第十章　科学革命

所谓科学革命……胜过自基督教兴起以来的一切事物，使文艺复兴和宗教改革运动均降为仅仅是一系列事件中的一个事件，仅仅是中世纪基督教世界体系中的内部的替换。…科学革命作为现代世界和现代思想的起源如此赫然地耸现，以致我们对欧洲历史时期的通常的划分已成为一种时代错误，成为一种阻碍物。

赫伯特·巴特菲尔德

不到400年的时间，即大约6个平均生命期，把哥白尼的成果与爱因斯坦的成果分隔开来。不过，在这短暂的一段时间内，科学已从少数热心之士的秘密副业发展为也许可恰当称为现代文明的支配力量的东西。今天，科学的主要特点在于其不断加快的发展速度。1899年，英国著名博物学家艾尔弗雷德·拉塞尔·华莱士出版了一部著作，题名为《奇妙的世纪》。他指的是他所处的19世纪；在他看来，19世纪经历的科学进步较人类先前所有世纪经历的还要多。然而今天，我们又能夸口说，2O世纪上半世纪中所做的科学工作比以往全部历史中所做的还要多。

回顾起来，似乎科学革命甚至比新石器时代的农业革命具有更大的意义。农业革命使文明成为可能，但是，一旦前进了这一大步，农业就没再作出进一步的贡献。科学则相反，恰好借助于它的研究法而不断地稳步发展。科学本身包含了无限进步的可能性。如果我们记住过去数世纪的科学成就和它现今日益加快的发展速度，那么，我们对科学的惊人的可能性和意义即使不了解，也可以正确估价。此外，科学是人类全体的；由于科学以客观的研究法为基础，关于科学的种种提议已为人们所普遍赞同。科学是非西方民族所普遍尊重和追求的西方文明的一个产物。实际上，正是科学及与它有关的技术，使19世纪欧洲对世界的支配成为可能。因此，从前的从属民族如今正力求通过弄清楚西方对人类作出伟大而独特的贡献的秘密来矫正不平衡状态。

这就是为什么科学革命对研究世界历史具有根本的重要性的原因所在。本章将探索这一重大的科学革命从它在近代初期的早期阶段直到第一次世界大战以前的发展过程。

一、科学革命的根源

科学的根源可追溯到古代的美索不达米亚和埃及、古典时代的希腊和中世纪的穆斯林世界。不过，科学革命是西方文明的独特产物。原因似乎在于，只是在西方，科学才成为一般社会的组成部分。或者换句话说，只是在西方，哲学家-科学家与匠人才实现联合，互相促进。因此，正是这种科学与社会的联合、科学家与匠人的联合，大大促成科学在西方世界的空前繁荣。

所有人类社会中的匠人都发展了狩猎、捕鱼、务农以及加工木头、石块、金属、禾本科植物、纤维、块根植物和兽皮等方面的某些技术。他们通过观察和试验，逐步改进自己的技术，有时使技术达到很高的水平，如爱斯基摩人就是这样。不过，所有近代以前的社会所取得的进步的程度都受到了明显的限制。原因在于，匠人仅仅对制作罐子、建造房屋或制造小船感兴趣，并不为根本的化学原理或机械原理操心。他们对因果现象之间的关系不探究。总之，明确说来，匠人关心的是技术上的实际知识，而不是科学上的潜在原因。

这一点的意义可用詹姆斯·布赖恩特·科南特给科学下的定义予以表明；科南特将科学定义为"通过实验和观察发展起来并引起进一步的实验和观察的一系列互相联系的概念系统。"按照科南特的定义，"概念系统"构成科学的基础。显而易见，匠人缺乏"概念系统"。相反，这样的系统历来是哲学家（在近代以前的时代，知识分子通常称为哲学家）所关心的。然而，众所周知，这些哲学家对于日常生活中的问题既不了解，也无能力处理。他们认为自己是超脱世事的，把时间用于思索永恒的真理或试图使一个支离破碎的世界成为人的头脑所能理解的东西。无容置疑，哲学家和匠人在某些时代里确曾一道工作，使复杂的历法、导航设备和古代的日常仪式得以产生。然而，实情仍旧是，直到近代以前，发展的趋势始终是朝着分离——朝着思想家与劳动者相分离的方向进行。

西方的伟大成就是使这两者联合起来。知道实际知识与了解潜在原因的结合，奠定了科学的基础，推进了科学的发展，使科学成为今日的支配力量。

为什么这一划时代的发展会出现在西方呢？一个原因在于文艺复兴的人文主义学术成就。学者和艺术家强烈反对中世纪的整个生活方式，努力创造尽可能与古典时代的生活力式相似的新的生活方式。他们不再希望通过穆斯林和经院哲学家的变形眼镜来看古人，而是直接求助于原始资料，亲自掘起雕像、阅读原文。他们可以接近的不仅有柏拉图和亚里土多德，还有欧几里德和阿基米德；这些学者曾促进了物理学和数学的研究。更重要的是从各门生物科学中得到的鼓舞。医生们研究了希波克拉底和加伦的全部著作，博物学家们则研究了亚里士多德、迪奥斯科里斯和泰奥弗拉斯托斯的著作。但是，应该强调，文艺复兴还有反科学的另一面，巫术和对魔鬼的研究的复兴就是一个例证（见第二章第二节）。

若无西欧的缩小匠人与学者之间的鸿沟的有利的社会环境，人类学识上的这些成果独自原不可能引起科学革命。匠人在文艺复兴期间并不象在古典时代和中世纪时代那样受鄙视。人们尊重纺纱、织布、制陶术、玻璃制造、尤其是日益重要的采矿和冶金术方面的实用工艺。在文艺复兴时期的欧洲，所有这些行业都由自由民而不是象在古典时代那样由奴隶经管。这些自由民在社会地位和经济地位上并不象中世纪的匠人那样与统治集团相距很远。文艺复兴期间工匠的地位的提高，使工匠与学者之间自文明开始以来一向非常脆弱的联系能得到加强。他们各自都作出了重要贡献。工匠拥有古代的旧技术，并在旧技术上添加了中世纪期间发展起来的新发明。同样，学者提供了关于被重新发现的古代、关于中世纪的科学的种种事实、推测及传统做法。这两条途径的融合是很缓慢的，但最终，它们引起一个爆发性的联合。

与工匠和学者的这种联合密切联系的是劳动和各学者或科学家的思想的相应的联合。在古代，存在着一种反对创造性的学习与体力劳动相结合的强烈偏见。这种偏见大概起因于古代的体力劳动与奴隶制度相联系；它甚至在奴隶制度几乎消失以后，仍存留于中世纪欧洲。"中世纪经院哲学家在"自由"艺术和"奴隶"艺术之间、在仅仅靠头脑完成的工作和改变了物质形态的工作之间划界线。例如，诗人、逻辑学家和数学家属于第一类别，雕刻家、釉工和铁器工人则属于第二类别。这种两分法的有害影响在医学领域表现得非常明显。内科医生的工作没有改变物质形态，所以被认为是"自由的"，而外科医生的工作按照同一标准则被看作是"奴隶的"。因此，实验受到轻视，活体解剖被认为是非法的、令人厌恶的。

威廉·哈维（1578-1657年）之所以能作出关于心脏和血液的运动的伟大发现，是因为他坚决不理睬对体力劳动的这种藐视。数十年间，他一直进行各种艰苦的实验。他切开从大动物到小昆虫的种种生物的动脉和静脉，谨慎、耐心地观察和记录血液的流动和心脏的运动。他还利用新的放大镜来观察蚂蜂、大黄蜂和苍蝇。这一步骤在今天似乎是切合实际、明摆着的，但在哈维的时代，肯定是既不合理，也不显而易见的。据当时杰出的神学家理查德·胡克所说，理性而非实验，才是"人类获得关于合理和不合理的事物的知识"的手段。胡克的这句话是我们难以理解的；这表明科学革命对我们的思想方式和生活方式的影响是如何根本且无孔不入。但是，对哈维来说，工作于17世纪初叶、坚持实验的方法，是一个需要勇气和献身的、令人难于忍受的智力上的严峻考验。

地理大发现和海外地区的开辟也促进了科学的发展。新的植物、新的动物、新的恒星甚至新的人们和新的人类社会相继被发现，所有这些都向传统的思想和设想提出了挑战。值得注意的是，在英国伟大的科学倡导者弗朗西斯·培根（1561-1626年）的著作中，有许多地方是借用远航探险作比喻。培根表示自己渴望成为新的知识世界中的哥伦布。穿过直布罗陀海峡两岸的悬岩（旧知识的象征），驶入大西洋，以寻找新的、更有用的知识。事实上，他曾明确地说过，"通过在我们时代已开始习以为常的远距离的航海和旅行，人们已揭露和发现了自然界中许多可使哲学得到新的光亮的事物。"

欧洲的科学革命在很大程度上应归功于同时发生的经济革命。近代初期，西欧的商业和工业有了迅速发展。欧洲各国之间的贸易随着远东、东印度群岛、非洲和南北美洲的新的海外市场的出现而大幅度增长。工业也取得了显著收益，尤其是在英国；英国采煤和炼铁业的发展为后来的工业革命打下了基础。这些经济上的进步导致技术上的进步；后者转而又促进了科学的发展和受到科学的促进。远洋贸易引起对造船和航海业的巨大需求。为了制造罗盘、地图和仪器，出现了一批新的、有才智的、数学上受过训练的工匠。航海学校在葡萄牙、西班牙、荷兰和法国相继开办，天文学由于其明显的实用价值而得到认真的研究。同样，采矿工业的需求引起动力传送和抽机方面的进步。这证明是重新开始关心机械原理和液压原理的起点。同样，冶金业是化学取得显著进步的主要原因。日渐扩大的采矿作业使新矿石甚至新金属如铋、锌和钴显露出来。分离和处理这些新矿石和新金属的技术必须用类推法找到，并以痛苦的经验予以矫正。但是，这样做时，化学的一般原理开始形成，其中包括氧化和还原、蒸馏和混合的原理。

这些成就给了科学家即哲学家以自信和信心，使他们坚信自己是一个新时代的先驱。早在1530年，法国国王的医生琼·费尼尔就写道：

但是，倘使我们的长者及其前辈如他们的先人一样只是沿着同样的道路前进，将会怎样呢？…不，正相反，在哲学家看来，转移到新的道路和体系上，不让贬低者的声音、古代文化的影响和掌权者的成熟吓住那些要宣布自己观点的人，是很有益的。那样，每个时代就会产生其自己的大量的新的创造者和新的艺术。在长达12个世纪的神魂颠倒以后，我们这一时代看到艺术和科学光荣地重新兴起。现在，艺术和科学的辉煌比得上古代，或者说超过了古代。当今时代在任何方面都无需鄙视自己，无需思暮古人的知识。……如今，我们对代正在做古人梦想不到的事。…由于我们的航海者的杰出才能，大洋已被越过，一些新的岛屿已被求现。印度遥远的隐密地方已展现出来了。我们的祖先所不知道的西方的大陆，即所谓的美洲，在很大程度上已开始为人们所了解。在所有这一切中，在有关天文学方面，帕拉图、亚里士多德和旧哲学家曾取得进步，托勒密曾进而作出更大量的贡献。然而，他们中间若有谁今日返回人间，就会发现，地理学改变了过去的认识。我们时代的航海者给了我们一个新的世界。

一个世纪后，这种自信已增长到凭直觉兴奋地期待取得人类的未来成就的程度。1661年，约瑟夫·格兰德著文先提到"那些杰出的英雄人物"——笛卡尔、伽利略、哈维及其他人，然后开始颇有先见之明地赞美他们正在创造的新世界：

要是那些英雄人物如他们愉快地开始工作时那样继续工作下去，他们会用奇迹填满这个世界。因此，我并不怀疑后代将发现眼下仅仅是传说的许多东西在实际现实中得到了证实。也许若干时代以后，前往南部未探明的地带的航行，甚至可能是飞往月球的航空，并不比前往美洲的航海更不可思议。对于跟在我们后面的人们来说，买一对翅膀飞入最遥远的地区，也许同现在买一双长统靴去骑马旅行一样平凡。通过合意的运输工具与东印度群岛那样遥远的地方进行协商，对后世来说，就象用书面通信交换意见对我们来说那样平常。将现在比较荒芜的世界改变为天堂，从新近的农学来看，或许是可期待的。

1662年，英国有理二世颁发特许状，成立"促进自然知识的伦敦皇家学会"。皇家学会的成员们已意识到在技师与科学家之间进行合作的好处，鼓励并协调全国各专业的成果，以搜集可能促进科学知识的各种资料。"所有地区都忙于并热心于这项工作：我们发现每天交给[学会]的许多极好的奇物珍品不仅出自博学的、专门的哲学家之手，而且来源于技工的工场、商人的航海、农民的耕地以及绅士的种种运动、养鱼塘、猎园和花园。……"

最初，科学从矿山和工场得到的东西比矿山和工场从科学得到的东西多得多。在这早期阶段，科学并不是经济生活的组成部分，对科学的利用是少量、偶而的。甚至在18世纪后期和19世纪初叶工业革命的早期阶段也是如此。但是，到19世纪末，形势起了根本的变化。科学不再处于附属的、咨询的地位：它已开始改造旧工业，甚至创造完全新的工业。

二、17世纪的新宇宙

近代科学最主要的进步发生在与地理学和航海术有密切联系的天文学领域，是可理解的。由于15世纪的意大利在经济和文化上是欧洲最先进的国家，意大利是这一进步的发生地，也是可理解的。因而，我们发现，以拉丁化名字哥白尼闻名于世的伟大的米科技·科泊尼克（1473一1543年）离开自己的祖国波兰前往博洛尼亚上大学。经过6年的学习之后，他回到波兰，在教会开始了一种积极的生涯。但是，他还继续分析研究他在意大利时便已从事的天文学方面的问题，特别是因为当时对设计一种更精确的历法人们普遍感兴趣。他采纳某些古代哲学家认为太阳而非地球是宇宙的中心的观念，然后论证这种观念为天体运动提供了一种比传统的托勒密体系更简单的解释。

最远的是恒星大球，包罗一切，本身是不动的。它是其他天体的位置和运动必须的参考背景。有人认为，它也有某种运动；但是，我们将从地球运动出发对这种视变化作另外的解释。在行星中土星的位置最远，30年转一周；其次是木星，12年转一周；然后是火星，两年转一周。第四是一年转一周的地球和同它在一起的月亮。金星居第五，9个月转一周；第六为水星，8O天转一周。中央就是太阳。在这华美的殿堂里，为了能同时照亮一切，我们还能把这个发光体放到更好的位置上吗？太阳被称为宇宙之灯，宇宙之心，宇宙的主宰。于是，太阳好象是坐在王位上统率着围绕它转的行星家族。……因此，我们发现，这种顺序显出宇宙具有令人赞叹的对称性和轨道的运动与大小的和谐，而这是其他方法办不到的。

1530年，哥白尼印发了其著作的简短提要；1543年即他去世那年，《天体运行论》全书出版。虽然哥白尼是有名的数学家和天文学家，但他的假说最初却受到蔑视。当地陈述地球每日绕着地轴转动、每年围绕太阳运转时，他是在发表左道邪说，因为按照基督教《圣经》，约书亚已使太阳静立在天空中不动。此外，他的假说与常识不一致。如果地球在旋转，它的运动不就会产生强大的风吗？向上抛的物体不就会落后于旋转中的地球的表面吗？哥白尼的新天文学使新物理学成为必需。这一需要由富有的佛罗伦萨人伽利略（1564－1642年）予以满足。

伽利略的方法是严格地以经验为根据的。他以实验上的、可证实的事实反对亚里土多德和经院哲学家的传统多言。他起初是个物理学家，关心的是找到地面上运动的规律，以解决军事工程和土木工程方面的问题。他还进一步做了力学方面的实验；在实验中，他发明了测定微小的时间间隔的更精确的方法，找到了估算空气阻力、摩擦力和存在于自然界的其他阻力的手段，并设想出用抽象的数学术语表达的纯粹或绝对的运动、力量和速度。

当时，伽利略在天文学方面的成果影响更大，只是并非同样地根本和具有独创性。他利用了在荷兰作为制造眼镜的副产品而刚被发明的望远镜。据传说，约1600年前后，荷兰船上的一个孩子最先通过两个镜片观看窗外，发现外面的事物似乎被放大了。无论如何，已成为哥白尼的忠实信徒的伽利略热情地利用这新仪器察看天空中的实际情形。即使在这些有着惊人的科学发现的日子里，人们也能意识到伽利略的戏剧性的言行，因为他发现了一个全新的世界，并正确评价了他所观察到的东西的意义：

将引起最大的惊讶之处、实际上也是特别促使我提请所有天文学家和哲学家予以注意之处，在于这一点，即我已发现了四颗行星，它们是在我之前的任何一位天文学家所未曾了解和观察到的。……　借助于望远镜，任何人都可多少观察到这一点；它如此清楚地出现在感官前，以致古往今来烦扰哲学家们的所有争辩立刻为我们眼睛看到的无可辩驳的证据所破除，从而，使我们摆脱了有关这一科目的罗嗦的争论，因为银河系只不过是一团成串地聚集在一起的数不清的星体。如果有谁把望远镜直接对准银河系的任何部分，眼前就会出现一大群星体；其中许多星体还算大，而且极其明亮，但是，小星体的数目完全无法确定。

伽利略对木星有若干卫星、卫星象月亮围绕地球那样绕着木星转这一发现印象尤其深。所有这一切证据都使他确信哥白尼理论的正确性。它表明天体也许具有和地球一样的实质，是一团团在空间转动的物质。地球和天空之间的传统区分开始引起怀疑。这对哲学和神学是一次粉碎性的、令人吃惊的打击。伽利略被宗教法庭判罪，并被迫假装认错。但是，他的发现对富有思想的人们的影响是不可抵挡的。诗人们一再把他比作哥伦布和其他发现者。

屈服吧，韦斯鲁奇，让哥伦市也屈服吧。

诚然，他们各自都掌握了通过未知的大海的航路。……

但是，只有你，伽利略，给了人类以一连串的星体，

天上的新的星座。

约翰·多恩表述了新天文学的这种使人不安、扰乱人心的影响，他写道，"一切都破碎了，一切都失调了。"不过，这一时期中，知识界有两位领袖并没因这种表面上的混乱而心烦意乱。他们是思想谨严的笛卡尔（1596－1650年）和弗朗西斯·培根；他们指出了科学的潜力，并在上流社会中把科学提高到可与文学相比的地位。他们实质上是预言家和宣传员——他们已看到了这门新学科的前景，把教导世人作为自己的职责。

笛卡尔和培根看问题的方式完全不同。笛卡尔是伟大的数学家，是解析几何的发明者。在某种意义上，可以说，他把从希腊人那里得到的几何学与从穆斯林那里学来的代数学统一起来。从此以后，有可能用代数方法解释几何学，发展起种种新的数学。笛卡尔深深地被数学方法的前景吸引住了，以致把数学方法作为其整个哲学的基础。他坚决认为，唯一正确的认识方法是依靠数学上的推理和抽象。在他看来，实验仅仅是演绎推理的辅助手段。他相信，通过清晰的思考，能发现理性上可认识的任何事物。

到这一世纪末，笛卡尔的弟子已大量增加，不计其数。用一位历史学家的话来说："各大学都信奉笛卡尔哲学，侯爵、科学业余爱好者、柯尔贝尔和国王是笛卡尔哲学的信徒。法国将动词'使成为笛卡尔主义者'变位，欧洲热烈地仿效。"这种普及的意义在于，理性的探究和判断被扩展到各领域。所有的传统和权威都必须接受理性的检查。

相反，培根使用归纳法；归纳法是从事实开始的，然后进行到普遍性的原理。为了获知根本的原因，培根说，我们必须研究关于各种现象的博物学，搜集有关各种现象的一切观察资料，将它们列成表，注意哪些现象是以彼此不同的方式相联系的，然后，仅仅通过机械的排除方法，发现某已知现象的原因。作为对中世纪经院方法的一种补救，培根的成果在思想史上具有最大的价值。不过，应该注意到，科学的发现很少甚至从未用纯粹的培根方法作出过。任何问题都存在着极多的现象，若不借助于靠科学的想象力设想出来的假设，就无法予以成功的研究。搜集事实是为了证明或驳斥从假设中演绎出来的推论，因而，有待检查的事实的数目是易驾驭的。

培根在强调科学的功利主义的价值方面也是非常出色的：

科学的真正的、合法的目标只在于这一点，即人类生活因新的发现和力量而丰富。…城市创立者、法律制定者、人民的神父、暴君的根除者和某阶级中的英雄人物所造成的有益影响仅仅扩展到一些范围狭小的空间，仅仅持续短暂的时期，而发明者的成果虽是一种不太壮观和炫耀的东西，却是到处都被感觉到且永远存留下去。

为了从科学取得最大的好处，培根极力主张创办促进科学研究的学会。早在1560年，那不勒斯就已建立自然分泌学院。1603年，罗马成立林琴科学院21661年，佛罗伦萨成立科学分析学院。与此同时，在英国，一个以往以"哲学院"或"无形学院"的名义偶尔举行会晤的科学团体于1662年被改组成皇家学会。在法国，一个相应的科学院于1666年由路易十四创立；在其他国家，一些相似的学会也相继成立。这些机构促进了科学的发展，尤其是从它们大多很快就发行定期刊物以取代个人之间通信这种较陈旧的方法以后。

科学早期阶段最杰出的人物是牛顿（1642-1727年），他诞生于伽利略去世的那一年。由于出身于英国的世代农家，牛顿克服种种困难才读完剑桥大学；他就读剑桥时，擅长数学。在漫长、忙碌的一生中，他担任过剑桥数学教授、造币厂厂长和皇家学会会长。牛顿的贡献表明他是科学上最伟大的人物，可与欧几里得和爱因斯坦媲美。

在数学上，牛顿创立了微积分学，制定了二项式定理，发展了关于方程式的大部分理论，引进了字母标志。在数学物理学方面，他推导出可借以预测月亮在诸星体中的未来方位的数表——这对航海来说，是最有价值的一个成就。他创立了流体动力学，其中包括波动传播理论，他还对流体静力学作了许多改进。在光学上，他在了解光束、光的折射及色彩现象方面作出了重要贡献。但是，正是在物理学领域，牛顿进行了最有意义的研究。在这方面，他以伽利略的研究为基础，将后者的成果发展到辉煌的顶点。伽利略主要关心的是地球的运动，牛顿则发现了有关宇宙本身的定律。

伽利略发现，运动中的物体若无一定的外力使它转向，便作匀速直线运动；这一发现要求人们必须能解释：为什么行星不以直线飞离，而趋于落向太阳，结果形成其椭圆形的运行轨道；为什么月亮同样地趋于落向地球。牛顿的一个朋友叙述了这位伟大的科学家是如何在观察果园里的苹果从果树上掉下来时，受到解决这一难题的暗示的：

午饭后，天气暖和，我们走进果园，在一些苹果树的树荫下喝茶，只有他和我两人。在闲谈中，他告诉我，以前，他就是在这同样的情况下，想到万有引力的概念。那是由一只苹果的下落引起的；苹果落下时，他正坐在一旁沉思。他心里想，苹果怎么总是笔直地落到地上呢？苹果怎么不落向旁边或往上升，而始终不变地落向地中心呢？无疑，原因在于地球吸引着苹果。物质必定具有一种吸引力：吸引力的极点必定在地球中心，而不在地球的任何一边。因此，苹果垂直地下落，即落向地中心。如果物质如此吸引物质，吸引力必定与物质的分量成正比。所以，不但地球吸引着苹果，而且苹果也吸引着地球。真没想到会存在着一种象我们这里所称的引力那样的力量，它将自己扩展到宇宙中。

牛顿将这一思想发展成方有引力定律；他在其名著《自然哲学的数学原理》（1687年）——按照其拉丁语的书名，通常称为《原理》——一书中，用大量数据论证了这一定律。根据这一定律，"宇宙中物质的每个粒子都对其他每个粒子有引力；引力与两个粒子之间距离的平方成反比，与它们质量的乘积成正比。"

以上是撕开天空的面纱的一个轰动一时的、革命性的解释。牛顿已发现了一个数学上能证实的根本的宇宙定律；这定律可适用于整个宇宙，也可适用于最微小的物体。实际上，自然界好象是一个巨大的机械装置，按照通过观察、实验、测量和计算可予以确定的某些自然法则进行运转。人类的各门知识似乎可缩减为有理性的人所能发现的少数简单的、始终如一的定律。因而，牛顿的物理学的分析方法现今开始不仅被应用于物质世界，而且被应用于思想和知识的整个领域及人类社会。正如伏尔泰所说的，"整个自然界、所有行星竟会服以永恒的法则，而有一种身高5呎的小动物竟能不顾这些法则、完全按照自己的怪想随心所欲地行动，这是非常奇异的。"寻找决定人类事务的这些永恒法则，是法国革命之前的所谓启蒙运动的实质。

三、18世纪初期的平静

18世纪初叶，人们主要关心的是制定构成启蒙运动的社会理论、政治理论和经济理论，没有作出任何可与17世纪时相媲美的科学发现仅是，由于应用以实验为基础进行研究的新方法，科学的某些领域获得了显著成果。

例如，在进行了研究静电的实验之后，1746年，莱顿大学的两名教授发明了储存和急速释放电能用的所谓的莱顿瓶。本杰明·富兰克林意识到在莱顿瓶发电产生的火花与天空中的闪电之间有相似之处，就用风筝试验加以证明。富兰克林以其典型的实践方式于1753年研制出预防雷击的避雷针；雷击在美洲特别多，曾使人们付出很高代价。他还进一步发展起最早的、全面的电学理论，这理论至今仍被运用于实际的电路学中。

18世纪初叶，人们对自然界即当时所称的博物学也有着极大的兴趣。自然界几乎被视作神，视作能永远加以研究、能永远给予合乎道德的真实指导的极其重要的东西。博物学热的明显证据见于博物学陈列品，这些陈列品是所有花费得起时间和金钱的人收集来的。他们勤奋地搜集矿物、昆虫、化石及其他物品，并将它们编目。一些海外国家也以其奇特的标本促进了人们在这一方面的兴趣。有些人的收藏品达到巨大的规模，如富裕的汉斯·斯隆爵士（1660-1753年）的收藏品就是一例，它们构成不列颠博物馆的核心。

这种搜集和编目使人们能对系统的植物学和动物学作更为根本的阐述。这些领域的一个先驱者是约翰·雷（1627-1705年），他是《植物史》、《昆虫史》以及关于动物、鸟类、爬行动物和鱼类的一些《概要》的著者。例如，关于植物，雷为了按照它们真正的、自然的亲缘关系将它们分类，利用了它们的一切特征——果实、花、叶子，等等。雷在其全部工作中排斥魔术、巫术和对各种现象的所有迷信的解释，紧抓住通过观察揭示出来的自然原因。在《从创世的工作中看上帝的智慧》一书中，雷抛弃了从奥古斯丁到路德这一时期中不断重现的一种观点；这种观点认为，自然界虽然对宗教没有敌意，但与宗教是不相干的，自然界的美丽是一种诱惑，对自然界的研究是浪费时间。雷写道，"没有一种工作比细心观察自然界的美妙作品、尊重上帝无限的智慧和仁慈更有价值、更令人愉快。"

在系统的植物学方面，继雷之后的是瑞典教授林奈（卡尔·冯·林奈，1707-1778年），他制订了将植物分类的最早的、令人满意的方法，他还将动物划分成哺乳动物、乌、鱼和昆虫几大纲。在林宗以后，开始有可能系统地研究植物和动物，发展起比较种种构造和功能的方法。若无这种初步的澄清工作，生物学的进一步发展原是不可能的。

博物学方面的另一杰出人物是法国贵族布丰（1707-1788年）。1739年，他担任皇家花园即现在的植物园的管理人，他把它改变成一个巨大的研究院，法国许多著名科学家曾在那里受到鼓舞和培养。他还写成36卷的巨著《自然史》，他试图把有关各门自然科学的所有可得到的知识都编到这部巨著中去。布丰拒绝接受认为地球有大约5，000年的历史的古老观点，认为地球最初是一团熔化的物质，渐渐冷却下来，结出一层地壳，上面最后出现了各种动植物。他估计这过程约花了10万年左右；虽然这一估计数比现代科学确定的30至50亿年要低得多，但至少市丰已开始走上正确的轨道。这位法国博物学家不能不注意到人类与低级动物在动物学方面的惊人的相似之处。他曾大胆提出这样一种见解：如果不是因为基督教《圣经》上已作了明确声明，人们也许会有兴趣去寻找马和驴、猴子和人类的共同起源。不过，这一见解他后来又收回了。

大约这时，地理学方面也正在取得巨大进展。地球开始得到系统的勘察和研究。1672年，法国政府派遣让·里奇到法属圭亚那"作于航海有用的天文观测"。1698年，英国海军部委派威廉·丹皮尔去"新荷兰"即澳大利亚探险。丹皮尔不仅对自然地理和动植物作了精确的观察记录，而且还增加了原有的水文学、气象学和地磁学方面的知识。探险的兴趣稳步增长；经皇家学会的提议，詹姆斯·库克于1768年奉命到南太平洋的塔希提岛观察金星凌日的情况。库克的以后几次旨在找到一个南极大陆的航海没有达到目的，但是，这几次航海不仅提供了有关澳大利亚海岸、新西兰海岸和太平洋海岸的新知识，而且还给予了其他具有科学价值的情报。也许要特别提到的是，库克船长在其首次航海中，有三分之一以上的手下人死于疾病，主要是坏血病。到他进行以后几次航海时，医学知识已进步，因此，海员的饮食中增加了柑桔属水果，结束了令人畏惧的坏血病。

四、化学革命，1770-1850年

在18世纪的最后25年中开始进行的工业革命对英国和欧洲的经济、最终对世界的经济，已发生了深远的影响。工业革命还影响了科学革命，并转而受到科学革命的影响。不过，应该强调的是，在整个18世纪和19世纪的大部分时间中，这种影响几乎只是朝着一个方向——从工业到科学的方向进行。纺织工业的许多发明是由未受教育的技工作出的；由于有利的经济环境，他们找到了发挥自己的天赋才能的机会。在这些早期的年代里，科学以从属的身份为工业服务。例如，当布匹的增大了的生产超过天然的植物染料的有效供应时，科学便被要求提供人造代用品。同样，当从家庭酿酒到大规模酿酒的转变导致灾难性的失败时，科学又被要求去找出原因和解决办法。对科学的这一类要求大大地有助于科学的发展。以下这一事实可证明工业和科学间的亲密关系：18世纪后期和19世纪初叶的大部分科学进步不是象在17世纪那样来自牛津、剑桥和伦敦，而是来自利兹、格拉斯哥、爱丁堡、曼彻斯特、尤其是伯明翰。

蒸汽机的情况是一个重要的例外。1769年，詹姆斯·瓦特采用了一个始终保持低温的单独冷凝器，以后不久，又用曲轴将蒸汽机的往复运动变为旋转运动，这样，他利用技术独创性和科学知识的结合，将蒸汽机的效率提高到一个适当的水平。如果不是可得到蒸汽机的相对无限的动力，工业革命完全有可能在仅仅增加纺织品生产的速度后便渐渐消失，就象发生在中国那样；在中国，早几个世纪时曾取得类似的技术进步。

19世纪前半世纪中取得进步最多的一门科学是化学，这在一定程度上是因为化学与组织工业有密切联系，纺织工业在那数十年间经历了非常迅速的发展。化学可追溯到人类文明的最早阶段，追溯到出现烹调技艺和金属加工技术、出现药草的采集和药物的提取时。从一开始起，人们就因寻找把戏金属变为黄金的手段、寻找可以发现治愈人类一切病痛的长生不老药的方法而转移了化学的目标。虽然这些试图注定要失败，但它们仍然揭示了许多化学物质和化学反应。这些东西后来被传到西欧人那里，主要是从中国和穆斯林世界传去的。

那时以前，希腊人已提出一种理论体系，该体系认为有四种基本元素——土、火、气、水，它们以循环的方式依次转化18世纪期间，大部分注意力集中在燃烧问题上——物质燃烧时会发生些什么呢？由于物质消失在烟和火焰中、留下了灰烬，人们断定，无论如何，在燃烧过程中有某种东西释放出来。这种东西长期被称为硫，并被赋予燃素即火的要素的名称。在对气体的研究揭示出空气是一种较向来所想象的要复杂得多的物质以前，这观念一直支配着化学思想。科学家们被吸引到气体问题上，是由于矿井和沼泽中存在着能用气泡加以收集并能燃烧的易燃空气。早在1755年，爱丁堡的约瑟夫·布莱克就通过加热石灰石而成功地分离出二氧化碳。然后，1781年，亨利·卡文迪什证明水是由两份氢和一份氧组成。接着，约瑟夫·普里斯特利（1733－1804年）又取得重要进展；他分离出氧，并证明正是氧元素在燃烧和呼吸中被消耗。他还进一步证明，在日光下，绿色植物从它们吸收的二氧化碳中分解出氧。从而，他解决了由产氧的植物与产二氧化碳的动物的平衡引起的碳循环的问题。

从气体研究工作中引出完备结论的是杰出的化学家安托万·洛朗·拉瓦锡（1743-1794年），他在法国革命期间牺牲于断头台。拉瓦锡的典型的氧化实验非常简单。他将汞放在一个装有空气的密封罐子里加热，发现他得到了氧化汞，并发现空气的量减少了五分之一，亦即失去了空气中氧的成分。然后，拉瓦锡加热氧化汞，再一次获得汞加氧。他极仔细地称其所有物质的重量，发现每道步骤后失去或获得的重量等于燃烧过程中增加或减去的氧的重量。因而，他能摒弃传统的燃索说，用其著名的平衡原理来取代。

我们可以规定这样一个无可否认的原理：在技术和自然界的全部活动中，没有什么东西被创造出来；在实验以前和实验以后，存在着同样分量的物质；种种元素的质量和分量正好依然如故；除了这些元素的结合方面的变化和改变以外，没产生什么东西。

这样，拉瓦锡使化学先前的所有混乱现象变为一条元素结合定律。他在自己于1789年出版的教科书《化学大纲》中，提供了至今仍被使用的全新的术语。拉瓦锡将化学安置在坚固的科学基础上，因此，他的后继者知道了他们正在做什么、正在朝哪里进发。

在拉瓦锡的后继者当中，杰出人物要数约翰·道尔顿（1766-1844年）和瑞典化学家乔恩斯.雅各布.贝采利乌斯（1779-1848年）。道尔顿正式提出了有关物质的原子论（氧原子与氢原子结合而形成水);贝采利乌斯通过把电流应用于化合物、将它们电解（金属移向阴极，非金属移向阳极），分离出许多新元素。贝采利乌斯还将近代符号系统引入化学，从而极大地促进了化学工作。他利用诸元素的拉丁名字的第一个字母或前两个字母作为元素的符号。

19世纪的另一重要进步是出现了有机化学。原来，化学家们认为有机化合物——由生物产生的碳氢化合物——是由一种"生命力"以某种方式控制的。但是，随着化学家们发现有机化合物能用合成法合成，这一看法被抛弃了。1828年，弗里德里希·维勒取得了第一个成功，合成了见于尿中的有机物质尿素。他没有借助于肾，是通过普通的化学方法从无机化合物中获得尿素。他的朋友贾斯特斯·冯·李比希（1803-1873年）做了非常宝贵的工作，他证明植物从土壤中摄取的养料是由氮、磷酸盐和盐组成的。因而，他能制备出他曾用来使一块荒地肥沃并成为多产的园圃的化合物，为大规模的肥料工业的发展扫清了道路。

对工业的另一重要贡献由英国化学家威廉·亨利·珀金（1838－1907年）作出。1856年，他在寻找奎宁的代用品时，偶然发现了第一种人造苯胺染料——品红。他的发现在英国受到忽视；在英国，化学仍仅仅是少数人的业余消遣，化学行业以"注重实际"而自豪。然而，德国工业界较关心科学的厂长们看出，珀金的发现能为气体工业一向作为废品的煤焦油提供一条宝贵的出路。由于他们资助这项研究，许多合成染料给制造出来，提供了巨大的利润。到第一次世界大战时，德国人已拥有世界上最先进的化学工业，实际垄断了合成染料的生产。

对工业来说，同样重要的是法国杰出的化学家路易·巴斯德（1822-1895年）的工作。他在里尔大学工作期间，当地酒厂老板曾纷纷向他请求帮助，因为他们在从甜菜中提取乙醇时遇到了麻烦——果浆往往莫名其妙地变坏了。巴斯德没有找到化学上的解释，就用显微镜检查麦芽浆，发现上面满是奇怪的、伸长的生长物，而未受损害的麦芽浆上则是圆的小球。通过实验室证明，他指出了如何才能控制这些有害的生长物、阻止它们妨碍发酵。由于这一经历，他做了进一步的实验，使他能驳斥传统的生物自然发生说，提出现在公认的生源论——生物只能通过生物的繁殖产生——来取代。为了证实生源论，他指出，通过排除空气中看不见的微生物，能够使肉体物质和植物性物质不腐败。这一点后来成为大规模的罐头食品制造工业的基础。

1865年，巴斯德接受了一个更艰巨的任务。法国蒸蒸日上的丝绸工业由于蚕的一种神秘的疾病而正遭到毁灭的威胁。当巴斯德开始调查研究时，他并不知道蚕是什么东西，也不知道一条丑陋的毛虫以后会变成一只美丽的蛾。但是，经过一段时期的深入细致的探究，他发现疾病是由生活、成长在蚕体内的一种微生物引起的。他很快找到了治疗办法，丝绸工业得救了。巴斯德接着为家畜的炭疽病、特别惊人的是为人的狂犬病制备血清。此外，由于他的疾病病菌说的普及，人们采取了卫生预防措施，使有可能控制由来已久的灾祸——伤寒、白喉、霍乱、鼠疫和疟疾。这些医学上的进步产生了深远的影响，首先是在欧洲，然后是在全世界，导致人口迅速增长。

五、生物学革命，1850-1914年

正如牛顿因发现支配宇宙中的物体的定律而统治17世纪的科学那样，查尔斯·达尔文（1809-1882年）因发现支配人类本身进化的规律而统治19世纪的科学。

然而，进化的思想对达尔文来说，决不是新的：在他以前，这思想已被提出并应用于科学的各领域。让·德·拉马克（1744－1829年）较早时候就已向一种传统的观念挑战；这种观念认为，一度被创造出来、此后一直存在下去的物种具有不可改变的稳定性。拉马克想象有一种从蠕虫到人类的全面进化，并试图用获得性理论来解释这一进化过程。马由于需要迅跑而获得敏捷的腿，长颈鹿由于需要吃高处的树枝而获得长脖子。任何这类身体上的变化通过遗传过程被传下去，成为下一代的起点。