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這些成就給了科學家即哲學家以自信和信心，使他們堅信自己是一個新時代的先驅。早在1530年，法國國王的醫生瓊·費尼爾就寫道：

但是，倘使我們的長者及其前輩如他們的先人一樣只是沿著同樣的道路前進，將會怎樣呢？…不，正相反，在哲學家看來，轉移到新的道路和體系上，不讓貶低者的聲音、古代文化的影響和掌權者的成熟嚇住那些要宣布自己觀點的人，是很有益的。那樣，每個時代就會產生其自己的大量的新的創造者和新的藝術。在長達12個世紀的神魂顛倒以后，我們這一時代看到藝術和科學光榮地重新興起。現在，藝術和科學的輝煌比得上古代，或者說超過了古代。當今時代在任何方面都無需鄙視自己，無需思暮古人的知識。……如今，我們對代正在做古人夢想不到的事。…由于我們的航海者的杰出才能，大洋已被越過，一些新的島嶼已被求現。印度遙遠的隱密地方已展現出來了。我們的祖先所不知道的西方的大陸，即所謂的美洲，在很大程度上已開始為人們所了解。在所有這一切中，在有關天文學方面，帕拉圖、亞里士多德和舊哲學家曾取得進步，托勒密曾進而作出更大量的貢獻。然而，他們中間若有誰今日返回人間，就會發現，地理學改變了過去的認識。我們時代的航海者給了我們一個新的世界。

一個世紀后，這種自信已增長到憑直覺興奮地期待取得人類的未來成就的程度。1661年，約瑟夫·格蘭德著文先提到"那些杰出的英雄人物"——笛卡爾、伽利略、哈維及其他人，然后開始頗有先見之明地贊美他們正在創造的新世界：

要是那些英雄人物如他們愉快地開始工作時那樣繼續工作下去，他們會用奇跡填滿這個世界。因此，我并不懷疑后代將發現眼下僅僅是傳說的許多東西在實際現實中得到了證實。也許若干時代以后，前往南部未探明的地帶的航行，甚至可能是飛往月球的航空，并不比前往美洲的航海更不可思議。對于跟在我們后面的人們來說，買一對翅膀飛入最遙遠的地區，也許同現在買一雙長統靴去騎馬旅行一樣平凡。通過合意的運輸工具與東印度群島那樣遙遠的地方進行協商，對后世來說，就象用書面通信交換意見對我們來說那樣平常。將現在比較荒蕪的世界改變為天堂，從新近的農學來看，或許是可期待的。

1662年，英國有理二世頒發特許狀，成立"促進自然知識的倫敦皇家學會"。皇家學會的成員們已意識到在技師與科學家之間進行合作的好處，鼓勵并協調全國各專業的成果，以搜集可能促進科學知識的各種資料。"所有地區都忙于并熱心于這項工作：我們發現每天交給[學會]的許多極好的奇物珍品不僅出自博學的、專門的哲學家之手，而且來源于技工的工場、商人的航海、農民的耕地以及紳士的種種運動、養魚塘、獵園和花園。……"

最初，科學從礦山和工場得到的東西比礦山和工場從科學得到的東西多得多。在這早期階段，科學并不是經濟生活的組成部分，對科學的利用是少量、偶而的。甚至在18世紀后期和19世紀初葉工業革命的早期階段也是如此。但是，到19世紀末，形勢起了根本的變化。科學不再處于附屬的、咨詢的地位：它已開始改造舊工業，甚至創造完全新的工業。

二、17世紀的新宇宙

近代科學最主要的進步發生在與地理學和航海術有密切聯系的天文學領域，是可理解的。由于15世紀的意大利在經濟和文化上是歐洲最先進的國家，意大利是這一進步的發生地，也是可理解的。因而，我們發現，以拉丁化名字哥白尼聞名于世的偉大的米科技·科泊尼克（1473一1543年）離開自己的祖國波蘭前往博洛尼亞上大學。經過6年的學習之后，他回到波蘭，在教會開始了一種積極的生涯。但是，他還繼續分析研究他在意大利時便已從事的天文學方面的問題，特別是因為當時對設計一種更精確的歷法人們普遍感興趣。他采納某些古代哲學家認為太陽而非地球是宇宙的中心的觀念，然后論證這種觀念為天體運動提供了一種比傳統的托勒密體系更簡單的解釋。

最遠的是恒星大球，包羅一切，本身是不動的。它是其他天體的位置和運動必須的參考背景。有人認為，它也有某種運動；但是，我們將從地球運動出發對這種視變化作另外的解釋。在行星中土星的位置最遠，30年轉一周；其次是木星，12年轉一周；然后是火星，兩年轉一周。第四是一年轉一周的地球和同它在一起的月亮。金星居第五，9個月轉一周；第六為水星，8o天轉一周。中央就是太陽。在這華美的殿堂里，為了能同時照亮一切，我們還能把這個發光體放到更好的位置上嗎？太陽被稱為宇宙之燈，宇宙之心，宇宙的主宰。于是，太陽好象是坐在王位上統率著圍繞它轉的行星家族。……因此，我們發現，這種順序顯出宇宙具有令人贊嘆的對稱性和軌道的運動與大小的和諧，而這是其他方法辦不到的。

1530年，哥白尼印發了其著作的簡短提要；1543年即他去世那年，《天體運行論》全書出版。雖然哥白尼是有名的數學家和天文學家，但他的假說最初卻受到蔑視。當地陳述地球每日繞著地軸轉動、每年圍繞太陽運轉時，他是在發表左道邪說，因為按照基督教《圣經》，約書亞已使太陽靜立在天空中不動。此外，他的假說與常識不一致。如果地球在旋轉，它的運動不就會產生強大的風嗎？向上拋的物體不就會落后于旋轉中的地球的表面嗎？哥白尼的新天文學使新物理學成為必需。這一需要由富有的佛羅倫薩人伽利略（1564－1642年）予以滿足。

伽利略的方法是嚴格地以經驗為根據的。他以實驗上的、可證實的事實反對亞里土多德和經院哲學家的傳統多言。他起初是個物理學家，關心的是找到地面上運動的規律，以解決軍事工程和土木工程方面的問題。他還進一步做了力學方面的實驗；在實驗中，他發明了測定微小的時間間隔的更精確的方法，找到了估算空氣阻力、摩擦力和存在于自然界的其他阻力的手段，并設想出用抽象的數學術語表達的純粹或絕對的運動、力量和速度。

當時，伽利略在天文學方面的成果影響更大，只是并非同樣地根本和具有獨創性。他利用了在荷蘭作為制造眼鏡的副產品而剛被發明的望遠鏡。據傳說，約1600年前后，荷蘭船上的一個孩子最先通過兩個鏡片觀看窗外，發現外面的事物似乎被放大了。無論如何，已成為哥白尼的忠實信徒的伽利略熱情地利用這新儀器察看天空中的實際情形。即使在這些有著驚人的科學發現的日子里，人們也能意識到伽利略的戲劇性的言行，因為他發現了一個全新的世界，并正確評價了他所觀察到的東西的意義：

將引起最大的驚訝之處、實際上也是特別促使我提請所有天文學家和哲學家予以注意之處，在于這一點，即我已發現了四顆行星，它們是在我之前的任何一位天文學家所未曾了解和觀察到的。……　借助于望遠鏡，任何人都可多少觀察到這一點；它如此清楚地出現在感官前，以致古往今來煩擾哲學家們的所有爭辯立刻為我們眼睛看到的無可辯駁的證據所破除，從而，使我們擺脫了有關這一科目的羅嗦的爭論，因為銀河系只不過是一團成串地聚集在一起的數不清的星體。如果有誰把望遠鏡直接對準銀河系的任何部分，眼前就會出現一大群星體；其中許多星體還算大，而且極其明亮，但是，小星體的數目完全無法確定。

伽利略對木星有若干衛星、衛星象月亮圍繞地球那樣繞著木星轉這一發現印象尤其深。所有這一切證據都使他確信哥白尼理論的正確性。它表明天體也許具有和地球一樣的實質，是一團團在空間轉動的物質。地球和天空之間的傳統區分開始引起懷疑。這對哲學和神學是一次粉碎性的、令人吃驚的打擊。伽利略被宗教法庭判罪，并被迫假裝認錯。但是，他的發現對富有思想的人們的影響是不可抵擋的。詩人們一再把他比作哥倫布和其他發現者。

屈服吧，韋斯魯奇，讓哥倫市也屈服吧。

誠然，他們各自都掌握了通過未知的大海的航路。……

但是，只有你，伽利略，給了人類以一連串的星體，

天上的新的星座。

約翰·多恩表述了新天文學的這種使人不安、擾亂人心的影響，他寫道，"一切都破碎了，一切都失調了。"不過，這一時期中，知識界有兩位領袖并沒因這種表面上的混亂而心煩意亂。他們是思想謹嚴的笛卡爾（1596－1650年）和弗朗西斯·培根；他們指出了科學的潛力，并在上流社會中把科學提高到可與文學相比的地位。他們實質上是預言家和宣傳員——他們已看到了這門新學科的前景，把教導世人作為自己的職責。

笛卡爾和培根看問題的方式完全不同。笛卡爾是偉大的數學家，是解析幾何的發明者。在某種意義上，可以說，他把從希臘人那里得到的幾何學與從穆斯林那里學來的代數學統一起來。從此以后，有可能用代數方法解釋幾何學，發展起種種新的數學。笛卡爾深深地被數學方法的前景吸引住了，以致把數學方法作為其整個哲學的基礎。他堅決認為，唯一正確的認識方法是依靠數學上的推理和抽象。在他看來，實驗僅僅是演繹推理的輔助手段。他相信，通過清晰的思考，能發現理性上可認識的任何事物。

到這一世紀末，笛卡爾的弟子已大量增加，不計其數。用一位歷史學家的話來說："各大學都信奉笛卡爾哲學，侯爵、科學業余愛好者、柯爾貝爾和國王是笛卡爾哲學的信徒。法國將動詞'使成為笛卡爾主義者'變位，歐洲熱烈地仿效。"這種普及的意義在于，理性的探究和判斷被擴展到各領域。所有的傳統和權威都必須接受理性的檢查。

相反，培根使用歸納法；歸納法是從事實開始的，然后進行到普遍性的原理。為了獲知根本的原因，培根說，我們必須研究關于各種現象的博物學，搜集有關各種現象的一切觀察資料，將它們列成表，注意哪些現象是以彼此不同的方式相聯系的，然后，僅僅通過機械的排除方法，發現某已知現象的原因。作為對中世紀經院方法的一種補救，培根的成果在思想史上具有最大的價值。不過，應該注意到，科學的發現很少甚至從未用純粹的培根方法作出過。任何問題都存在著極多的現象，若不借助于靠科學的想象力設想出來的假設，就無法予以成功的研究。搜集事實是為了證明或駁斥從假設中演繹出來的推論，因而，有待檢查的事實的數目是易駕馭的。

培根在強調科學的功利主義的價值方面也是非常出色的：

科學的真正的、合法的目標只在于這一點，即人類生活因新的發現和力量而豐富。…城市創立者、法律制定者、人民的神父、暴君的根除者和某階級中的英雄人物所造成的有益影響僅僅擴展到一些范圍狹小的空間，僅僅持續短暫的時期，而發明者的成果雖是一種不太壯觀和炫耀的東西，卻是到處都被感覺到且永遠存留下去。

為了從科學取得最大的好處，培根極力主張創辦促進科學研究的學會。早在1560年，那不勒斯就已建立自然分泌學院。1603年，羅馬成立林琴科學院21661年，佛羅倫薩成立科學分析學院。與此同時，在英國，一個以往以"哲學院"或"無形學院"的名義偶爾舉行會晤的科學團體于1662年被改組成皇家學會。在法國，一個相應的科學院于1666年由路易十四創立；在其他國家，一些相似的學會也相繼成立。這些機構促進了科學的發展，尤其是從它們大多很快就發行定期刊物以取代個人之間通信這種較陳舊的方法以后。

科學早期階段最杰出的人物是牛頓（1642-1727年），他誕生于伽利略去世的那一年。由于出身于英國的世代農家，牛頓克服種種困難才讀完劍橋大學；他就讀劍橋時，擅長數學。在漫長、忙碌的一生中，他擔任過劍橋數學教授、造幣廠廠長和皇家學會會長。牛頓的貢獻表明他是科學上最偉大的人物，可與歐幾里得和愛因斯坦媲美。

在數學上，牛頓創立了微積分學，制定了二項式定理，發展了關于方程式的大部分理論，引進了字母標志。在數學物理學方面，他推導出可借以預測月亮在諸星體中的未來方位的數表——這對航海來說，是最有價值的一個成就。他創立了流體動力學，其中包括波動傳播理論，他還對流體靜力學作了許多改進。在光學上，他在了解光束、光的折射及色彩現象方面作出了重要貢獻。但是，正是在物理學領域，牛頓進行了最有意義的研究。在這方面，他以伽利略的研究為基礎，將后者的成果發展到輝煌的頂點。伽利略主要關心的是地球的運動，牛頓則發現了有關宇宙本身的定律。

伽利略發現，運動中的物體若無一定的外力使它轉向，便作勻速直線運動；這一發現要求人們必須能解釋：為什么行星不以直線飛離，而趨于落向太陽，結果形成其橢圓形的運行軌道；為什么月亮同樣地趨于落向地球。牛頓的一個朋友敘述了這位偉大的科學家是如何在觀察果園里的蘋果從果樹上掉下來時，受到解決這一難題的暗示的：

午飯后，天氣暖和，我們走進果園，在一些蘋果樹的樹蔭下喝茶，只有他和我兩人。在閑談中，他告訴我，以前，他就是在這同樣的情況下，想到萬有引力的概念。那是由一只蘋果的下落引起的；蘋果落下時，他正坐在一旁沉思。他心里想，蘋果怎么總是筆直地落到地上呢？蘋果怎么不落向旁邊或往上升，而始終不變地落向地中心呢？無疑，原因在于地球吸引著蘋果。物質必定具有一種吸引力：吸引力的極點必定在地球中心，而不在地球的任何一邊。因此，蘋果垂直地下落，即落向地中心。如果物質如此吸引物質，吸引力必定與物質的分量成正比。所以，不但地球吸引著蘋果，而且蘋果也吸引著地球。真沒想到會存在著一種象我們這里所稱的引力那樣的力量，它將自己擴展到宇宙中。

牛頓將這一思想發展成方有引力定律；他在其名著《自然哲學的數學原理》（1687年）——按照其拉丁語的書名，通常稱為《原理》——一書中，用大量數據論證了這一定律。根據這一定律，"宇宙中物質的每個粒子都對其他每個粒子有引力；引力與兩個粒子之間距離的平方成反比，與它們質量的乘積成正比。"

以上是撕開天空的面紗的一個轟動一時的、革命性的解釋。牛頓已發現了一個數學上能證實的根本的宇宙定律；這定律可適用于整個宇宙，也可適用于最微小的物體。實際上，自然界好象是一個巨大的機械裝置，按照通過觀察、實驗、測量和計算可予以確定的某些自然法則進行運轉。人類的各門知識似乎可縮減為有理性的人所能發現的少數簡單的、始終如一的定律。因而，牛頓的物理學的分析方法現今開始不僅被應用于物質世界，而且被應用于思想和知識的整個領域及人類社會。正如伏爾泰所說的，"整個自然界、所有行星竟會服以永恒的法則，而有一種身高5呎的小動物竟能不顧這些法則、完全按照自己的怪想隨心所欲地行動，這是非常奇異的。"尋找決定人類事務的這些永恒法則，是法國革命之前的所謂啟蒙運動的實質。

三、18世紀初期的平靜

18世紀初葉，人們主要關心的是制定構成啟蒙運動的社會理論、政治理論和經濟理論，沒有作出任何可與17世紀時相媲美的科學發現僅是，由于應用以實驗為基礎進行研究的新方法，科學的某些領域獲得了顯著成果。

例如，在進行了研究靜電的實驗之后，1746年，萊頓大學的兩名教授發明了儲存和急速釋放電能用的所謂的萊頓瓶。本杰明·富蘭克林意識到在萊頓瓶發電產生的火花與天空中的閃電之間有相似之處，就用風箏試驗加以證明。富蘭克林以其典型的實踐方式于1753年研制出預防雷擊的避雷針；雷擊在美洲特別多，曾使人們付出很高代價。他還進一步發展起最早的、全面的電學理論，這理論至今仍被運用于實際的電路學中。

18世紀初葉，人們對自然界即當時所稱的博物學也有著極大的興趣。自然界幾乎被視作神，視作能永遠加以研究、能永遠給予合乎道德的真實指導的極其重要的東西。博物學熱的明顯證據見于博物學陳列品，這些陳列品是所有花費得起時間和金錢的人收集來的。他們勤奮地搜集礦物、昆蟲、化石及其他物品，并將它們編目。一些海外國家也以其奇特的標本促進了人們在這一方面的興趣。有些人的收藏品達到巨大的規模，如富裕的漢斯·斯隆爵士（1660-1753年）的收藏品就是一例，它們構成不列顛博物館的核心。

這種搜集和編目使人們能對系統的植物學和動物學作更為根本的闡述。這些領域的一個先驅者是約翰·雷（1627-1705年），他是《植物史》、《昆蟲史》以及關于動物、鳥類、爬行動物和魚類的一些《概要》的著者。例如，關于植物，雷為了按照它們真正的、自然的親緣關系將它們分類，利用了它們的一切特征——果實、花、葉子，等等。雷在其全部工作中排斥魔術、巫術和對各種現象的所有迷信的解釋，緊抓住通過觀察揭示出來的自然原因。在《從創世的工作中看上帝的智慧》一書中，雷拋棄了從奧古斯丁到路德這一時期中不斷重現的一種觀點；這種觀點認為，自然界雖然對宗教沒有敵意，但與宗教是不相干的，自然界的美麗是一種誘惑，對自然界的研究是浪費時間。雷寫道，"沒有一種工作比細心觀察自然界的美妙作品、尊重上帝無限的智慧和仁慈更有價值、更令人愉快。"

在系統的植物學方面，繼雷之后的是瑞典教授林奈（卡爾·馮·林奈，1707-1778年），他制訂了將植物分類的最早的、令人滿意的方法，他還將動物劃分成哺乳動物、烏、魚和昆蟲幾大綱。在林宗以后，開始有可能系統地研究植物和動物，發展起比較種種構造和功能的方法。若無這種初步的澄清工作，生物學的進一步發展原是不可能的。

博物學方面的另一杰出人物是法國貴族布豐（1707-1788年）。1739年，他擔任皇家花園即現在的植物園的管理人，他把它改變成一個巨大的研究院，法國許多著名科學家曾在那里受到鼓舞和培養。他還寫成36卷的巨著《自然史》，他試圖把有關各門自然科學的所有可得到的知識都編到這部巨著中去。布豐拒絕接受認為地球有大約5，000年的歷史的古老觀點，認為地球最初是一團熔化的物質，漸漸冷卻下來，結出一層地殼，上面最后出現了各種動植物。他估計這過程約花了10萬年左右；雖然這一估計數比現代科學確定的30至50億年要低得多，但至少市豐已開始走上正確的軌道。這位法國博物學家不能不注意到人類與低級動物在動物學方面的驚人的相似之處。他曾大膽提出這樣一種見解：如果不是因為基督教《圣經》上已作了明確聲明，人們也許會有興趣去尋找馬和驢、猴子和人類的共同起源。不過，這一見解他后來又收回了。

大約這時，地理學方面也正在取得巨大進展。地球開始得到系統的勘察和研究。1672年，法國政府派遣讓·里奇到法屬圭亞那"作于航海有用的天文觀測"。1698年，英國海軍部委派威廉·丹皮爾去"新荷蘭"即澳大利亞探險。丹皮爾不僅對自然地理和動植物作了精確的觀察記錄，而且還增加了原有的水文學、氣象學和地磁學方面的知識。探險的興趣穩步增長；經皇家學會的提議，詹姆斯·庫克于1768年奉命到南太平洋的塔希提島觀察金星凌日的情況。庫克的以后幾次旨在找到一個南極大陸的航海沒有達到目的，但是，這幾次航海不僅提供了有關澳大利亞海岸、新西蘭海岸和太平洋海岸的新知識，而且還給予了其他具有科學價值的情報。也許要特別提到的是，庫克船長在其首次航海中，有三分之一以上的手下人死于疾病，主要是壞血病。到他進行以后幾次航海時，醫學知識已進步，因此，海員的飲食中增加了柑桔屬水果，結束了令人畏懼的壞血病。

四、化學革命，1770-1850年

在18世紀的最后25年中開始進行的工業革命對英國和歐洲的經濟、最終對世界的經濟，已發生了深遠的影響。工業革命還影響了科學革命，并轉而受到科學革命的影響。不過，應該強調的是，在整個18世紀和19世紀的大部分時間中，這種影響幾乎只是朝著一個方向——從工業到科學的方向進行。紡織工業的許多發明是由未受教育的技工作出的；由于有利的經濟環境，他們找到了發揮自己的天賦才能的機會。在這些早期的年代里，科學以從屬的身份為工業服務。例如，當布匹的增大了的生產超過天然的植物染料的有效供應時，科學便被要求提供人造代用品。同樣，當從家庭釀酒到大規模釀酒的轉變導致災難性的失敗時，科學又被要求去找出原因和解決辦法。對科學的這一類要求大大地有助于科學的發展。以下這一事實可證明工業和科學間的親密關系：18世紀后期和19世紀初葉的大部分科學進步不是象在17世紀那樣來自牛津、劍橋和倫敦，而是來自利茲、格拉斯哥、愛丁堡、曼徹斯特、尤其是伯明翰。

蒸汽機的情況是一個重要的例外。1769年，詹姆斯·瓦特采用了一個始終保持低溫的單獨冷凝器，以后不久，又用曲軸將蒸汽機的往復運動變為旋轉運動，這樣，他利用技術獨創性和科學知識的結合，將蒸汽機的效率提高到一個適當的水平。如果不是可得到蒸汽機的相對無限的動力，工業革命完全有可能在僅僅增加紡織品生產的速度后便漸漸消失，就象發生在中國那樣；在中國，早幾個世紀時曾取得類似的技術進步。

19世紀前半世紀中取得進步最多的一門科學是化學，這在一定程度上是因為化學與組織工業有密切聯系，紡織工業在那數十年間經歷了非常迅速的發展。化學可追溯到人類文明的最早階段，追溯到出現烹調技藝和金屬加工技術、出現藥草的采集和藥物的提取時。從一開始起，人們就因尋找把戲金屬變為黃金的手段、尋找可以發現治愈人類一切病痛的長生不老藥的方法而轉移了化學的目標。雖然這些試圖注定要失敗，但它們仍然揭示了許多化學物質和化學反應。這些東西后來被傳到西歐人那里，主要是從中國和穆斯林世界傳去的。

那時以前，希臘人已提出一種理論體系，該體系認為有四種基本元素——土、火、氣、水，它們以循環的方式依次轉化18世紀期間，大部分注意力集中在燃燒問題上——物質燃燒時會發生些什么呢？由于物質消失在煙和火焰中、留下了灰燼，人們斷定，無論如何，在燃燒過程中有某種東西釋放出來。這種東西長期被稱為硫，并被賦予燃素即火的要素的名稱。在對氣體的研究揭示出空氣是一種較向來所想象的要復雜得多的物質以前，這觀念一直支配著化學思想。科學家們被吸引到氣體問題上，是由于礦井和沼澤中存在著能用氣泡加以收集并能燃燒的易燃空氣。早在1755年，愛丁堡的約瑟夫·布萊克就通過加熱石灰石而成功地分離出二氧化碳。然后，1781年，亨利·卡文迪什證明水是由兩份氫和一份氧組成。接著，約瑟夫·普里斯特利（1733－1804年）又取得重要進展；他分離出氧，并證明正是氧元素在燃燒和呼吸中被消耗。他還進一步證明，在日光下，綠色植物從它們吸收的二氧化碳中分解出氧。從而，他解決了由產氧的植物與產二氧化碳的動物的平衡引起的碳循環的問題。

從氣體研究工作中引出完備結論的是杰出的化學家安托萬·洛朗·拉瓦錫（1743-1794年），他在法國革命期間犧牲于斷頭臺。拉瓦錫的典型的氧化實驗非常簡單。他將汞放在一個裝有空氣的密封罐子里加熱，發現他得到了氧化汞，并發現空氣的量減少了五分之一，亦即失去了空氣中氧的成分。然后，拉瓦錫加熱氧化汞，再一次獲得汞加氧。他極仔細地稱其所有物質的重量，發現每道步驟后失去或獲得的重量等于燃燒過程中增加或減去的氧的重量。因而，他能摒棄傳統的燃索說，用其著名的平衡原理來取代。