一、在数学和自然科学方面来一个彻底的“脱毛”
恩格斯同马克思一起，是新的哲学体系——辩证唯物主义和历史唯物主义的创始人。为了确立辩证的同时又是唯物主义的自然观，需要具备数学和自然科学的知识。马克思是精通数学的。他为我们遗留下内容丰富的《数学手稿》。恩格斯一生更是孜孜不倦地学习和研究自然科学，涉猎自然科学的许多领域，对自然科学的最新成果进行了深刻的理论概括，发表了许多精辟的见解。
科学技术是伟大的革命力量。早在40年代中期，恩格斯就认识到，英国社会革命是科学和实践相结合的结果。从此，他密切关注自然科学的进展。但是，在40年代末的革命狂飙时期，从50年代开始长达20年“埃及幽囚”的经商生活，使他不可能对自然科学进行系统的研究。这个时期，他的研究是零星的、时断时续的和片断的。但他还是利用一切可能利用的时间，阅读和钻研大量自然科学专著。到了50年代末，他对当时自然科学的三大发现：能量守恒和转化规律、细胞学说、生物进化论已经有了丰富的知识。1858年7月14日，他在给马克思的信中，十分精辟地阐述了能量守恒和转化规律、细胞学说的发展过程和重大意义。达尔文的《物种起源》出版还不到20天，他就写信告诉马克思：“我现在正在读达尔文的著作，写得简直好极了。目的论过去有一个方面还没有被驳倒，而现在被驳倒了。此外，至今还从来没有过这样大规模的证明自然界的历史发展的尝试，而且还做得这样成功。”[1]
德国著名化学家李比希曾经说过：“化学正在取得异常迅速的成就，而希望赶上它的化学家们则处在不断脱毛的状态。不适于飞翔的旧羽毛从翅膀上脱落下来，而代之以新生的羽毛，这样飞起来就更有力更轻快。”在这里，“脱毛”反映了有作为的科学家们为更新知识、探索真理、攀登科学高峰而艰苦奋斗的过程。恩格斯十分赞赏这个生动而深刻的比喻。他把自己系统学习和研究数学和自然科学的过程也叫做“彻底的脱毛”过程。
恩格斯年轻时期就对自然科学发生浓厚的兴趣，但只有到了70年代初退出商界移居伦敦以后，才获得了系统研究自然科学的条件。从1873-1876年，他用大部分时间研究自然科学。1876-1878年，为了粉碎杜林的进攻，捍卫马克思主义理论，不得不中断自然科学研究工作。从1878年开始的研究，又在1883年马克思逝世后中断了。因此，他集中研究自然科学的时间，前后大约八年。在这期间，他以坚强的毅力、刻苦钻研的精神，广泛研究了物理学、化学、生物学、天文学、数学以及其他自然科学。
在物理学方面，恩格斯从经典力学开始，认真研读牛顿的《自然哲学的数学原理》。他也密切注意力学的最新进展，十分重视新出版的力学著作，如赫尔姆霍茨的《论力的守恒》、《通俗讲演录》等。他对当时热学、电学、磁学、电磁学等领域取得的显著成就十分喜悦，很有兴趣地研读了热力学创始人之一卡诺的著作，认为他的理论“为正确的见解开拓了道路”[2]。像马克思一样，他密切注意电学方面各种发现的发展情况，既看到电学已经取得的成就，又从当时理论上的困难正确地看出电学正面临着重大的突破。他说：“在电学的领域中，一个像道尔顿的发现那样能给整个科学创造一个中心并给研究工作打下巩固基础的发现，现在还有待于人们去探求。”[3]1882年，当法国工程师赛尔·德普勒在慕尼黑展出第一条实验性输电线路时，他很快就看出了这个发明的巨大革命意义，“生产力将因此得到极大的发展，以至于资产阶级对生产力的管理愈来愈不能胜任。”[4]
恩格斯对化学也十分重视。还在50年代，他就对这门研究物体由于量的构成的变化而发生质变的科学发生兴趣。在无机化学领域里，他研读过波义耳、拉瓦锡、道尔顿等人的理论著作，高度评价发现化学元素周期律的俄国科学家门捷列夫，认为这位科学大师“不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业，这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等地位”[5]。他对有机化学尤其重视，同当时著名的有机化学权威肖莱马有着多年的深厚友谊。在研究有机化学的时候，肖莱马无疑是他最好的顾问，他对肖莱马的重要学术著作《简明化学教程》、《化学教程大全》、《有机化学的产生和发展》十分熟悉。每当碰到有机化学方面的疑难问题时，他总是要“进一步问一问氯化马”[6]。德国化学家李比希的《化学在农业上的应用》、霍夫曼的《现代化学通论》等，也给恩格斯提供了丰富的化学知识。通过系统深入的研究，他不仅掌握了化学的基本知识，而且在一些重大理论问题上提出了独创的科学见解。例如，他关于“生命是蛋白体的存在方式”的著名论断以及只要把蛋白质的化学成分弄清楚，化学就能着手制造活的蛋白质的科学预言，已被现代生物化学的发展所证实。
生物学在19世纪有着重大的进展。细胞学说、生物进化论是这个时期自然科学的主要成就。恩格斯从50年代末期起，就对达尔文的生物进化学说进行深入的研究，同马克思经常交换研究的心得，深刻认识到这个理论作为“历史上的阶级斗争的自然科学根据”的重大意义。他还涉猎了生物学的许多分支，例如细胞学、植物学、动物学、人类学等，阅读了海克尔的《自然创造史》、微耳和的《细胞病理学》等生物学名著，广泛研究了德国奥肯关于细胞的原浆说和原胞说、法国古生物学家哈维的血液循环学说等等。正是在系统研究了从细胞学到人类学各个科学领域的专门知识的基础上，他对生物进化和人类起源作了十分精辟的概括：“也许经过了多少万年，才造成了可以进一步发展的条件，这种没有定形的蛋白质能够由于核和膜的形成而产生第一个细胞。但是，随着这第一个细胞的产生，整个有机界的形态形成的基础也产生了；正如我们可以根据对古生物学的记录所作的全部类推来假定，最初发展出来的是无数种无细胞的和有细胞的原生生物，在这些原生生物中只有加拿大假原生物传到了现在；在这些原生生物中，有一些渐次分化为最初的植物，另一些渐次分化为最初的动物。从最初的动物中，主要由于进一步的分化而发展出无数的纲、目、科、属、种的动物，最后发展出神经系统获得最充分发展的那种形态，即脊椎动物的形态，而最后在这些脊椎动物中，又发展出这样一种脊椎动物。在它身上自然界达到了自我意识，这就是人。”[7]这一段话，既科学地概括了生物进化和人类起源的过程，也深刻地驳斥了上帝创造人的神学说教，有着重要的理论和实践意义。
恩格斯对于数学、地质学、天文学、天体演化学等学科，也有精湛的研究。特别使我们感兴趣的是，他对于当时刚刚萌芽的生态学十分重视，发表了许多现在读起来体会更加深刻、意义十分重大的科学见解。例如他说：“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利，对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的结果，但是在第二步和第三步却有了完全不同的、出乎意料的影响，常常把第一个结果又取消了。”[8]他举例说，美索不达米亚等地的居民为了想得到耕地而砍光了森林，结果使这些地方成了荒芜不毛之地；阿尔卑斯山的意大利人砍光了山南坡的松林，结果摧毁了自己的高山畜牧业等等。他一再告诫人们，不应该做那些违背自然规律、破坏生态平衡、到头来不得不受到自然惩罚的蠢事，“我们必须时时记住：我们统治自然界，决不像征服者统治异民族一样，决不像站在自然界以外的人一样，——相反地，我们连同我们的肉、血和头脑都是属于自然界，存在于自然界的；我们对自然界的整个统治，是在于我们比其他一切动物强，能够认识和正确运用自然规律。”[9]
经历了多年的彻底脱毛，恩格斯掌握了十分渊博的自然科学知识。在这个基础上逐渐形成一部伟大著作的轮廓。
二、一部论述自然科学辩证思想的伟大著作
1873年5月30日，恩格斯从伦敦写信告诉正在曼彻斯特这个“自然科学的中心”访问的马克思：“今天早晨躺在床上，我脑子里出现了下面这些关于自然科学的辩证思想。”[10]接着他详细叙述这些思想的内容，实际上提出了写作一部宏大著作的轮廓。他的想法使马克思非常高兴，并得到著名化学家肖莱马的赞赏。此后不久，他开始撰写一部后来以《自然辩证法》闻名于世的著作。
促使恩格斯撰写《自然辩证法》的原因，是为了反击资产阶级在思想理论战线上的进攻，捍卫和发展马克思主义哲学理论。巴黎公社失败后，各国资产阶级不仅在政治上对工人阶级采取镇压措施，而且在思想理论方面歪曲自然科学的最新成果，宣扬一系列反科学的谬论。如在生物学领域，德国生物学家毕希纳于1872年出版了《人类过去、现在和将来在自然界中的地位》，公开宣扬庸俗唯物主义和社会达尔文主义，认为生存竞争是生物界和人类社会的共同规律，妄图根据生存斗争来非难社会主义和经济学。在数学、物理学、生物学等领域，也都出现了各种各样对抗马克思主义辩证唯物主义的反科学的资产阶级思想流派。同时，绝大多数自然科学家还受到形而上学和传统观念的束缚，对自然科学的迅速发展所揭示出的自然界的辩证性质迷惑不解，思想上陷于极度的混乱，有些科学家甚至相信降神术和唯灵论。这种情况，严重影响自然科学的进一步发展，妨碍许多科学领域正在酝酿的重大突破。还应该看到，第一国际停止活动后，欧洲各国进入建立独立工人政党、准备力量迎接新的革命高潮的时期，迫切需要用马克思主义理论武装工人阶级。上述情况，要求马克思主义创始人对自然科学的最新成就进行理论概括，反击资产阶级在思想理论战线的进攻，克服自然科学中思想混乱的局面，引导自然科学家在探索真理的道路上继续前进，并且用辩证的同时又是唯物主义的自然观教育广大工人阶级，提高工人队伍的理论水平。恩格斯就是为了完成这些重大任务而写作《自然辩证法》的。
虽然恩格斯在1873年已经描绘了《自然辩证法》的轮廓，但是那时许多问题还未进一步思考。此后他全力以赴地大量阅读各种科学著作，收集有关材料。到了1876年，才完成这部著作整个体系的构思。他在这年5月28日从海滨疗养地兰兹格特给马克思的信中写到：“在自然科学方面，我感到我对于这个领域非常熟悉，我能在这方面进行活动，虽然要十分小心，但毕竟有相当的自由和把握。”[11]他说，《自然辩证法》一书的清晰轮廓已经在自己头脑中形成，许多细节已经作了推敲，有些问题已经研究成熟，有些问题需要进一步思考。从1873-1876年和1878-1883年，他大致写成10篇较完整的论文，170多个札记和片断。后来由于马克思逝世后需要整理《资本论》2、3卷和处理其他紧迫工作，没有时间再来研究这个问题，因此这部著作未能最终完成。他在逝世前不久，把全部材料分为四类：（一）《辩证法和自然科学》；（二）《自然研究和辩证法》；（三）《自然辩证法》；（四）《数学和自然科学。不同的东西》。看来，他是十分渴望把这部著作整理完成的，可惜已经没有时间。
《自然辩证法》一书是在恩格斯逝世30年后，于1925年第一次公之于世的。这部未完成的手稿内容十分丰富，论述极其精辟，许多光辉思想和科学预见对自然科学的发展有着重大的意义。该书全面论述的辩证唯物主义自然观，是哲学领域继确立辩证唯物主义历史观之后的重大成就。