有些病毒疾病，如牲畜的口蹄疫，人的流行性感冒，可能是好几种不同品种的病毒造成的。对某一品种的病毒具有免疫性，也许并不能抵抗其他品种的病毒。在哥本哈根近来已经制出一种疫苗，人们希望它能够防治三种主要品种的口蹄疫病毒。
邓金（Dunkin）与莱德劳发现用甲醛使之弱化的犬瘟热的病毒仍然可以给人一些防疫能力，以后再注射活性病毒就可以证实这一点。另外还有一种双重注射法，即在动物体上，一迈注射活性病毒，另一边注射免疫血清。
海洋学
第七章内所讲的海洋学的研究有继续的发展，特别是鱼类的生态学。鱼类的环游在生物学上既值得研究，对水产的捕捞更有实际的意义。我们常常发现鱼类到一定的区域去产卵，通常是向上游游动，然后又分散到下游去觅食。例如北海的鳕鱼与板鱼的卵和鱼苗都在深海里，而鲑鱼则产卵在江河上游，幼鱼下游到海里去生活，等到成长以后再回到原来出生处去产卵，好象它们每个都具有很好的记忆力。
欧洲的鳗鱼，经施米特（Johannes Schmidt）证明，在淡水里度过其成年时代，然后迁居到几千英里外的马尾藻海的深水里去产卵。施米特还发现住在苏门答腊的另外四种鳗鱼，在西海岸的深海沟里产卵，因为在那里，海水具有适当的深度（五千米）与适当的盐度。
许多海鱼以硅藻和其他小生物为食物。我们在第七章讲过，这些小生物统称为浮游生物。我们研究一下浮游生物的聚集与飘荡，就可以了解食物的所在处，因而也是鱼类的所在处；自第七章写成以后，这方面的知识又积累了许多。哈尔的哈迪（A．C．Hardyof Hull）教授等人对于北海上空昆虫的飞荡也进行了不少的研究。
遗传学
自从细胞学和染色体方面的早期发现以来，科学家做了很多工作，帮助推进了遗传学，并开始影响植物和动物育种家的实用技术。
负载遗传因子或“基因”的染色体，在细胞里成对出现，而且在细胞分裂时每个染色体分裂为二，以便在两个新细胞核里再造成同样的对数。但是当生殖细胞形成时，每对染色体的两个成员却分离开来，各到每个新细胞去，这种过程叫做减数分裂或成熟分裂。生殖细胞里染色体的数目是基本的，被称为“单倍体”数目。在受精时，两个单倍体数目由于两个细胞核的结合而合在一起，这样造成的新个体，就染色体的数目来说，称为“二倍体”。但是，染色体也有可能倍增，即出现多倍性，因而在新的营养细胞里就可能出现两套以上的单倍体。这样，当细胞包含的染色体数目三倍于、四倍于或多倍于单倍体染色体数目时，就可能出现三倍体、四倍体或多倍体。例如多倍性就出现于小麦、燕麦与栽培的水果中。樱花是二倍体，梅是六倍体，苹果可能是稍微复杂的二倍体或三倍体。多倍体的情况对不孕的问题大有影响；如果多倍体在其营养细胞里有奇数的染色体，当生殖细胞形成时不能做均等的对分，那么，染色体分配方面的不规律现象就一定要发生，一般就要导致不孕。例如，在桃属植物中具有奇数染色体的多倍体，常不孕，因而不能结果，仅因其有观赏价值而被栽培。果实的许多
品种，如苹果的一个品种Cox’s Orange Pippin，各种桃与樱都不能自身受孕，需要附近有某种其他的品种才能结果。
在解决牵涉两个遗传因子和发育因子的性别决定问题方面，我们已经取得相当的进步。我们前面提到的对男女出生数差不多相等的解释，现在认为是正确的。在人身上和许多动物身上，雌性生殖细胞只具有雌性，而雄性生殖细胞，一半具雄性，一半具雌性。在另外一些动物身上，这种关系反转过来，雌性动物具有两类生殖细胞。决定性别的染色体，在有些情况下，已经在显微镜下认出来了。例如在研究遗传用得很多的果蝇身上，雄细胞里的性别染色体，可以看出有不相等的对数，其中一对是钩状的。
还有人，特别是克鲁（Crew）对性别决定方面的发育因子加以研究，他描述了家禽性别的颠倒。性激素在这里起了一定作用。我们不妨提一提同牡犊孪生而生殖器不完全的牝犊的例子——对这个未生犊的牧牛注射同胎的牡犊的性激素，就可以使它不孕。一种名叫后益（Bonellia）的海生物，其幼虫可以成长为雄性，也可以成为雌性，视它在发育时究竟是依附另一雌体还是依附海底而定。从化学上来说，和病毒一样，它们的染色体是核蛋白所构成的，而染色体内的基因，也象病毒一样，或者是自身生殖或者是劝诱细胞的其余部分生殖它们。
受到基因影响的代谢的确切的化学阶段，在某些例子里，已经明白。例如有人在鼠身上发现一种基因，是导致矮小的原因。矮小的老鼠缺少制造两种垂体激素的细胞，如果注射了这一种激素就能得到正常的发育。蒙克里夫（S．Moncrieff）小姐从生物化学的角度说明了造成花的颜色的35个基因的作用。造成白化病的基因可以使缺乏色素的动物的细胞里缺少色素酶。已经发现若干基因，有一些对机体有害，有一些阻止发育，还有一些造成早夭。例如有些植物就继承了抑制叶绿素形成的基因。
在这方面遗传学与生物化学相互为用。遗传学家帮助生物化学家把代谢的过程分为各种连续的阶段，生物化学家告诉遗传学家是什么基因在起作用。最后也许还能告诉他们这些基因究竟是什么。生物物理学家与生物化学家的职责在于尽量从物理学和化学的角度去描述生命现象，但是也还有许多别的领域，在那里，这些解释至少暂时仍然是不够的。例郊，谢林顿（Sherrington）就说：“在器官的功能起作用以前，身体的各种器官就开始在胚胎里发育。眼睛的复杂结构。在眼睛看东西以前已经形成。感觉与意识也是无法用物理学与化学解释的。”
人们研究生殖时发现受精有两个过程：即卵受刺激与卵和精核的结合。1875年，赫特维希（Oscar Hertwig）首先描述了这种过程。他观察了海胆的精子进入卵中的情况，看到两个细胞核的并合。刺激有时可以造成单性生殖，生物学家对这一过程进行了不少研究。例如施佩曼（Spemann）就进行了人工双生。如果一个正在发育的卵一分为二，便形成“同样的双生”，如果两个卵同时受精，则形成“兄弟式双生”，即可能与同双亲的两个子女一样，不一定十分相似。
施佩曼为了进行这一研究，使用了显微镜下的外科手术来考察水蜥，因为要在哺乳动物身上进行这样的考察，技术上的困难很大。胚胎上某些特殊部分的几小块组织可以决定发育过程，施佩曼称之为“组织中心”。它们好象包含有可以提供必需刺激的活性化学物质。例如两栖类身上的一个“组织导体”，是一种象性激素，维生素D和某些致癌物质那样的甾醇。
苏黎世的福格特（Vogt）等人考察了胚胎的进一步发育。他将原肠胚染色而观察其着色细胞的变化。至于胚胎的食物供给情况，李约瑟（Needham）在《化学胚胎学》一书里，对已经获得的事实，作了简明扼要的叙述。
1900年左右，孟德尔的研究成果重新发现以后，跟着就发生了争论，一方面是贝特森所领导的孟德尔主义者，另一方面是毕尔生和韦尔登（Weldon）所领导的生物测量派。生物测量派持有严格的达尔文主义观点，以为进化是从连续的细小变异而来的。这两派敌对的意见，以后又综合起来，主要是靠了费希尔（R．A．Fisher）的工作。他用他在数理统计学上的研究成果提供了一种新的研究工具。要测验一组事实是否合于孟德尔的规律，我们现在使用毕尔生所发明的数学的判别标准。要找人身上的孟德尔式遗传的例子，我们便参考毕尔生所搜集的数据。诺顿（Norton）、霍尔丹、费希尔与赖特（Wright）运用数学方法在达尔文主义和孟德尔主义的基础上创立了一种多少带有诡辩性的进化学说，认为主要的遗传单元是基因而不是个体。由泽维里科夫（Tsetverikov）开创的关于自然群落的遗传的研究，证明各种族里可能存在着表面上同质的大数目的隐性基因。群落中品种愈多，自然选择的速度愈大，因为不适者被淘汰得更快；根据费希尔，适者的增长率与遗传性的差异度成正比例。
作为孟德尔式发育的基础的突变，在常态下也常出现，其中有一些可以用染色体的事实说明。但是弥勒发现，X射线对于果蝇的作用可以使突变的数目有所增加。
近来类人猿与类猿人的化石的发现给人类进化提供了证据。在爪哇与中国掘出的化石有很多相似之点，但是中国的北京猿人在发展上处于稍高的阶段。有关人科起源的其他古生物学证据还有新生代的中新世与鲜新世地层里的森林古猿化石。这些化石的某几种在特征上已接近现代的类人猿，由此可见，向人科发展的线索和向类人猿发展的线索必定是在鲜新世的早期分道扬镳的。
新近在南非洲发现的猿化石有力地说明森林古猿很有可能是人科的祖先，虽然中间还有一些空白有待古生物学家的发现加以填补。猿人化石的新材料足以说明猿人具有人科的身材，特别是它们的肢骨已经可以和现代人相比。猿人可能是后期各型人的发展的基础，其中一个旁支便是穆斯特期的尼安德塔型人。
在进而讨论一般化石时，我们注意到，虽然在寒武纪岩层（如在威尔士北部所发现的）里，已经有大多数主要类型的化石，但在寒武纪开始以前便寻不着化石的记录了。在寒武纪（也许在5亿年前）和最古的岩石（根据放射物证据大约在20亿年前）两个时期之间的某一个时候，地上已经出现了生物。生命起源的问题仍然没有解决。细菌与其他微生物的自然发生说已经为斯帕郎扎尼与巴斯德所否定（参看186，264页）。有人提出生命可能是由其他行星而来的。但是有生命的机体在宇宙空间的有强烈杀伤性的短波辐射里很难存活；人类为大气小的氧所蔽护，才得免于这些辐射的损害。因此生命必定起源于地球。比细菌更小而更简单的病毒——差不多和分子一样大的生物——的发现，重新提出一个老问题：“像病毒那样简单的物体需要什么样的环境？在原始的无机物里是不是也可以找着病毒？”电子显微镜或可对解答这问题有一点帮助，但是这问题现时还只好谈到这里为止。
神经系统
生理学最重要的分支之一是神经系统的研究。机体和国家一样，须单元间动作一致，才能有效率与进步，神经就是单元间的交通机构，因而是生理综合的主要因素。在这一领域中，谢林顿爵士在1906年以后的年份中进行了现代的开路先锋的工作。亚德里安（Adrian）博士为作者写了以了一节；
在最复杂的动物体内，神经细胞及由神经细胞延伸出来的纤细的原形质，形成一个中心团块，依靠周边的神经纤维与其他部分相互交通。这就是信息从感宫（接收器）传到中枢神经系统，再由那里传到肌肉和腺体的通道。神经纤维活动时，其表面常有电位差的微小改变。靠了研究这些改变（近年来还得到真空管放大装置的帮助），我们已经弄清纤维所传达的信息的种类。感觉信息与运动信息都是一串短促的“脉冲”，彼此差异很少，两者相距的远近，视刺激的强弱而定。但中枢神经系统里的变化情况究竟怎样，我们还是不得而知，有待解决的问题是发现进去的信息怎样在那里汇总而又怎样变成出去的信息使得动物以适当的动作去回答外界的刺激。
要彻底解决这个问题，就意味着从心理学的角度说明动物的全部行为，但谢林顿证明，只要研究一下简单反射与其相互作用就可以弄清神经系统的许多“整体性的作用”。例如，只有当一群肌肉的收缩伴有对抗的肌肉的松弛的时候，才有可能产生有秩序的运动，而这种情况的发生则是由于进入的信息产生了双重的作用，既使某些神经细胞兴奋起来，又“抑制了”其他神经细胞。他还证明，抑制与兴奋两种状态的时间关系可以说明为什么一个反射可以顺利而准确地继另一反射而起。在谢林顿创始这方面的研究以后，大家的注意都集中于反射，认为这是了解神经组织的钥匙，加上巴甫洛夫的工作，就造成了现代心理学机械论的趋势。
脑是中枢神经系统的最高部分，同视觉与听觉一块发展，这两个器官与远处物体相感应，谢林顿特称之为“超距接受器”。心理功能的位置在脑的一部分即大脑，而且特别是在大脑皮层。施刺激于大脑皮层的有限区域，四肢等部分便发生局部动作。弗里奇（Fritsch）与希齐格（Hitzig）在1870年首先对电刺激的效应进行了研究，后来又有些人绘出大脑皮层各区域图形并研究了各区域的反应。其中特别值得一提的有霍斯利（Horsley）、谢林顿、布朗（Graham Brown）与黑德（Head）等人。
小脑是脑的另一部分，经人证明与身体的平衡、姿势与运动以及三者所需要的复杂调节有关。小脑接受肌肉与内耳的刺激，而作出反应。
不随意神经系统控制身体的无意识的机能。首先对不随意神经系统进行透彻研究的是加斯克尔（Gaskell，1886－1889年）和兰利（Langley，1891年及以后），他们证明这一神经系统虽然有一定程度的补助的独立作用，本质上仍然是脑脊髓系统的支脉，并且受它的总的控制。
巴甫洛夫在1910年指出，在研究高级神经作用时，不必象通常那样，引入心理学的概念。较简单机能的确定的无条件反射，可以变为受其他因素约制的较复杂的反射，但观察刺激与反应的方法仍可使用。如果一种现象经常与食物联系在一起，单单这种现象本身就能导致食物所引起的反射动作，例如开饭的铃声可以使人垂涎。这个研究方法没有涉及居间的意识的终极本性问题。但却促成了一个心理学派的诞生：行为主义的心理学，象生理学一样；在自己的研究中，对意识是不加注意的。
心理学
在十九世纪，韦伯（Weber）等首先把实验方法应用于心理学。由于在心理学中采用实验方法，以后的研究者就创立了一种可以明确列入自然科学之列的心理学。视、味、嗅、触等感觉的灵敏度，可以用机械的方法测量。比较复杂的同类测验，可以估计记忆、注意、联想、推理与其他心理功能；还有一套测验可以用来研究疲乏，对于刺激的反应，手眼间动作的配合。例如芝加哥凯洛尔（Kellor）女士就进行了一些实验来研究情绪对呼吸所产生的影响。结果她发现黑种女人不象白种女人那样容易受到影响。在这种研究中，心理学都使用了自然科学的客观的与分析的方法。
纯粹生理学家研究肌肉收缩，内分泌，神经冲动的传递及神经冲动与中枢神经系统的联系的物理学与化学，心理学家从精神角度研究这些身体上的表现。例如黑德爵士对于失语症一类病症的研究就远不止具有医学上的意义。1914－1918年大战中，神经病学家由于研究局部创伤在心理上的影响，而得到许多心理学上的新事实。
海尔巴特、穆勒父子（Mills）与贝恩等联想学派，以为自我并不象以前的正统观点所设想的那样是心理表象的预先存在的源泉，而是相异的观念的联想关系所形成的。巴甫洛夫所倡导的“条件反射”的生理学更促进了这种想法，自然要导致所谓行为主义的心理学。行为主义的心理学是沃森在1914年和以后的年份中创立的。这个学派的基本观念，在1894与1914年就已经由英国心理学家摩尔根（Lloyd Morgan）提出。动物心理学的美国学派就是他创立的。
这些研究者摆脱了用意识去解释动物的行动的流行观点，而动物的行为和人的行为，象客观地观察物理与化学的事实那样。没有人能从外面探测到他人的意识、感觉、知觉或意志；在研究刺激与反应时必须把这些放在一边。人眼的角膜一被触及，就要眨眼，观察者对于刺激所引起的感觉，实一无所知。
新生的婴孩不学而能的反应为数甚少，仅仅有呼吸与啼哭等基本动作。只有高声或骤失支持能引起他的畏惧。但只要某种条件几次伴随这些事件发生，小孩不久就学会对这种条件产生畏惧，而不问其间是否有真实的联系。换言之，即条件反射已经建立。这种条件反射一经建立之后，就只有通过打破自动的联想的“非条件化”的缓慢过程才能废止。
据沃森说，思想是一种第二性的产物，它是通过语言的习惯缓慢地获得的，正象打网球与高尔夫球的技巧是通过肌肉活动得来的一样。小孩喃喃自语，是外来刺激引起的一种反射行动，心灵上的形象是以词为中心而建立起来的，以后小孩才逐渐知道不高声讲话要更好一些。但他以为，刺激总是要引起不完全或不发声的言语。如果我们真的要思想的话，实在是先说而后想。
这一理论的确有几分真理。凡是注意倾听茶余闲话或政治辩论的人都不能加以否认；从心理学的观点看，这一理论也有不少可以学习之处。可是它的哲学意义却不应给予过高的估价。如果说按照机械学的定义，人可以看做是一架机器的话，那么，在行为主义者眼里，人就仅仅是刺激与反应的关系，因为行为主义，从它的定义与定理来说，只是一门研究刺激与反应之间的关系的学问。就行为主义的成功方面而言，它证明它的假设导致与事实不相违背的结果，但这些假设的最后实在性的证据，不管它的价值如何，是形而上学的，而不是科学的。
现代心理学，在工业问题上有一个实际的用途。工业活动需要人来做，而人是有情绪、偏见与冲动的，大半很难服从理智或“开明的自我利益”。工业心理学家的职责就在于研究这些因素和更简单的因素，如疲乏之类，这样来调整工序活动，使工作不致引起过分的疲劳与厌倦。
每个人在活动中都有自己的自然的节奏与一定的周期活动速度；如果要想得到最好的结果，就必须顾及这种个人的特点。工厂里体力劳动的程序，都经过精密的研究，务使工人的动作简单化，或更有节奏，以避免疲劳，而增进其生产的效率，在美国尤其是这样。
同样，教育心理学也开始用观察和实验的方法对儿童心理进行研究。人们已经发明了测验儿童的心理活动与敏捷程度的方法，还有日益增多的迹象说明，可以想出一些办法来发现特殊才能以决定儿童的前途。
心理学在医学上也日益重要。过去一直有人想要发现与心理变化相应的脑内的物质变化，但很少成功，就是在疯狂病人的观念和情绪完全错乱的情况下，生理与病理的测验方法也发现不了丝毫异常的状况。随着每一心境或思想的变化，的确有物质变化，这是无可怀疑的事，但在还没有确切了解以前，我们只能从心理学的角度去解释心理与其错乱。现代精神病理学所涉及的范围较其名称为广，因为变态的研究有助于常态的了解。精神病理学的兴起主要应归功于弗洛伊德（Freud）的研究成果所引起的广泛的兴趣。他研究了无意识的行动与其原因。他所用的方法后来形成一种考察心理的方法叫做“心理分析”法。弗洛伊德的研究成果在现代心理学里加强了决定论的观念。他认为自细小的过失一直到最宝贵的信念，一切的一切都是由于强有力的本能的作用所致。这些本能随身体而成长；如果它们的发展受到阻挠或歪曲，它们就可能成为精神不健康的原因。
心理学的另一种应用，就是所谓灵魂的研究，我们还不能断定这种研究是否能产生有科学价值的结果。在“唯灵论”的现象中，有许多是出于自欺或有意的诈骗。但在合格的观察者眼里，即使把一切欺骗成分除去，仍有一些现象不能解释，值得加以科学的研究。要考察这些现象，研究者必须有特殊才能，对歇斯底里和邪术家的法术都要有一些经验。灵魂研究学会的刊物中载有许多精细的研究，但唯灵论的解释是否合理，有资格的人士尚无一致的意见。在获得更多用严格的方法检验过的知识以前，我们最好不下判断。
人是机器吗？
在最近三百年的生物学史上，活力论与机械论互为消长。笛卡尔的二元哲学认为，肉体与灵魂相反，纯粹是机械的，确实是唯物主义的。十八世纪中期和末期的法国百科全书派更进了一步。他们把自己的哲学建立在牛顿的动力学基础之上，以为人（肉体与灵魂）不过是一架机器。这种见解，不但受到正统派的神学家的批评，而且受到其他作家的科学上更有力的批评。十八世纪末，主要由于比夏的影响，活力论又复指头。以伯纳德为领袖的十九世纪的生理学，加上自然选择的进化论，引起一种向决定论方向发展的反动，在德国的哲学上的唯物主义学派与生物学家（如海克尔等）中，这种倾向尤为显著。
诺登许尔德（Nordenskiold）与李约瑟对这场争论的最近历史作了扼要的叙述。实验生理学家与心理学家根据力学物理学和化学定律也适用于有生命物质的含蓄假定，不断地扩大研究范围，以为在这种范围内机械论似乎足以充分解释生命现象。但有些生物学家，感觉未知的境界还很宽广，或者对有生命的机体的表面上的目的性深有所感，因此又以为只有把有生命的物体看做有机的整体，才能解释事实。
在这些研究者之中我们不妨试举几人：冯·于克斯屈尔（VonUexkull），1922年以为有生命的机体的特点，在于它们是时间中的单元，又是空间里的单元；霍尔丹（1913年）以为在外部和内部环境改变的当儿，动物常有守常不变的倾向；杜里舒（Driesch）以为胚胎的早期发展只能以一种非物质的导引力量去解释。他如汤姆生（J．A．Thomson）、罗素（E．S，Russell）与麦克布赖德（WMcBride）等都在生命的复杂现象中，举出了一个或几个无法给予机械解释的事例。
至于哲学家里格纳诺（E．Rignano）认为有生命的物质的本质就是有目的性——有一定目的，力求达到一个目标。这种目的性控制了身体与心灵的生长与功用，远不是机械与化学的盲目力量所能及的。例如他说：
有生命的物质从溶解在营养液里的极复杂的化学物质之中，丝毫不差地吸取可以重建其机体、保持其本来面貌的化合物或化学基。正因为是选择，这个过程才有显著的目的性。
新活力论者的许多论据，建立在现今生物物理学与生物化学知识的空白上面。依赖这种暂时的无知是危险的。这些论据已有一些为新近的研究所驳倒。其他论据，如上面所引的里格纳诺的话，在发表时就已经可以加以驳斥。我们只须指出：有生命的物质除了吸取重建其机体的化合物外，也能吸收毒害它的毒物。
洛采认为世界上的机械作用是有绝对普遍性的，也完全是附属性的。只有机械论的看法才为实验者提供了可用的工作假设。这只是“一种观点”，但在它的范围以内，它是至高无上的。物理科学从数与量度的角度去看自然，机械论的思想线索则由心灵的机杼织到它的基本结构中去。目的论的方面同科学是格格不入的，也必然是格格不入的，虽然它也可能是实在的精神方面的一部分或整个过程的意义的一部分。
韩德逊（L．Henderson）提供另外一种解答。他指出环境也象机体一样带有目的论的痕迹。生命，至少是我们所知的生命之所以能够存在，仅仅是由于碳、氢与氧的特殊化学性质以及水的物理性质的缘故。生命也只能出现于我们这个世界上的温度、湿度等情况相宜的窄狭的条件范围内。因此，有机目的论当包含于宇宙目的论之中。
尽管生物物理学家与生物化学家用物理学和化学的概念解释生命现象，十分成功，愈来愈成功，作为一种哲学看，机械论也还有错误。从笛卡尔以来，机械论者以为物理科学揭示了实在，其实它只是从一个角度来看实在的抽象概念。因此，人们才周期性地认识到机械论不是对于实在的完备解释，这就自然要导致活力论，而认为有一种暂时地或永久地与肉体联系着的精神或灵魂，可以控制或甚至停止物理定律，以达到某种预定的目的。
活力论者的谬误，似乎在于他们企图把目的的概念应用于生理学上的有限度的科学问题。这些问题，按其性质，只能用物理学的分析方法去解决，至于目的（如果有所谓目的的话）只能在整个机体之中起作用，而且或许只有在用形而上学的方法研究实在时才能把这种目的揭示出来，因为只有这种研究才与存在的全体有关。
我们还必须指出：从1925年开始的物理学的最近的变化，看来很可能削弱了机械决定论的论据。哲学给科学上的决定论找到的最有力的证据，一向是从物理学中得来的，因为人们以为在物理学中，存在着具有数学必然性的体系。但如后章所述，新的波动力学好象说明测不准原理乃是物质的基本单元即电子的基础，因此要同时精密测定电子的位置与速度，是绝不可能的事。于是有人说，哲学上的决定论的科学证据已经被打破了，另外一些人则认为测不准原理不过是我们的测量系统无力处理这类实体的表现而已。
体质人类学
正如对于化石记录的不断的研究增强了我们对于动植物进化的一般学说的确切性的信念一样，二十世纪早期的古生物学上的发现，也证实了赖尔、达尔文、赫胥黎诸人关于人在自然界的地位的一般结论的真实性。此外，关于猿人及各类人种的起源的许多新证据也出现了。我们渐渐明白猿与人可能早在第三纪的新生代中期就互相分化出来。同时他们的血液相似的新资料则提供了生理证据，说明他们目前有着密切的亲缘联系。
1901年，安德鲁斯（C．W．Andrews）在埃及法尤姆（Fayum）发现的化石也许可以代表现今哺乳动物的祖先，他还预言早期类型的类人猿也可以在那里发现。这个预言后来在1911年为施洛塞尔（Schlosser）证实。在喜马拉雅山麓，皮耳格林（Pilgrim）寻得猿化石，其结构的特点，说明它们是人科的祖先。1912年，道森（Daw－son）与伍德沃德（Woodward）在英国苏塞克斯郡（Sussex）的辟尔唐（Piltdown）地方发现类人的遗骸，埋藏在新生代第四纪岩石之中，且有粗笨的火石工具。（见书末编者注）
1856年，在德国尼安德塔（Neanderthal）山谷中第一次发现了尼安德塔人的骸骨。以后在其他地方又有同样的发现，因而大大增进了我们对尼安德塔人的了解。这些化石说明尼安德塔人头大而扁平，眉峰凸出，面孔粗糙，脑虽大但前部却不完全。尼安德塔人所代表的种类的年代当在包括现有一切种族的所谓智人以前，而且更为凶猛。
尼安德塔人以后，在欧洲有身材高大，头颅椭长的克罗马努（Cro－Magnon）人，实在是智人的一种。这种人的火石工具比较完善，其洞穴壁上的图画，颇有艺术意味。其他同时或继起的人种，和克罗马努人不同，分别命名为索鲁特里安（Solutrian）人，与马格德林尼安（Magdalenian）人等。这以后出现新石器时代的各族人民。他们在游荡中，把埃及和美索不达米亚的伟大文明传播到西欧。
二十世纪初，英法两国的人都普遍地相信相似的文化可以在世界各种族里独立发生，这信念反使人对于有启发性的相似之点熟视无睹。另一方面，有一个重要的德国的学派，为拉策尔（Ratzel）1886年所创立，其后又有施米特（Schmidt，1910年）与格雷布纳（Graebner，1911年）的研究加以支持。这个学派认为相似的艺术文化起源于各民族的混合。里弗斯（W．H．R．Rivers）对太平洋岛屿民族的各种关系、社会组织和语言，进行了足资楷模的研究，也得到相同的见解。里弗斯的早死是人类学上一大损失。他在1911年促请人们注意德国人的研究成果。这一理论后来也为研究他种艺术的人所采用。斯密斯（Elliot Smith）在研究以香料保存尸体的技术时，尤其是这样。事实上，到处都有建立独石碑柱和其他石结构的风俗，它们的方位与太阳和星星既有关系，而且又和埃及的模型相似，可见即使种族不一定同出一源，文化也是同出一源的。
社会人类学
二十世纪内，如果说体质人类学大体上遵循达尔文与赫胥黎所奠定的路线发展的话，那末社会人类学就开辟了新的途径。这有几个原因：第一，象里弗斯那样的人久居于原始民族中，对于原始民族的心理有了更亲切的认识；第二，哈里森（J．E．Harrison）与康福德（F．M Cornford）等人对希腊宗教进行了研究；第三，弗雷泽、里弗斯、马林诺夫斯基等人类学家搜集了遍及全世界的大量资料。里弗斯的工作所以重要，不仅是因为他搜集了不少关于原始生活的事实，而且因为他引起了一场方法上的革命。他发现以前探险家用来发问的概括性的话语，完全不是原始人所能了解的。例如问某人是否可以或为什么可以娶他的亡妻的妹妹，这是无用的话。你得先问；“你能娶那女人么？”然后再问：“你和她与她和你的关系怎样？”一般性的规则必须由个别的例子缓慢地综合而成。根据他在大洋洲的研究，里弗斯断言有一种敬畏和神秘的模糊感觉，一般叫做“马那”（mana），是巫术与宗教的来源，比泰罗所说的精灵崇拜更为原始。
经过长期研究野蛮地区至今仍然存在的原始形式的宗教，人们的观点完全改变了。过去，不论是信徒还是怀疑者，都以为宗教是一组教义，如果是他们所信仰的，便叫做神学，如果是其他民族的宗教，则叫做神话。就是在人们把仪式考虑在内的时候，人们也认为仪式只不过是公开表示已经规定和固定下来的信仰的一种形式。而从一个观点来看构成宗教的本质的“内在精神祈祷”却大半受到忽视，或者与教义混为一谈。不但如此，宗教信条，还形成一套完备而不可改异的教义，一劳永逸地照示世人，由一部神圣的经典和一个神圣的教会维护。人们的义务只是接受信条和遵循教规而已。
但哈里森女士说：
宗教总是包含两个因素：第一，理论的因素，即人对于不可见者的看法——他的神学或神话。第二，人对于不可见者的行为——他的宗教仪式。这两个因素很少完全分离，它们是以各种不同的比例混合起来的。上一世纪的人主要是从理论角度把宗教看做是教义。例如希腊宗教，在多数有教育的人看来，就是希腊神话。但一加粗略的考察，便知希腊人与罗马人都没有任何信条与教条，没有任何硬性的信仰条目。只有在希腊的祭仪里我们才能找到所谓“忏悔式”，可是并不是表白信仰，而是表白自己所举行的仪式。我们研究原始人的宗教时，很快就看到模糊的信仰虽多，确定的信条却几乎没有。仪式占有优势而且是强制性的。
我们是由于研究野蛮人才注意到仪式压倒信条和先于信条的现象，但这种现象马上就同现代心理学不谋而合。一般人的信念以为我思故我行；而现代科学的心理学则以为我行（或者不如说我对外界刺激有所反应）故我思。因此发生一串的循环现象：行动与思想又成为新的行动与新的思想的刺激。
真正“盲目的异教徒”并不向木石叩头，而只忙于施行巫术。他并不向神祈求晴天和阴雨；他跳一次“太阳舞”，或学作蛙鸣，希望大雨来临，因为他已经懂得把大雨和蛙鸣联系起来。在许多图腾信仰中，人认为自己与一种动物有密切的联系，而把它看作是神圣的。有时这种动物被看作“禁物”，而不可接触；有时野蛮人食了它的肉，就觉有勇气与有力量。有节奏的舞蹈，不论是否借助于酒力都可以引人达到狂欢的境界，使意志获得自由，使人觉得自己有一种超越平常限度的力量。野蛮人不知祷告，但有愿望。
巫术对宗教的关系和对科学的关系如何，仍然是一个争论的问题。巫术企图迫使外界事物服从人的意志。原始形态的宗教想依靠上帝和多神的帮助来影响外界的事物。科学比巫术有更清晰的洞察力，它谦卑地学习自然的法则，通过服从这些法则而取得控制自然的能力，这正是巫术误认为自己已经获得了的能力。无论这三者的实在关系为何，巫术好象终归是宗教与科学的摇篮。
野蛮人由于希望实现自己的意志，就创立了一种仪式，然后就利用这种仪式与他们的原始的观念形成一种神话。他们不能分别主观与客观；凡是他所经验之事：感觉、思想、梦幻或甚至记忆，他都以为是实在的、客观的，虽然实在的程度或许有差别。
斯宾塞说野蛮人因为梦见死了的父亲，想加以解释，就创造了一个灵魂世界。可是原始人并没有斯宾塞这种复杂的推理能力。梦境对于他是实在的，也许不象他现在还活着的母亲那样实在，但却不是假的。他并不寻求解释，而把梦境当做实在加以接受，他的父亲在某种意义上还活着。他感觉自身有一种生命力，他虽然摸不到它，它却是实在的，因而他已死的父亲也必定有这种生命力。父亲死后，这种生命力不再寄寓在他的肉体内，但它又在梦中回来：这是一种气息、形象、幻影或鬼魂。这是生命本质与可以分离的幽灵的混合体。
泰罗指出野蛮人力求把常见之物分类，以达到类的概念，因而他们深信同种之物属于一家，有一个部落守护神保护它们，并有一个名称，以某种神秘的方式，包含它们的共同的本质。在野蛮人看来，数也是超感觉世界的一部分，而且本质上是神秘的，也是宗教的。“我们能接触并看见七个苹果，但七自身是一奇异的东西，由此物移至彼物，赋予物以七的意义，因此，它应是上界的仙人。”
仪式、巫术与有节奏的舞蹈等神秘经验，就和这种梦、鬼、名、影、数等混乱的超感觉境界揉合在一起。这些因素相互作用，野蛮人或许就凭借这种交织在一起的感觉与行动形成一种神的概念。
弗雷泽的主要著作《金枝集》是最惊人的社会人类学资料汇编。这部书初版二卷，刊行于1890年，1900年再版，扩大成十二卷。在这部巨著中，弗雷泽描述了原始的风俗、仪式与信仰，其例证取自各种价值不等的来源，如石刻铭文，古代与中世纪的史籍，现代旅行家、传教士、人种学者与人类学家的记载。有些权威学者以为巫术是宗教与科学的共同来源，弗雷泽则认为它们是次第产生的。当巫术企图直接控制自然失败以后，人们就用崇拜与祈祷的方式，祈求神给与这种能力；在人们看到这样做也没有效力并且认识天津不变时，他们就踏入科学之门。
另一方面，马林诺夫斯基认为原始人把可以凭借经验性观察处理、可以因袭相传的简单活动，同需要祈诸巫术、仪式和神话的、他们所无法直接控制的无法预料的事件，截然地区别开来。马林诺夫斯基说：宗教的起源应当到人对于死亡的反应中去寻找，它的基本内容在于信仰一个伦理的神灵，在于希望复活。科学是从人们在各种生活技术和手艺中获得的逐渐增多的经验中产生出来的。但也有人认为原始人的心灵不能明确辨别自然与超自然的界限。人感觉自己有控制自己的思想的能力，野蛮人把这种能力扩大，以为自己也能控制外物。在他们梦见亡故的父母时，梦境中出现的朦胧的影子就上升成为朦胧的神。这些神想必也能控制万物，比较他自己的能力还大。在酒与舞蹈的刺激下，他感觉自己的能力扩大了，他的灵魂受了这些神的感召。还有受到更大神感的人；他们的君王与祭司，简直就是神了。
交感巫术企图用仿效自然现象或其效果的方式来复制自然现象，演变下去，就成为原始宗教的许多象征性的仪式。蔓延最广的仪式莫过于每年季节循环的戏剧：播种、生长、收获时节的毁灭、新春时节的万物复苏——这些都用无数的方式加以象征，流行于许多时代与许多地方。人们最初是举行仪式，诵念，符咒，以使雨落、日出、生物繁殖。后来，人们又感觉有某种更深刻而神秘的原因在幕后起作用，而且以为生长与凋谢必是神的力量涨落的影响。
这些神与把神的仪式特别流行干地中海东面各地，神的名称有沃西里斯（Osiris），塔穆兹（Tammuz），阿多尼斯（Adonis）与阿提斯（Attis）。巴比伦与叙利亚人的塔穆兹变成了希腊人的阿多尼斯。塔穆兹是伊什塔尔（Ishtar）的丈夫，她是司丰产的女神。阿多尼斯是阿斯塔尔特（Astarte）或阿弗罗代特（Aphrodite）的爱入。他们的结合对于大地丰产是必要的，因而有许多仪式和神秘剧在他们的庙中表演，庆祝他们的结合。阿提斯是众神之母西伯耳（Cybele）的儿子，这位女神从前住在弗里季亚（Phrigia）国，于公元204年前被带到罗马。举例来说，从在叙利亚的喇·香拉（RasShamra）地方发掘出来的古物中，就习以看出有这样一种祭仪。巴勒斯坦好象也受到这种影响。可是《创世记》的作者认为：既然上帝在天上放虹，这样的仪式是不需要的：“他还存留的时候，稼穑、寒暑、冬夏、昼夜就永不停息了”。
这些巫术祭仪的祀神仅节大同而小异。每年都要哀悼神的死去，杀一个人或一个牲畜，以为象征，并于次日或另一季节内欢呼其复活。在有些祭仪里，祭礼在冬至日举行，以庆祝新年、太阳或代表太阳的为处女所生的神的诞生。
普卢塔克与希罗多德关于埃及的神爱西斯（Isis）与沃西里斯的故事更加复杂，但其根本观念与象征意义则完全相同。在希腊化时代主要的埃及神有爱西斯，安努比斯（Anubisit）（导引灵魂至永生界之神）与塞拉皮斯（Serapis），这是“埃及王托勒密一世有意识创造的，是现代人造成功的唯一的神”。塞拉皮斯就是沃西里斯，加上希腊的色彩，目的在于把希腊人与埃及人联合于共同崇拜之中。埃及人不要他，于是他就成为亚历山大里亚的希腊神；他和他的妻子在地上的化身便是托勒密皇帝和皇后。
崇奉古波斯米思拉（Mithras）神的祭仪宗教，一方面与地中海边信奉西伯耳神的宗教极其相似，另一方面又与基督教相似；早期基督教神父很可能认为这种相似是妖魔以假乱真的诡计。当时，这个信奉米思拉的宗教是基督教的劲敌，它有隆重的仪式，又有道德的纯洁与不朽的希望。事实上，有一个时期，这两种宗教在争夺罗马世界的斗争中，似乎就旗鼓相当，不分上下。
基督诞生的前后几个世纪之内，对于古典神话的信仰已经衰微，帮助米思拉神教填补了这种衰微所留下的空隙的是同米思拉神教相似的其他祭仪宗教。这些宗教都企图通过入教与神交的仪式而与神合为一体。这种入教和通神的仪式，显然是由更原始的祭仪而来。弗雷泽爵士详细讨论了无数神交仪式的例子以及这种神交仪式与各地原始人民的图腾主义和崇拜自然的祭仪之间的联系。然后，他写了下面一段：
我们从这里很容易了解野蛮人为什么喜欢吃他们奉为神灵的人或兽的肉体。因为吃了神的身体，便可得到神的属性与能力。如为谷神，谷便是他的身体；如为酒神，葡萄汁便是他的血；所以信徒吃了面包与饮了酒，便取得神的真实肉体与血液。因此在把酒神〔如第沃力索斯（DionysOs）］的仪式里饮酒不是放纵行为而是严肃的圣礼。
信仰虽有变迁，古代的仪式依然存在，而且升华为高级宗教的圣礼。以后就出现了罗马哲学家或新教改革者的批判精神。西塞罗说：
当我们称谷为谷神，称酒为酒神的时候，我们只是使用一种譬喻手法，我们想象到会有什么人愚蠢得竟然相信他所吃的东西是神吗？
这种批评精神的谬误在于它以为人们的宗教信仰与其仪节只靠理智便可以成立，而不知人们的本能是百万年来信奉巫术和崇拜精灵的祖先的遗传。罗马教会在实践中，从来没有犯过这个错误，虽然在理论方面，它却把自己的哲学——中世纪后半期与十九世纪的——建立在阿奎那的唯理论的基础之上。
除公元第一世纪的正式的宗教与哲学之外，暗地里还普遍流行着这些更原始的异教仪节与信仰，而且其中还掺和着在这些信仰中和《旧约》所载的希伯来人的某些祭仪中都可以找到的那种牺牲观念。要想了解基督教发展初期一般人的心理情况，不应忽略这种原始的与东方的观念的暗流。
弗雷泽对于基督教里所混杂的东方因素，有如下的叙述：
被误认为是神灵附体的失神的疯癫，肢体的残毁重生的理论与流血赎罪，都起源于野蛮时代，自然能够吸引野性本能尚强的民族。……把粗暴的野蛮性和精神希冀奇妙地结合起来的崇奉大母（即地神）的宗教，只是许许多多类似的东方信仰的一种。这些信仰后来在异教盛行的时代，传播于罗马帝国，并把异教的生活理想贯注在欧洲民族心中渐渐摧毁了整个古代文明的大厦。希腊与罗马社会建立在个人服从集体、公民服从政府的概念上；国家的安全是个人行为的最高目的，远在个人安全之上，无论在现世或来世都是这样。……这一切都因为东方宗教的传播发生改变，因为这些宗教倡导灵魂与神交通与永远得救是生活的唯一目的，在这种目的的相形之下，国家的繁荣，甚至国家的存在，就变得无关紧要了……这种见解深入人心历时一千多年。直到中世纪末，罗马的法律、亚里斯多德的哲学与古代文艺复兴起来，欧洲才恢复其固有的生活与行为的理想，对于世界才有了更健全更合人性的见解。文明进展的长期停顿才告终止。东方侵略的潮流终被阻止。
持相反见解的人，也许可以满有理由指出这节论证欠圆满。如果神秘主义者的基本假设是正确的，则人的灵魂与神的交通实较政府与民族更为重要。不管人们在这两种相反的生活理想之间作怎样的选择，象弗雷泽这样一位对这门知识有很大贡献的专家的意见一定是值得注意与尊重的。
现代历史研究与人类学研究对基督教的起源与意义问题所产生的影响是一个更深刻而更重要的问题。这个问题至今仍在讨论之中。在这一讨论里，因袭的与先入为主的成见往往这样或那样地影响理性的运用。显然传统的基督教义有许多地方与以前或同时代的宗教的类似信仰相似，而且基督教的仪式也有许多地方与异教的祭仪相当。有人以为这些相似之点，说明基督教也应列入第一世纪祭仪宗教之内。又有人指出，近来的人类学的推论或许言过其实。祭仪宗教与早期更原始的祭礼间的关系现在肯定已更加明了，但是祭仪宗教的存在与性质，早为史学家与神学家所熟知。形式的相似并不一定表示来源与意义是相同的。
我们对于基督教，无论采取正统的见解与否，都必须承认现代人类学一方面帮助我们更好地了解到心理学与基本宗教（对于不可见的神力的直接的领悟）的联系，另一方面也帮助我们更好地了解到原始信仰与比较进步的神学的联系。
科学史及其与哲学和宗教的关系--第十章 物理学的新时代
第十章 物理学的新时代
新物理学——阴极射线与电子——阳极射线或原子射线——放射性——X射线与原子序数——量予论——原子结构——玻尔学说—一量子力学——相对论——相对论与万有引力——物理学近况——核型原子——化学
新物理学
十九世纪最后十年以前，物理科学一直循着第六章所叙述的发展路线前进。当时以为物理学的主要框架已经一劳永逸地构成了。以后需要做的一点点工作就只是把物理常数的测量弄得再准确一些（小数点后面的数字再推进一位），并把看起来往往很快就能解决的光以大结构的研究工作再推进一步。二十世纪的前三十年，这一牛顿的体系渗入新的物理学学说中。在解释实验的结果时，起初这一体系唯一无二的学说，后来便和其他学说并用。慢慢地才发现还需要一些全新的概念。
新物理学可以说是从1895年慕尼黑伦琴（Wilhelm KonradRontgen，1845－1923年）教授发现X射线时开始的。在这以前，已经有很多人对气体中的放电进行实验，特别是法拉第、希托夫、盖斯勒（Geissler）、戈尔茨坦（Goldstein）、克鲁克斯等人和后来的人J．汤姆生（1856－1940年），即剑桥大学三一学院的主任教授约瑟夫·汤姆生爵士。但是只有持具远见的人才觉得这些实验重要，而最先引起物理学家注意这些实验的，便是伦琴的工作。
伟大发现之出于偶然，常较一般人所想象的为少。不过伦琴找到X射线的踪迹却是偶然的，这件事的确迟早要发生，但仍然是偶然的。伦琴发现紧密封存的底片虽丝毫不暴露在光线下，如果放在高度真空的放电管附近，仍然会变灰黑而至毁坏。这说明放电管内发出某种能穿透底片封套的光线。
伦琴发现，一个涂有磷光质，如铂氰酸钾的幕屏放在这种放电管附近时，即发亮光；金属的厚片放在管与磷光屏中间时，即投射阴影，而轻的物质，如铝片或木片，平时不透光，在这种射线内投射的阴影却几乎看不见。所吸收的射线的数量似乎大致和吸收体的厚度与密度成正比。真空管内的气体愈少，则射线的贯穿性愈高。具有相当“硬度”的射线，可使肌肉内的骨骼在磷光片或照片上投下阴影。因此，在有了适当的技术之后，这一事实对于外科医术，就具有无上的价值。
从纯粹科学的观点来看，继X射线之后，J．J汤姆生等人又有一个更重要的发现：当这些射线通过气体时，它们就使气体变成导电体。在这个研究范围内，液体电解质的离子说已经指明液体中的导电现象有类似的机制。液体电解质的离子说是由法拉第创立的，后来主要由科尔劳施、范特-霍夫和阿累利乌斯加以发展。现在这个气体的离子说证明是更加成功。
在X射线通过气体以后，再加以切断，气体的导电性仍然可以维持一会儿，然后就渐渐消失了。汤姆生与卢瑟福又发现：当由于X射线射入而变成导体的气体，通过玻璃绵或两个电性相反的带电板之间时，其导电性就消失了。这说明气体之所以能导电是由于含有荷电的质点，这些荷电的质点一与玻璃绵或带电板之一相接触，就放出电荷。卢瑟福又发现：在导电的气体内，电流的强弱起初和电动势成正比；但如果电动势继续增高，则电流的增加渐渐变慢，最后达到一个最大的饱和数值。从这些实验可以明白，虽然离子是液体电解质中平常而永久的构造的一部分，但在气体中，只有X射线或其他电离剂施作用时才会产生离子。如果听其自然，离子就会渐渐重新结合而至消失。玻璃绵的表面很大，可以吸收离子或帮助离子重新结合。如果外加的电动势相当高，便可以使离子一产生出来就马上跑到电极上去，因而电动势再增高，电流也不能再加大。
伦琴的发现还开创了另一研究领域——放射现象的领域。X射线既然能对磷光质发生显著的效应，人们自然要问：这种磷光质或他种天然物体，是否也可以产生类似X射线那样的射线呢？在这一研究中首先获得成功的是亨利·柏克勒耳（Henri Becquerel）。他在1896年2月发现，钾铀的硫酸复盐发出的射线，可以穿透黑纸或其他不透光的物质，对照相底版发生影响，后来他发现铀本身与其所有化合物都有同样的作用。
次年，1897年，是以超原子微粒（即远比任何元素的原子更轻的质点）伟大发现著称的一年。物理学的新肘代从此开始了。
阴极射线与电子
当一只装有铂电极的玻璃管，经抽气机逐渐抽空时，管内的放电在性质上就经历多次变化，最后就在玻璃管壁上或管内其他固体上产生磷光效应。然后，这些物体就成为X射线的来源。1869年，希托夫证明放在阴极与玻璃壁间的障碍物，可以在玻璃壁上投射阴影。1876年，戈尔茨坦证实希托夫的结果，而创造“阴极射线”一词，他以为这种射线是和普通光线同一性质的以太波。另一方面，伐利（Varley）和克鲁克斯提出证据——例如，这些射线在磁场中发生偏转——说明它们是由阴极射出的荷电质点，因撞击而产生磷光。1890年，舒斯特（Schuster）观察了它们在磁场中的偏转度，测量了这些假想质点的电荷与其质量的比率，而估计这一比率为液体中氢离子的比值的500倍左右。他假定这些质点的大小与原子一样，推得气体离子的电荷远较液体离子为大。1892年赫兹发现阴极射线能贯穿薄的金片或铝片。这一发现，似乎与组成射线的质点为普通原子流或分子流的想法颇难调和。1895年，贝兰证明：这些质点偏转到绝缘的导电体上时，就把它们所有的负电荷给与导电体。在1897年，质点的速度及其电荷e与质量m的比值，为几个物理学家测定之后，它们的性质的问题就得到了解决。一月间，维歇特（Wiechert）证明几种射线的速度约为光速的十分之一；而其e／m则等于电解液中氢离子的比值的2000至4000倍。他按电容器的振荡周期测量速度，而按磁场中的偏转测量e／m。七月间考夫曼（Kaufmann）发表他的实验报告：他从电极间的电位差与磁场中的偏转，求得质点的能量。同时J．J汤姆生将这些射线导入绝缘的圆柱，测量其电荷，并观测其给予温差电偶的热量，而求得其动能。最后他于十月间发现在高度真空下，阴极射线不但能为磁场所偏转，也能为电场所偏转，他因而测量了这两种偏转度。
图11表明汤姆生用来进行上述有历史意义的实验的仪器。一支高度抽空的玻璃管装着两个金属电极：阴极C和开有小缝的阳极A。从C发出的阴极射线的一部分，穿过小缝后，再为第二个小缝B所削细。这样得到的小束射线，经过绝缘片D与E之间，射在玻璃管他端的荧光幕或照相底片上。如将绝缘片连于高电压电池的两极，则其间产生电场。整个仪器放在一强力的电磁体两极中间，使得射线也受到磁场的作用。
假定阴极射线是荷有负电的质点的急流，由简单计算可以看出，射线的电场偏转度，亦如其磁场偏转度，是依质点的速度v及其电荷与质量之比e／m而改变的。所以通过测量电场与磁场的偏转度，便可求得v与e／m的数值。
汤姆生求得质点的速度在光速的十分之一左右，而略有变化，但其e／m则不管气体的压力与性质及电极的性质如何，均无改变。在液体电解质中，以氢离子的e／m为最大，约为10，000或104。汤姆生求得气体离子的e／m为7．7×106，换言之，即为液体中氢离子的e／m的770倍，而考夫曼在1897年12月所求得的更精密的数值为1．77×107。这些结果也许表明，在气体内的阴极射线的质点中，不是象舒斯特所预料的那样，电荷比在氢原子中大得多，就是质量小得多。汤姆生暂时假定这些质点比原子小。他以牛顿所常用的微粒那个名词去称呼它们，并且说它们是我们寻求多年的各种元素的共同成分。但是当时还没有明确的证据可以证明这些微粒所负的电荷，不比电解质中单价离子所负的更大，因而也无法计算其质量。所以电荷的疑案就成了急待研究的下一个问题了。
1898和1899年，汤姆生测量了X射线在气体中所造成的离子的电荷。他利用威尔逊（C．T．R．Wilson）在1897年所发现的方法，即离子和尘埃一样，可以成为潮湿空气中蒸汽凝成雾滴的核心。从这些雾滴在空气阻力下降落的速度，可以计算出雾滴的大小。从凝结的水的体积，可以求得雾滴的数目，再从已知电动势所产生的电流，可以求得电荷的总量。不久以后，汤森（Townsend）测量了离子渗入气体的扩散速度，而由此计算出离子的电荷。到了1899年，汤姆生用云室法与磁场偏转法，测量了相同一种质点（以紫外光射在锌片上所产生的质点）的电荷e和e/m。所有测量结果都证明：在实验误差限度以内，气体质点的电荷与液体单价离子的电荷相符合。事实上，在米利根（Millikan）新近的实验结果中，这两个数字相差不及四千分之一。
由此可见，并非微粒的电荷比液体中氢离子的电荷更大，而是其质量更小。这些微粒是原子的一部分，无论元素的性质如何，均为其原子共有的成分。从汤姆生最初的实验来看，每一微粒的质量似约为氢原子的1／770。但从上述考夫曼测量的e／m，已可求得较精密的结果。自此以后关于微粒的电荷与其e／m，接着又有新的测定，最著名的是米利根的测定。他在1910年改进威尔逊的云室法，又在1911年测量了小油滴在被电离的空气中降落的速度。当一油滴捉到一离子时，其速度便忽然改变。这样求得离子的电荷为4．775×10-10静电单位。这说明这些微粒或电子的质量，为氢原子的1／1830。从气体分子运动论可求得一个氢原子的质量约为1．66×10－24克，所以一个电子的质量约为9×10－28克。
这个伟大的发现终于解决了一个古希腊留下的问题：即不同的物质是否有共同的基础的问题。同时也阐明了“带电”的意义。汤姆生当时发表其个人的观点说：
我认为一个原子含有许多更小的个体；我把这些个体叫做微粒。这些微粒彼此相等；其质量等于低压下气体中阴离子的质量，约为3×10-28克。在正常原子中；这些微粒的集团，构成一个中性的电的体系。个别的微粒，行为虽然好象阴性的离子，但聚集于中性的原子中时，其阴电效应便为某种东西所抵消。此种东西使微粒散布的空间，好象有与这些微粒电荷之和相等的阳电似的。气体的带电现象，我认为是由于气体原子的分裂，致使微粒脱离某些原子。脱离出来的微粒，性质如阴性的离子，每个都荷有一值量的阴电，为简便计，我们名之为单位电荷。剩余的原子的另一部分，性质如一阳性的离子，载有一单位的正电荷，还有比阴电子更大的质量。由此观之，带电现象主要是由于原子的分裂，其中一部分质量被放出，而脱离了原来的原子。
这些新发展与前不久的一种研究，颇有关联之处。按照麦克斯韦的理论，光既然是一种电磁波系，那么光必定是由振荡的电体所发出的。由于光谱是元素所特有的而不是元素的化合物所特有的，所以这些振荡体（或称振子）必为原子或原子的一部分。依照这种推理，洛仑兹（Lorentz）在汤姆生的发现的前几年，创立了一种物质的电学说。这个学说预料，光谱的出现当受磁场的影响，而这一预料已为塞曼（Zeeman）所证实。塞曼在1896年发现光源放
在强磁场之内时，其所发纳光谱的谱线即行变宽。他后来又以更强的磁场将单一谱线分成了两条或多条。根据测量这些线条之间的距离所得的资料，按照洛仑兹的学说，可以算出振荡质点的电荷与其质量之比e／m的新值。如是求得此值的数量级为107电磁单位，根据更精密的测量算出，此数字为1．77×107，与根据观察阴极射线和他法所得的结果甚为符合。
洛仑兹利用斯托尼（J．Stoney）所定的名称“电子”来称呼这些振动的带电质点，而塞曼效应的发现与测量证明，它们就是汤姆生的微粒。我们可以把它们当做是孤立的阴电单位。拉摩（Larmor）以为电子既然有电能，就必定有与质量相当的惯量。这样，洛仑兹的学说就成为物质的电子学说，而且和由汤姆生发现而来的观点完全融合在一起。只不过汤姆生是用物质去解释电，而洛仓兹却是用电来解释物质。
应该指出，当时还有一个默认的假设并没有为后来的研究所证实。这一假设认为，原子中的微粒或电子是按照牛顿的动力学运动的，在最初的时候，人们甚至把原子比做一个小型的太阳系，电子在其中的运动有如行星之绕太阳。但在1930年以前，我们明白这种行星轨道的概念，并不一定符合事实，因而应该放弃。
接着人们便发现还可以用许多别的方法获得微粒或电子：例如高温下的物质及受到紫外光作用的金属，都能发出电子。这些效应由勒纳德（Lenard）、埃尔斯特（Elster）和盖特尔（Geitel）、理查森（O．W．Richardson）、拉登堡（Ladenburg）等人加以研究，此后这种热效应在无线电报与电话所用的热离子管中就取得了重要的实用意义。
阳极射线或原子射线
由上所述，阴极射线是在真空管放电时，自阴极射出的。其对应的、自阳极发出的阳射线，是戈尔茨坦在1886年发现的。观察阳射线的方法是在阳极对面的阴极上穿些小孔，这样在放电时，便有发光的射线经过这些孔，人可以在阴极以外去观察它。维恩（Wien）和汤姆生在1898年先后测量了这种“极隧射线”的磁偏转与电偏转。其e／m的数值表明这种阳射线是由质量与普通原子或分子相近的阳性质点所组成的。
汤姆生在1910年和1911年把阳射线的研究推进了一步。他利用一个高度抽空的大仪器，在阴极装上一个长而细的导管，这样便带到一个很细的射线束，其位置可以在仪器内的照相底片上加以记录。妥善安排磁力与电力，使二者所生的偏转互成直角。由于磁偏转与质点的速度成反比，而电偏转与其速度的平方成反比，如果射线中有速度不同的同类质点，则照片上将呈现抛物线形的曲线。但实际出现的曲线则视仪器中残存气体的性质而定。如气体为氢，则基本曲线所给与的e／m为104或m/e为10－4，与液体电解质中氢离子的数值相等。第二条曲线所给出的值为前者的两倍，即表明有一种氢分子，其质量二倍于负有一个单位的电荷的氢原子的质量。其他元素给出多条抛物线组成的复杂体系。每个元素的m／e 与氢原子的m／e之比，汤姆生称之为“电原子量”。
汤姆生考察氖元素（原子量为20．2）时，发现两条曲线，一条表示原子量为20，另一条表示原子量为22。这说明，普通制备的氖气可能是两种化学性相同而原子量不同的元素的混合物。某些放射现象也说明有这种元素，并且可以给予解释，索迪（Soddy）把它们叫做“同位素”（希腊文τσοτοποs，即在周期表中占同一位置之意）。
汤姆生的实验由阿斯顿（Aston，1877－1945年）加以继续和发展。他用改进的仪器，求得各元素的有规律的“质谱”。这样就证实氛有同位素。氯的原子量为什么是35．46，也是化学家长久所不了解的，至此也证明氯是原子量为35与37的两种氯原子的混合物了。阿斯顿于他种元素也得到相似的结果。如果将氧的原子量定为16，则其他所有已经测验过的元素的原子量，都非常接近整数，差别最大的是氢的原子量，它不是1，而是1．008。这些原子量所以与整数有微小差别，是由于原子核中阴阳二单位体密积在一起的缘故。这个问题还要在后面详细讨论。
这样，阿斯顿就澄清了另一老问题。纽兰兹与门得列耶夫的工作，证明各元素不同的性质与其原子量的陆续增加有某种关系，因而不可避免地说明原子量自身应当形成一个简单顺增的序列。普劳特关于各元素的原子量都是氢原子量的倍数的假说，至此证明接近真实。至于其中的稀微差异，在现代原子论中，既可予以解释，也饶有趣味。
放射性
在柏克勒耳对于铀的放射性质进行了创始的观察以后，跟着便发现铀的射线亦如X射线，能使空气和他种气体产生导电性。钍的化合物也经人发现有类似的性质。1900年，居里（Curie）夫妇进行了有系统的研究，在各种元素与其化合物以及天然物中寻找这种效应。他们发现沥青铀矿与其他几种含铀的矿物，比铀元素本身更为活跃。他们采用化学方法，即按其放射性分离了沥青铀矿的成分。于是三种很活跃的物质，即镭、钋与锕的盐就由几位学者分离出来。其中最活跃的是镭，是居里夫妇与贝蒙特（Bemont）合作而发现的。沥青铀矿中镭的含量极微，许多吨的矿，经过漫长而繁重的工作，仅能分离出一克的极小分数的镭盐。
1899年，蒙特利尔（Montreal）的卢瑟福教授，即以后的剑桥大学教授卢瑟福爵士，发现铀的辐射里有两部分，一部分不能贯穿比1／50毫米更厚的铝片，另一部分则能贯穿约半毫米的铝片，然后，强度就减少一半。前者，卢瑟福叫做α射线，能产生最显著的电效应；而贯穿性较大的一部分叫β射线，能通过不漏光的遮幕，而使照相底片变质。以后又发现第三种更富贯穿性的辐射，称为γ射线，在贯穿一厘米厚的铅片之后，还能照相，并使验电器放电。镭放射所有这三种射线比轴容易得多，与其一般活动性成比例，所以研究这些辐射，也以用镭最为便利。
贯穿性中等的γ射线，容易为磁铁所偏转，而柏克勒耳还发现它们也为电场所偏转。柏克勒耳确凿地证明它们是射出的荷电质点。进一步的研究，证明β射线在一切方面都象阴极射线，虽然其速度约为光速的60至95％，但比已经试验过的任何阴极射线的速度都大，所以B射线就是阴性的微粒或电子。
强度足够使B射线产生相当大的偏转的磁场和电场，并不足以影响很容易被吸收的a射线。虽然在1900年前后，人们已经认为α射线很可能是荷阳电的质点，其质量较组成阴性B射线的质点的质量大，但在若干时期以后，才由实验证明它也能为磁场和电场所偏转，但其方向与β射线偏转的方向相反而已。卢瑟福在1906年对于α射线进行实验，求得其e／m为5．1×103。电解波中氢离子的e／M为104。因为已有证据（见后）表明，α射线是氨的组成物，由此可知α质点是荷有二倍于单价离子的电荷的氦原子（原子量为4）。它们的速度约为光速的1／10。
贯穿性最强的Y射线，不能为磁力或电力所偏转。它们与其他两种射线不是同类的，而和X射线相似，由一种与光同性质的波所组成，其波长经康普顿（A·H．Compton）、埃利斯（C．D．Ellis）与迈特纳（Fraulein Meitner）等测量，远比光波为小。它们似乎也象某些X射线一样，含有发射体所特有的各种单色成分。
1900年，威廉·克鲁克斯爵士发现，如果以碳酸氨使铀自其溶液中沉淀，而再溶其沉淀物于过量的试剂中，则所余留的为少量不浓的渣滓。这点渣滓克鲁克斯称为铀-X以照相法试验，异常活动，但再溶解的铀，则无照相效应。柏克勒耳也得到相似的结果：他发现活动的渣滓如果搁置一年，则丧失其活动性，而不活动的铀反恢复其固有的辐射性。
1902年，卢瑟福与索迪发现铁也有相同的效应，即在为氨所沉淀时，钍的活动性，即消失其一部分。滤液蒸干，则产生放射性极强的渣滓。但经过一月，渣滓的活动性丧失，让则恢复其原有的活动性。这种活性的渣滓，钍-X，证明是另外一种化学物质，因为它只能为氨全部分开，别种试剂虽能使钍沉淀，但不能使它与钍-X分离。因此当时断定这些X化合物（未知的化合物）当是另外的个体，不断地由母体发出，而渐渐丧失其活性。
1899年，卢瑟福发现从钍发出的辐射变异无常，尤其易为吹过放射物质表面的空气缓流所影响。他认为这种效应是由于有一种物质放射出的缘故，这种物质的性质好象一种有暂时放射性的重气体。这就是当时所谓的“射气”。这种射气必须与上述以高速度依直线进行的辐射明显分开。射气慢慢地弥散到大气里去，好象挥发性液体的蒸气一般。它的作用象是直行辐射的独立源泉，但随时间的进展，其活动性就变得衰弱起来。镭和锕发出相似的射气，但铀和钍则否。镭射气和氖与氩相似，是一种惰性气体，现在叫做氡。
放射物质所发出的射气为量极小。1904年，拉姆赛与索迪从几分克溴化镭得到一个很小的射气泡。在一般情形下，其量之微，远不足以影响抽空器内的压力；除利用其放射性侦察它之外，也不能用其他方法去侦察它。普通所得到的，是它与大量空气的混合物，只能和空气同时从一器输入他器。
1899年，居里夫妇发现如将一棒暴露在镭射气里，则棒自身也获得放射性质。同年，卢瑟福于钍也得着相同的结果，而且进行了详细的研究。如果将棒自盛有射气的器内取出，而塞入检验简内，则此棒可使简内的气体电离。如将暴露于钍射气而得到放射性的铂丝，用硝酸洗涤，铂丝的放射性不受损失。可是如果用硫酸或盐酸洗涤，其放射性就差不多全部丧失。将酸蒸干则得含有放射性的渣滓。这些结果，表明铂丝的放射性是由于积有某种新的放射物的缘故，这种放射物与各种化学试剂有其一定的反应。这种新的放射物当是它由之形成的那种射气分裂的产物。
卢瑟福与索迪在1902年研究了钍-X放射性的衰变率，而获得重要的发现；即在每一段短时间内的变率与这段时间开始时的放射物的强度成比例。铀-X也有类似的现象。其过程有如图12所示。这与化合物按每个分子分解为比较简单的物体时，在量上的减少遵循同一定律。但当两个或多个分子互相反应引起化学变化时，两者的定律便不相同了（见245页）。
1903年，居里与拉波尔德（Laborde）注意到一个奇特的事实：镭的化合物不断地发热。他们从实验的结果算出每克纯镭每小时可发热约100卡。以后的结果证明一克镭与其产物平衡时，每小时发热135卡。这种热能的发出率，不论将镭盐放在高温或液体空气的低温下，都不改变，甚至在液体氢的温度下也不至减小。
卢瑟福认为热能的发射与放射性有关。丧失了射气的镭，如以电的方法测量，其放射性的恢复与其发热本领的恢复保持同一速率，而其分离出来的射气发热量的变化，也与其放射性的变化相应。放射物的电效应主要是由于a射线。而其热效应也主要决定于α质点的发射。在上述的每小时135卡中，只有5卡来自β射线，6卡来自γ辐射。α与β射线的热效应显然得自射出质点的动能。
由于发现镭的化合物不断发热，人们进行了许多探索，力求解释这个好像永不枯竭的能量的泉源，人们的注意力也集中于放射问题本身。
需要解释的事实可以总结为以下几点：（1）什么时候有放射性即有化学变化出现，什么时候就有新体出现；（2）这种化学变化是单质点的分离，而不是化合；（3）放射性与放射元素（不论其是独立的或化合的）的质量成比例，因此分离的质点不是分子而是原子；（4）其所放出的能量是已知的最猛烈的化学反应的万千倍。
1903年，卢瑟福与索迪根据他们对于射气与其遗留的放射物的实验结果，提出一个学说来解释所有已知的事实。这个学说就是：放射性是基本原子的爆炸分裂造成的。在数百万个原子中，这里和那里忽然有一个爆裂，射出一个α质点，或一个β质点和一个γ射线，所遗留下来的部分就成为另一不同的原子。如果射出的是一个α质点，这个新原素的原子量将有所减少，减少的数值是一个氦原子的原子量的四个单位。
现在把最初制订的镭族的系谱列表于下（根据最近的研究，这个系谱已经有所不同）。这个系谱从铀开始，这是一个重元素，原子量为238，原子序数为92，这个数字，以后还要说明，是原子外部的电子数。镭族系谱列如下表：
铀Ⅰ
92
238
14．5×109年
α
铀X1
90
234
24．5日
β,γ
铀X2
91
234
1．14分
β,γ
铀Ⅱ
92
234
106年
α
锾
90
230
7．6×104
α
镭
88
226
1600年
α
镭射气
86
222
3．82日
α
镭A
84
218
3．05分
α
镭B
82
214
26．8分
β,γ
镭C
83
214
19．7分
α,β,γ
镭C’
84
214
10－6秒
α
镭D
