观实在是人通过感觉感知的，它不依赖于我们的感觉而存在，为我们的感觉所复写、摄影、反映。”在理解这一物质概念时，应注意以下几个方面。
①它揭示了物质的根本特性是客观实在性，指明了物质对于意识的根源性和意识对于物质的依赖性。这不仅是唯物主义对物质与意识关系的基本立场，也是人类认识自然界的基本前提。正如爱因斯坦所说：“相信有一个离开知觉主体而独立的外在世界是一切自然科学的基础。”
②它确认人的意识能够反映客观实在，指出了物质的可知性，同不可知论划清了界限。虽然在一定历史阶段人们的认识无论在深度还是在广度上都不能穷尽整个物质世界，尽管有些现象是人的感官不能直接感觉到的，但物质世界终归是可以被认识的，随着人类实践的发展，随着科学技术的进步，人们可以通过不断改进的观测方法和技术手段突破感官的局限，间接感知它们，还可以运用理性思维去把握事物的本质。人类对自然界的认识就是一个由不知到知，由知之甚少到知之越来越多的、不断进步的过程。
③这个物质概念作为最普遍的哲学范畴，撇开各种事物与现象质与量的具体差别，仅仅保留客观实在性这个一切事物与现象都具有的共同属性。这样，就克服了机械论物质观的局限性。任何物质形态，不管是我们业已发现的还是尚未发现的，都必然是客观存在的东西。客观实在性作为物质的唯一特性，不仅不会由于自然科学关于物质结构学说的不断变化而消失，而且还会在哲学与自然科学长期持续的发展中不断得到证实，并丰富其内容。
④学习辩证唯物主义的物质观不应满足于一般地确认自然界的物质性，而是要以此作为逻辑起点和出发点，科学地、系统地具体认识自然界物质形态的多样性和统一性，进而探讨自然界存在和演化的一切问题。
2）自然界物质形态的多样性与统一性
（1）自然界物质形态的多样性
自然界中具体的物质形态是千姿百态、无限多样的。从基本粒子到天体、从单细胞生物到人，都是不同的物质形态。我们可以通过各种分类方法对它们进行考察。
根据物质形态在某些基本特性方面的差异性和共性，可以把自然界中所有的物质形态归结为实物和场这两种基本的物质形态。所谓实物，是指以间断形式存在的物质形态；场则指以连续形式存在的物质形态，包括电磁场、介子场、引力场和中微子场等，是实物之间相互作用的一种物质形态。场与实物相比有许多不同的特点。例如，实物和实物粒子有静止质量，场和场量子则没有静止质量，只有运动质量；实物有一定的体积，有不可入性，几个实物只能并列、间断地存在，而场则可连续地弥漫于空间，几个场可以叠加，等等。尽管人们无法通过肉眼（包括借助显微镜、望远镜等手段）直接观察到场，但是各种场都有其可以被感知的实在性。如变化的磁场可以产生电场，变化的电场也可产生磁场，介子场与基本粒子间有相互作用，引力场能使光的传播方向发生弯曲等。
可见，场也具有不依赖于人的感觉而存在的客观实在性，也是一种基本的物质形态。
根据能否自我新陈代谢、能否遗传变异，可以把自然界中各种各样的物质形态划分为非生命世界和生命世界两大类。