Непосредственно приступив к написанию первого варианта будущего «Капитала», Маркс в ходе этой работы пришел к тому выводу, что ему необходимо специально заняться математикой. С 1858 г. начинаются его занятия алгеброй, затем аналитической геометрией, дифференциальным и интегральным исчислением. Впоследствии эти занятия приобретают самостоятельное значение. В это же время Энгельс начинает изучать физику и физиологию с целью использовать достижения этих наук, в частности клеточную теорию и учение о превращении энергии, для дальнейшего развития диалектики. Мощным стимулом в изучении Марксом и Энгельсом естествознания послужило появление в конце 1859 г. основного труда Дарвина. Энгельс прочитал книгу Дарвина в первые же дни после ее появления. Маркс, читая ее в конце 1860 г., в письме Энгельсу дал классическое определение того значения, которое имело для марксизма великое открытие Дарвина: «Эта книга дает естественно-историческую основу нашим взглядам» (К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., 1 изд., т. XXII, стр. 551). В последующие годы круг естественнонаучных интересов Маркса и Энгельса значительно расширяется. Они изучают биологию, анатомию, физиологию, астрономию, физику, химию и другие науки.

Важнейший этап в естественнонаучных занятиях Маркса и Энгельса начался в 1873 г. и продолжался до смерти Маркса в 1883 году. В этот период Маркс и Энгельс, продолжая расширять и углублять свои естественнонаучные исследования, приступают к созданию самостоятельных работ. Маркс создает важнейшую часть своих математических рукописей, в которой он поставил своей задачей дать диалектическое обоснование дифференциального исчисления. Но решающая роль в естественнонаучной области принадлежит в этот период работам Энгельса — его «Диалектике природы».

После смерти Маркса Энгельс уже не имел возможности заниматься естествознанием систематически. Однако в ряде своих работ этого последнего периода он использовал как результаты своих прежних исследований, так и новые данные естествознания.

Таким образом, в то время, когда Энгельс в 1878 г., разделавшись с Дюрингом, приступал к написанию глав «Диалектики природы», он мог уже опираться на многолетний опыт изучения всего комплекса естественных наук.

Задача, которую Энгельс ставил перед собой при работе над «Диалектикой природы», сформулирована в предисловии к второму изданию «Анти-Дюринга»: «Дело шло о том, чтобы и на частностях убедиться в той истине, которая в общем не вызывала у меня никаких сомнений, а именно, что в природе сквозь хаос бесчисленных изменений прокладывают себе путь те же диалектические законы движения, которые и в истории господствуют над кажущейся случайностью событий», «для меня дело могло идти не о том, чтобы внести диалектические законы в природу извне, а о том, чтобы отыскать их в ней и вывести их из нее» (см. настоящий том, стр. 11, 12). Таким образом, задача состояла в том, чтобы вскрыть объективную диалектику в природе, а тем самым обосновать необходимость сознательной материалистической диалектики в естествознании, изгнать из него идеализм, метафизику и агностицизм, а также и вульгарный материализм, дать диалектико-материалистическое обобщение важнейших результатов развития естествознания и тем самым обосновать всеобщность основных законов материалистической диалектики.

Для этой цели Энгельс мобилизовал огромный фактический материал. Он использовал в общей сложности около ста трудов крупнейших естествоиспытателей, в том числе: по математике — книгу Ш. Боссю, по астрономии — И. Г. Медлера и А. Секки, по физике — Р. Майера, Г. Гельмгольца, У. Р. Грова, У. Томсона, Р. Клаузиуса, К. Максвелла, Г. Видемана и Т. Томсона, по химии — А. Наумана, Г. Э. Роско и К. Шорлеммера, по биологии — Ч. Дарвина, Э. Геккеля, Г. А. Николсона; журнал «Nature» («Природа»). К сожалению, в силу целого ряда обстоятельств, Энгельс не смог использовать такие менее известные тогда, но исторически не менее важные исследования, как труды

Ломоносова, Лобачевского, Римана, Бутлерова, работы Максвелла по теории электромагнитного поля.

Несмотря на то, что «Диалектика природы» осталась незаконченной и отдельные составные части ее имеют характер предварительных набросков и отрывочных заметок, это произведение представляет собой связное целое, объединенное общими основными идеями и единым стройным планом.

В «Диалектике природы» Энгельс на обширном материале истории естествознания, особенно — периода от эпохи Возрождения до середины XIX века, показал, что развитие естествознания обусловлено в конечном счете потребностями практики, производства. Впервые в истории марксизма Энгельс всесторонне исследовал здесь вопрос о взаимоотношении философии и естествознания, выявил их неразрывную связь и доказал, что «в естествознании, благодаря его собственному развитию, метафизическая концепция стала невозможной», что «возврат к диалектике совершается бессознательно, поэтому противоречиво и медленно», что диалектика, освобожденная от гегелевского мистицизма, «становится абсолютной необходимостью для естествознания» (там же, стр. 343, 520), и поставил перед естественниками задачу сознательно овладеть диалектическим методом.

Энгельс развивает основные положения диалектического материализма о материи и движении, пространстве и времени; конкретизирует определение диалектики, формулирует три основных закона диалектики и показывает, что «диалектические законы являются действительными законами развития природы и, значит, имеют силу также и для теоретического естествознания» (там же, стр. 385).

Стержневой идеей «Диалектики природы» является классификация форм движения материи и соответственно этому классификация наук, изучающих эти формы движения. Низшая форма движения — это простое перемещение, высшая — мышление. Основные формы, изучаемые естественными науками: механическое, физическое, химическое и биологическое движение. Каждая низшая форма движения переходит посредством диалектического скачка в высшую форму. Каждая высшая форма движения содержит в себе как подчиненный момент низшую форму, но не сводится к ней. На основе этого учения о формах движения материи Энгельс строит диалектико-материалистическую классификацию естественных наук, где каждая из наук «анализирует отдельную форму движения или ряд связанных между собой и переходящих друг в друга форм движения» (там же, стр. 564).

Опираясь на эту стержневую идею, Энгельс последовательно рассматривает диалектическое содержание математики, механики, физики, химии, биологии. При этом в математике он выделяет проблему кажущейся априорности математических абстракций, в астрономии — проблему происхождения и развития солнечной системы, в физике — учение о превращении энергии, в химии — проблему атомистики, в биологии — проблему происхождения и сущности жизни, клеточную теорию, дарвинизм. Переход от естествознания к истории общества образует разработанная здесь Энгельсом трудовая теория происхождения человека.

Рассматривая все эти проблемы, Энгельс не ограничивается простой констатацией того или иного естественнонаучного открытия, но, применяя диалектико-материалистический метод, по-новому интерпретирует важнейшие достижения естествознания. Так, например, говоря о значении открытия Р. Майера и других ученых, установивших закон сохранения энергии, Энгельс подчеркивает, что специфически новым в этом открытии была именно формулировка абсолютного закона природы: любая форма движения способна и вынуждена превращаться в любую другую форму движения. Энгельс обогащает понимание закона сохранения энергии, выдвигая положение о том, что энергия неуничтожима не только в количественном, но и в качественном отношении, что в бесконечной вселенной ни одна из форм движения, превращаясь в другие формы движения, не может совершенно исчезнуть как таковая. Или, говоря о всемирно-историческом значении открытия Дарвина, Энгельс вместе с тем указывает, что Дарвин отвлекался от причин изменения организмов, подвергает критике одностороннее представление, абсолютизирующее «борьбу за существование», подчеркивает роль среды в развитии организмов и роль обмена веществ как их определяющей функции.