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。