加尔文教派的世界就是这样有秩序地和完全预先注定地运行着。剑桥大学伊曼努尔学院的清教徒院长约翰？普雷斯顿（John Preston，公元1587－1628）在公元1628年写道：“上帝不改变自然规律”，天神天使失去了他们的权力和在宇宙格局中的最后地位，而违反自然规律的奇迹事件就不再是想象得了的了。某些加尔文派教徒对这一点虽然有点懊悔，但承认情况确是如此，一个长老会神学家理查德？巴克斯特（Richard Baxter，公元1615－1691）当他在世的最后一年发表的著作中写道：“这是反常的反对教皇制的一个可悲的事例，是从一个极端走向另一个极端。试看多数的新教徒对我们从天使那里得到很大好处表现得多么无动于衷，我们很少听到他们为天使对他们的管理和帮助而在公开的或私人的场合感谢上帝，更谈不上向上帝祈求这些了。”
巴克斯特承认他从未碰到过许多关于天使服务的事例，他谈的多数故事都是关于邪魔的活动。然后，甚至邪恶魔鬼在当时受教育的英国人眼中已经消失了。传记作家约翰？奥布里（John Aubrey，公元1626－1697）告诉我们：“当我还是小孩时，因此还是在内战以前，年老的妇女往往在晚上讲述神鬼出行的荒诞故事。这是从拥护神圣教会的僧侣遗留下来的。因为教士们说‘你否认鬼神，就是一个无神论者。’当内战起来后，也带来了良心的自由和质询的自由，鬼怪就消失了。”
在内战以前，关于神鬼的存在好象已经引起某些疑问，因为医生兼哲学家的托马斯？布朗（Thomas Browne，公元1605－1682）大约在公元1635年就已提到，这对他说来是一个谜，“怎么有这么多有学问的人竟然会忘记他们的哲学，毁掉万物的等级和尺度，以至于对神灵的存在表示怀疑。”加尔文的神学把天神天使从宇宙的统治中开除出去，的确是对宇宙由各种不同等级神祗统治思想的一种冲击，或者说是对这种思想的核心等级观念的冲击。上帝不再通过授权大大小小的神祗来统治宇宙，即每一个神都有一定权力，等级越低权力越小；而是作为一个绝对的统治者，依靠创世时所制定的天条直接统治宇宙。这些天条无异于自然规律，这一来神学上的宿命论就为机械决定论的哲学开辟了道路。
当加尔文教派在神学上从等级的宇宙统治观念转到绝对的宇宙统治论时，早期近代科学家在自然哲学方面也形成了不无相似的改革。哥白尼至少是暗地里否定了地上元素的等级，因为他把以前作为天体的特权的圆周运动也给予地球了。他并且研究了天体具有土和水的引力特性，而这个特性先前被认为是专属于地上两种最低元素的，这就进一步强调了地球和行星的相似性。而且，按照他的学生莱蒂克斯所说，他否认了高级的天球统治低级天球运动的等级观点。莱蒂克斯写道：“在我的老师的假说里，每个行星球体由于自然给予它的等速运动前进着，而不需要靠高一级天球强力加给它的任何不平等就能完成它的周期。”
哥白尼发展了太阳绝对统治太阳系的概念：“太阳就象坐在国王宝座上那样管理它的孩子──行星，这些行星围绕着它。”在十六和十七世纪提出的许多重要的新的世界体系里，太阳在宇宙秩序中占有特别重要的地位。甚至在第谷？布拉赫的保守体系里，尽管太阳和几个行星作为一个整体围绕静止的地球在动，但行星仍沿着轨道环绕太阳而动。威廉？吉尔伯特采用了第三种体系，即除掉地球在轴上自转外，和第谷的体系差不多。但是他的宇宙观与哥白尼是一样的。吉尔伯特认为，太阳是宇宙中最高贵的东西。“因为它使行星在它们的道路上前进”，是“自然界运动的主要发动者”。地球的地位与其他行星一样，因为“地球的运动和其他天体的运动一样不吃力，也并不比其他行星低下”。吉尔伯特实际上好象已经意识到否认等级概念在神学与自然哲学之间存在着某种关系。吉尔伯特坚持说：“太阳并不是火星天层推动的（即使火星真有天层），火星也不是由木星天层推动的，木星也不是由土星天层推动的。高级的并不压制低级的，因为哲学和神父的天界必须是温和的，快乐的，宁静的，而且是不会改变的。”
到了刻卜勒，这种关系就变得更加明显了，因为他在太阳系的物质统治力量上为神学的世界统治者安排了住处。刻卜勒写道：“太阳凭着它的尊严和力量，显得只有它适合于负起这种推动的责任（即使行星运行），并无愧为上帝之家。”
医师、哲学家罗伯特？弗拉德（Robert Fludd，公元1574－1637）和约翰？巴帕梯斯特？范？赫尔蒙脱（John Baptist van Helmont，公元1577－1644）都同样把上帝的住所放在太阳上面。
宇宙观上的这样一种变化，好象对那个时期称呼君主的比喻有着某些影响。过去习惯于把君主在其领土内的地位比作处在宇宙边缘上的原动者，但现在处于中心的太阳则被用来作为君主的形象和比喻了。一位测量师兼牧师的约翰？诺登（John Norden，公元1548－1626）在他公元1600年出版的《基督徒家常乐事》中就把女皇伊丽莎白一世描写为英国的原动者。
“女皇陛下正如原动者一样，不论什么运动必须从她那里开始，必须由那里指挥所有别的运动，就象车轴一样，推动着国家的一切政事。”
弗兰西斯？培根在他的《叛乱论》中也采用了同样的类比，但是当威廉？哈维于公元1628年发表他的血液循环论时，他把他的书献给查理一世，尊查理一世为“共和国的心脏，世界环绕着的太阳”；而在公元1660年路易十五成年时，他并没有被欢呼为法国的原动者，而被欢呼为“太阳王”。
早期近代科学家们的新宇宙观念对新教徒的一个教派──有死派的神学也有影响。这个教派所以叫做死派，是因为他们主张人的灵魂随其肉体而死亡，而在基督的第二次来到时随同人的肉体重新复活。这派最著名的信徒是诗人约翰？弥尔顿，而有死派神学的主要代表人物是理查？奥弗顿，他是英国内战时期社会平权运动的领袖之一。奥弗顿认为，上帝一定住在宇宙中的最高贵的部分，既然科学家认为太阳是最高贵的天体，那末上帝必然住在太阳里，或者说太阳必然是上帝的本体。奥弗顿认为：“耶稣基督是从地上升到天上天体的某些部分，所以他无疑是在天上最完美、最光荣、最神圣的部分，而这部分就是太阳，亦是整个宇宙最完美的一块，……而且根据著名的哥白尼和第谷？布拉赫的学说，太阳是处在整个宇宙中的最高地位……至于天文学家为上帝的住所发明的最高天层，我知道更没有比哲学家德鲁摩多图斯在《腐儒裴丹丘》中为了证明魔鬼存在所举的理由更好的了：如果对跖点，那就有魔鬼；如果有天层，那就有净火天或最高天层。”
有死派的中心学说，认为人的灵魂随着肉体而死亡的观点，更有利于进一步抨击等级观念，这是由加尔文教派和近代科学家发动的。加尔文和天文学家曾怀疑过天上等级是否存在，但是有死派现在则怀疑到地上植物、动物和人的等级是否真实。奥弗顿论证说，如果人类是有死的，那末人与动物就没有本质上的区别，因为动物也将如人类一样，最后会以肉体形式复活。查理二世复辟之后，有死派好象在英国消失了，但它在美国可能还有一段存在的历史。因为在十九世纪它曾以不信灵魂不灭说的教派从美国又回到英国来。在这个时期，随着天文学的发展，上帝的住处又被转移到未知的宇宙的中心。恒星天文学的一个倡导者，达勒姆的托马斯？赖特（Thomas Wright，公元1711－1786）好象是第一个设想上帝的住处是在未知的宇宙中心的人。公元1750年他提出太阳和银河系的恒星围绕一个共同中心运动，形成一个巨大恒星系的假说。赖特假定在这个中心，“上帝本身或某个尽善尽美的主宰的法身直接统驭着宇宙”。
上帝的住所从宇宙的边缘移到宇宙的中心，并不是使新教神学和早期近代科学结合的重要因素──有死派毕竟只是一个小教派。更有重要意义的是宇宙无限大的思想：每一恒星都是一个有行星环绕的太阳，行星上面都居住着和地球上一样多的生物。多世界说，就其最狭隘的形式来说，即假定我们太阳系的行星，或者单是月球上面有生物居住，就意味着与传统的等级观念相违反了。因为这是从各个天体与地球具有相同性质的见解引伸出来的，而且给这种见解火上加油。法国论文家蒙田（Montaigne，公元1533－1592）写道：“妄自高大的人竟敢想象自己处于月层之上，而把天界置于脚下。他靠同样狂妄的想象，竟敢把自己与上帝等同起来，把自己奉为神圣一样，把自己同其他生物区别开来。”多世界说的扩大形式则设想宇宙内有无限的可居住世界，这就倾向于把一切有限的事物都放在同等地位。巴斯卡（Pascal，公元1623－1662）在他放弃科学而信奉宗教后写道：“与所有这些无限相比，所有有限的都是同等的，我看不出有任何理由把我们的想象固定在这一有限或另一有限上面。只把我们自己与有限作比较，对我们来说这是痛苦的。”
留在科学运动中的其他人则发现这个学说令人鼓舞，而不是令人沮丧。后来成为巴黎科学院秘书的丰特列尔（Fontenelle，公元1657－1757）于公元1686年写道：“当天空成为一个小的蓝色的穹形，嵌着许多星星，我觉得宇宙是太狭窄了：我几乎要闷得透不过气来。但是现在宇宙在高度和广度方面都扩大了，包含着成千的旋涡。我的呼吸开始舒畅起来，而且觉得宇宙比起以前要壮丽得多了。”
十七世纪绝大多数的自然哲学家都接受多世界的学说。第谷？布拉赫、刻卜勒和伽利略认为太阳系的诸行星上有人居住，而笛卡儿则相信宇宙间有许多有人居住的太阳系。
多世界说帮助把加尔文教派的神学和十七世纪的近代科学理论调和起来。调和的最大障碍是要承认圣经的一字一句都是真实的，而这个趋势在十七世纪四十年代的英国，随着科学运动的一贯和有组织的开展，明显地衰退了。清教徒牧师约翰？威尔金斯（John Wilkins，公元1614－1672），哲学学院的领导人，在这个发展中是一个杰出的人物。大约在公元1644年左右，许多科学家就在哲学学院经常聚会。公元1638年威尔金斯发表了他的《一个新世界的发现》。这本书企图证明月球上另有一个具有生命和理性的生物世界。在这方面，圣经上并没有什么与他相左的话，实际上有些话还是对他有利的，但是这些话他也拒绝引用。威尔金斯在这本著作中并没有维护哥白尼的理论，但他努力建立从哥白尼的理论引伸出来或附属于哥白尼理论的学说。他引证了许多天文学家指出月球上有山和明显的海以及太阳面上有黑子的研究工作，肯定“天体并不是由任何这类纯物质所构成的，天体并不能够免除象低级物体会遭到的类似变化和毁坏。”既然月球与地球特别相似，我们可以一般猜想到在那个行星上也有些人居住：“否则上天为什么给那个地方提供这一切居住的方便？”威尔金斯还指出，从哥白尼的信徒所采取的日心说，也得到类似的结论：“如果（照他们的说法）我们的地球是行星之一，为什么另一个行星不可能是一个地球呢？”威尔金斯于公元1640年发表的另一著作《关于一个新行星的论述》是一部完全维护哥白尼理论的著作。这部书的大部分，实际上大约有一半的篇幅，都试图把哥白尼的理论和好象有利于天体周日运动或反对地球转动的圣经文句调和起来。这里他再一次反对逐字逐句地解释圣经，并宣称圣经并不是一本哲学著作，而是一部通俗的大众读物。在支持哥白尼的理论方面，威尔金斯把加尔文教派的神学和当时的自然哲学综合起来。在讨论中世纪的天体运动理论时，他排斥了宇宙统治的等级概念，采纳加尔文的观点，认为天神天使大多是多余的，上帝直接统治宇宙。威尔金斯写道：经院哲学家是不讲理的，“他们使天神天使具有和他们的理性和意志完全一致的推动天球的能力，因此，如果一个天使只要停止一下他们推动的意志，天体运动必然会停止；相反，只要他的意志要天体运动，就足够使天体在它们各自形成中运动起来。既然任命天使去做这些事是不必要的，上帝只要根据自己的意志就可以把这些事情做掉了。”
威尔金斯这里的论据为他的一个更广泛的原则提供了例证，即支配自然界作用的经济原则。他感到这是合乎上帝的智慧的，自然“从来不用任何麻烦而困难的方法去做那些用简易方法就可以完成的事情”。这种思想可能是近代科学发展中的各种“最小量”原则的根本概念。这里有费尔玛关于光在反射和折射中走花时间最少的路程的原理（公元1662年）；莱布尼茨关于光走阻力最少的路的原理（公元1682年）和莫泊丢用于各种物理现象的最小作用量原理（公元1744年）。
威尔金斯一方面认为宇宙里一切变化过程都通过最小力的道路，另一方面却相信世界上万物具有最大的多样性。他写道：“除去世界上已知的那些物种外，可能还有许多其他的物种。这可能是上帝在创造万事万物时尽可能多一些，俾能从他的能力和智慧的事迹中更全面地颂扬他自己。”
这样的观点并不新奇，因为它根据的是世界为一系列等级不同的生物所居住的传统概念。中世纪晚期的神学家雷蒙？德？塞彭德以同样的方式论证了必然有各式各样和为数广大的天神天使。塞彭德写道：“我们必须相信，天使是惊人地和不可想象地多，因为一个国王的荣誉就在于他的臣僚众多，而他的不光彩和耻辱就在于他的臣僚之少……但要记住，切不要把它们的众多想象为混乱的；相反，在这些神祗中，巧妙地显示出一种可喜的次序。”
但威尔金斯和塞彭德不同，他把生物的环节仅仅看作是完善的尺度，而不是权力的等级，因为后一概念是加尔文教派和早期近代科学家所反对的。乔尔丹诺？布鲁诺（Giordano Bruno，公元1548－1600）是使多世界说在近代开始流行起来的人。他曾表明，把世界上的一切生物在完善上分为各个等级的传统观念，与撇开世界的最高主宰而认为一切生物能力相等的新观念，怎样可以调和起来。他设想最高主宰给予每个生物一种内在能力的源泉，从而使一切生物都能自主，而脱离传统的统治和服役的相互关系。威尔金斯就倾向于这种观点。他在大自然的活动中观察到，“自然确实寻常地运用着某些内在地原理。”另一个更为一般人们采用的观点导源于笛卡儿的哲学：根据笛卡儿的哲学，只有一种力掌握物质事件，那就是机械运动，它从外部使一切生物动起来。所有的生物都是机器，只是根据它们的机构的复杂性和组织程度的完善性而相互有所不同。
在这个存在着最大多样性的生物，并以用力最小的途径进行运动的世界上，不可能有根本的变化或改进，因为自然已经达到永不改变的完善状态。威尔金斯写道：“最机智的人也不可能在这本世界巨著里找出任何污点或错误，就好象这个世界里有什么事物开头是一篇没有完成的文章，以后需要修改似的。不是如此，万物从创世以来就是这样继续下来的。”
德国哲学家莱布尼茨也是这个观点，认为我们的世界是最好的世界，它是“根据最大和最小的原理来的，也就是说，以所谓最小的费用获得最大的效果。”因此太阳系是一个自动的机器，而各种生物则以最初被创造出来的多种多样形式永远固定下来。在这个问题上，新教徒的神学和近代科学之间的联盟终于破裂了，因为十九世纪的进化论结束了世界和世间万物从亘古以来就是现在这样的观点。这一来科学不再与新教的神学融洽一致了，而且在十九世纪新教徒的国家里，宗教对进化论反对得很强烈。
可是，这个联盟却延续了一个半世纪之久，在这期间知识界一般地都接受牛顿的物理学－神学体系。由于威尔金斯及其同代人遇到英国教会抵制新天文学的冲击，并阐明了科学革命与加尔文教派改革明显一致的特征，牛顿的理论在英国很少遭到宗教的反对。十七世纪英国的科学和宗教都采用了培根提出的在“解脱人类状态”上作出贡献的目标，前者通过科学的应用，后者则通过做有益的事情，使两者统一起来。在观念领域里，近代科学和加尔文教派的神学都撇开了宇宙统治的等级概念。一种专横的因素已经露出苗头，并导致一种绝对统治的宇宙理论；根据这个原理，各种事物都服从于一定的和不可改变的规律。在这些规律中，最突出的是，为了保持世界完善不变的模式，而规定作用量应是守恒的、或在所有运动中应是最小的那些规律。所谓各种事物存在着最大多样性并形成一条连续的环节，也是为同样的目的服务的。把生物按层次分为等级，主要是作为分类原则而保存下来，即根据动物、植物和其他实体的某些固定特征进行分类，诸如它们组织结构的复杂性，但已经不再是支配自然界运动和作用的一个原理了。然而，拉马克和其他人很快地设想动物和植物的环节并不是一个不变的层次，而是一个进化系列的分支；这样一来，天主教和新教的神学，以及古代自然哲学和早期近代科学的一个共同的概念，就宣告了它的历史终结。
[英]梅森
第十七章 万 有 引 力 论
古代的引力观念和近代的引力观念有很大的不同。从十七世纪起，科学家把引力主要地看作是物质的一个属性。一物体吸引另一个物体的力量大小，视物体所含物质的多少和隔开它们的距离而定，这种力量是相互作用的。在古代和中世纪，引力多多少少被认为是位置的一种性质，而不是物质集聚的性质。在亚里士多德的宇宙里，万物都有其指定位置，如果脱离原位，就要争取回去。石头落地是因为石头希望回到原来在宇宙中心的位置，而宇宙中心刚好和地球中心符合，或者几乎符合。但是即使地球不在宇宙中心，土和水形成的物体也会向宇宙中心落去，就象气和火形成的东西会升向它们在月层下面的原来位置一样，尽管除掉它们的指定位置外，并没有什么东西“吸引”它们。
这种引力观念给哥白尼的学说带来不少困难。石头显然是落向地球，但是地球如果沿着周年轨道环绕太阳运转，它就不可能处于宇宙的中心。哥白尼因此设想每一物体，太阳、月亮和各个行星，都有自己的引力体系，这样空中的一块石头就会落向它最近的天体。哥白尼认为引力是物质集聚的一种趋向，不管把它放在哪里，不一定非要宇宙中心不可，都会聚成圆球的形状。但是他仍旧认为引力的中心是一个几何性质的点，不过这类点子现在只能是物质球的中心了。哥白尼写道，“地球的元素是最重的，所有的重东西都被驱向地球，并力图达到它的最内在的中心。”
哥白尼没有认为太阳系的各个天体靠它们私有的一套引力系统而相互产生影响。天体的格局和它们的运动并不是由引力或者任何其他力学原因决定的。天体的运动完全是天然的，而它们的格局则是由行星的速度和行星轨道大小之间的数学和谐所决定的。哥白尼没有公开表示过他对行星际空间问题的看法，但是刻卜勒在他之后却声称，哥白尼相信天体嵌在坚硬晶莹壳子里，这些壳子一个套着一个转动，并载着天体运行。
公元1577年第谷？布拉赫和别人追踪一个彗星通过天空的轨迹，并指出它通过太阳系，穿过旧的亚里士多德宇宙论的所谓坚硬晶莹的壳子。这一来这种观念只得放弃了，而给天体的布局和运动另求解释。第谷？布拉赫写道：“我现在看得很清楚，坚硬的天层是没有的，而那些被作者们设计来装饰门面的天层，只在想象中存在，其目的是容许人们的头脑能够领会天体所描绘的运动。”
但是，如果晶莹的天层不存在的话，那末问题就来了：实际上推动天体运行并保持其正规格局的是什么呢？一个可能性是天体自顾自地运行，各不相关，而且没一个正规秩序。弗兰西斯？培根写道：“关于天体的第一个问题是，究竟有没有一个体系，也就是说，究竟世界或者宇宙合成一个具有中心的圆球，还是地球和星体那些特殊圆球都分散开，每一个都各自独立，没有任何体系或者一个共同中心。”
可是早期的近代科学家多数都觉得，太阳、月亮、地球和行星的确形成一个有共同中心的体系，而且这个体系是由一条单一原理联系在一起的，这一原理也是天体的各种不同的有规则运动的基础。公元1600年威廉？吉尔伯特提出磁力可能是维持太阳系存在的原理。如我们在前面已经谈到的，吉尔伯特根据他的磁石球实验，设想地球本身是一块庞大的磁石，上面盖了浅浅一层的岩石和土壤。由于磁石对一定距离内的铁器物有相当大的力量，吉尔伯特设想引力就是地球这块庞大磁石作用于周围物体的磁力，而且遍及整个太阳系，成为宇宙的外膜。
吉尔伯特在他的一项实验中证明，磁石对一块铁的吸力大小视磁石的大小而定，磁石越大，对铁块的吸力也越大。还有，吸引是互相作用的，磁石吸铁，铁也同样吸引磁石。因此吉尔伯特所研究的磁力性质，为近代引力观念提供了一个模型。引力的中心并不是什么几何点，而是具体的一堆物质，它的力量随着物质数量的增加而增加。
和第谷？布拉赫一样，吉尔伯特认为行星环绕太阳，而太阳和行星则作为一个整体环绕处在世界中心的地球。但他又和第谷不同，同意哥白尼的恒星不动和地球在地轴上每日自转的假说。由于地球、太阳、月亮和诸行星都是磁性物体，它们都在空间里自己定向，就象罗盘在地球上有它自己的方向一样，所以太阳系的星体全在同一平面上运动，它们的轴都是平行的。用吉尔伯特自己的话来说，“它们按照整体的规律在宇宙中各自就位”。因此地轴永远指向北极星，这是地球磁力的定向效果所致。吉尔伯特认为太阳系的所有天体通过磁力的相互作用都相互影响，而且并没有什么原动者从外面控制它们的动作。他写道，“自然界的万物都自然地运动，各由其本身的力和他物的制约推动，行星体的圆周推进就是这样，每一行星都遵照着并推动着别的行星运行。”
吉尔伯特的这些理论有一个时期很有影响。约翰？刻卜勒就接受过来，用以解释为什么行星在椭圆轨道上运动。刻卜勒还发展了吉尔伯特的引力观念，假定引力“是和磁力类似的东西，是同性物体之间的一种相互感应，企图结合或联系在一起。”这样一种介于两个物体之间的引力，是视物体的大小而定的。地球是月亮的五十三倍，所以：“如果月亮和地球不靠其自身的活力或者什么别的相当力量把它们保持在各自的轨道上，地球就会向月亮上升，而月亮则会向地球坠落；地球会上升到地球和月亮之间距离的五十四分之一，月亮则会坠落到余下的五十三分距离。”
从这段话中我们附带可以看出，刻卜勒并没有什么惯性观念，要保持太阳系天体运动着，必须有一种活力或者什么别的相当力量。
为了说明行星的运动，刻卜勒设想太阳发出磁力流，就象轮辐一样在行星周转的平面上照着太阳的旋转方向转动着。这些磁力流靠一种切线力推动行星周转。因此几个外行星比那些靠近太阳的行星走动得都慢，因为它们都重些，而且因为磁力流达到它们时，因距离关系已经减弱了。为了解释行星的椭圆轨道，刻卜勒设想太阳是一个只有一个极的庞大磁石，而行星则是具有南北两极的磁石。行星的轴在空中始终保持定向，所以行星在轨道上运转时先是北极朝着太阳，然后是南极朝着太阳。这样行星就会轮流受到太阳的吸引和排斥，而它的正圆轨道就会歪曲为椭圆形。刻卜勒认为地球的自转主要是由于地球自身的磁力；地球的转动一年中有三百六十天是由于它自身的磁力，只有五天是受太阳磁力的影响。和吉尔伯特一样，刻卜勒承认哥白尼的宇宙价值。地球和别的行星大致一样，而太阳则统治着宇宙，具有一种特殊的磁力，推动行星周转，并把它们的轨道由正圆形改变成为椭圆形。
如我们在前面已经看到的，刻卜勒同意旧的力学见解，即运动体需要不断增加推动力，才能保持走动；而他的朋友伽利略则坚持旧天文学的先入观念，认为行星的运动是正圆的和均速的。但他们并未相互配合，因此两个人虽则都有可能把天文学和力学综合起来，但是谁也没有做到。在伽利略看来，天体的格局和运动是不存在问题的。他的惯性原理规定天然运动都是均速和圆周形的，而且由于他认为行星沿着正圆轨道以均速运动着，他就假定它们的运动是天然的和自行维持的。伽利略提示，上帝开头可能把行星从一个很高的地方扔下，使行星向太阳落去，逐渐增加速度。当他们达到目前的速度时，行星就被拨进圆周轨道，从此就无限期地运行下去。伽利略说，这个见解他是从柏拉图那里得来的，但是，剥去了它的“面具和诗意的外衣”。
伽利略在天文学上，以及他后面的笛卡儿在一般科学上，所主要关心的是宣传科学革命的新的普遍见解，而不在于解释晚近科学发现的详细内容。笛卡儿和伽利略一样，相信行星沿圆周轨道并以均速运行，而不是如刻卜勒发现的那样，沿椭圆轨道以变速运行。还有，笛卡儿也反对在集聚的整体物质之间有一种引力能隔开空间起作用的看法。他批评伽利略没有先弄清楚物体能否自由，就定出物体的自由坠落规律。在笛卡儿看来，物质和广袤是毗连的，因此空间充满物质，没有任何东西能够“自由”坠落。石子落地是由于包围地球的物质的旋涡的吸引效果引起的。同样，行星的圆形轨道是由于包围太阳的旋涡状物质的吸引效果引起的，这种吸引效果大乱了行星在惯性力下的天然直线运动而成为圆周形。笛卡儿的这些见解很有影响，而且在当时使人们不再去注意引力问题的研究。他的信徒之一克利斯提安？惠更斯（Christian Huygens，公元1629－1695），荷兰的一个绅士兼业余科学家，在公元1669年作了一项实验，好象证实了笛卡儿的物体坠地学说。他在一碗水里搅起一个旋涡，发现碗内的卵石都被拉到碗底正中的旋涡的中心来。惠更斯因此认为引力不过是“以太的作用；以太环绕地球中心，力图离开中心，并迫使那些不参与它的运动的物体各自保持在原来位置上。”惠更斯在研究摆的摆动时，于公元1659年就已经发现，保持物体的圆周运动需要一种向心力，并证实了支配它的规律。但是在行星的问题上，他却没有看出这种力量来自引力的，其所以如此，可能是由于他拥护笛卡儿当时的见解。在天文学上，笛卡儿的体系比刻卜勒的体系说明的问题少，特别是没有能解释行星的椭圆轨道，而且使刻卜勒的有发展前途的引力观念湮没了。刻卜勒认为，引力是两物体通过空间作用着的一种力，而力的大小则视物体所含物质的多寡而定。
刻卜勒的学说在公元1666年为阿尔方斯？博雷利（Alphonse Borelli，公元1608－1678）重又提了出来。博雷利是比萨大学的数学教授和佛罗伦萨实验学院的院士，该学院的组成人员都是伽利略的学生和门徒。博雷利提出，行星的椭圆轨道是两种相反力量平衡的合成；第一个是把行星吸向太阳的引力，第二个是一种使行星离开太阳的离心力，就象石子用吊索旋转起来所受到的力量一样。博雷利坚持力学上的冲力说，因此和刻卜勒一样，设想行星的运转是受太阳的力的推动，各种力就象光线一样被太阳射出来，而且象轮辐一样随太阳转动。他认为物体的天然倾向是走直线，而不是如刻卜勒和伽利略认为的走成圆周，因此来自太阳的引力必然把行星约束在闭合的轨道中运行。但是博雷利没有能找出：引力究竟需要多大，才能把行星的天然直线运动弯曲为人们所观察到的椭圆轨道，所以他的行星运动说始终只是一种揣测。
博雷利的思想是理论物理学在十七世纪意大利的最后一闪的火花，而在荷兰和法国则是笛卡儿的学说占优势。所以天体力学的问题整整兜了一个大圈子。从吉尔伯特的以定性为主的哲学思想开始，引力问题又回到英国来，由后期斯图亚特王朝的科学家们提供了具体的答案。这一派的主要人物是伊萨克？牛顿（Isaac Newton，公元1642－1727），不过其他一些人，如罗伯特？胡克（Robert Hooke，公元1635－1703），克里斯托弗？雷恩（Christopher Wren，公元1632－1723）和爱德蒙？哈雷（Edmund Halley，公元1656－1742）的贡献，也都是相当重要的。
伽利略的近代惯性原理内容是，物体不受阻扰时以均速沿直线运动。这一原理一经成立，用力学解释天体运动的问题，就成为这样两个问题了：第一，使这种惯性运动弯曲为圆形或椭圆形运动，需要向心力，现在要导出支配这种向心力的规律；第二，证明引力能提供约束行星沿闭合轨道运动的向心力，这就需要导出支配引力随吸引物体间距离变化的规律。英国皇家学会的干事罗伯特？胡克，热心地从实验上来研究第二个问题。他倾向于相信吉尔伯特的见解，即认为引力是和磁力类似的东西，而且，由于吉尔伯特已经从实验上证明，两物体之间的磁力视距离远近而异。胡克觉得也可以证明引力同样是如此。在公元1662年和公元1666年，胡克作了些考验这项假说的实验，把在深井或者矿井里量得的物体重量，和地面的重量以及高山上的重量进行比较。但是，用他自己的话说：“什么都没有落实。”在公元1664年，胡克和雷恩讨论了那一年出现的彗星的轨道。雷恩德看法是，彗星在惯性的影响下走一根直线；但是胡克指出彗星靠近太阳时轨道是弯曲的，并且表示这种弯曲是太阳引力作用的结果。差不多在同一时候，胡克企图通过研究弧形摆的运动，发现支配物体保持沿圆周运动的力的关系，但是他没有发现向心力的决定性规律。
牛顿也在研究这些同样的问题。在公元1665－1666年的大瘟疫时期，牛顿离开剑桥大学，住在格兰赛姆附近自己家里的乌尔斯绍普庄。根据牛顿三十年后所作的一项声明，他当时既发现了向心力规律，也发现了两个物体之间的引力随物体之间距离的平方而减少的关系。看上去牛顿是从刻卜勒的行星运动第三定律推演出向心力规律，并由此导出引力的平方反比定律。这些定律的正确性可以用计算来证明，即根据平方反比定律和落体实验测量出来的地面引力已知值，计算地球对月亮的引力。根据月亮的速度和月亮轨道的大小，就可以算出把月亮约束在它的轨道上所需要的向心力。如果计算出来的向心力的值和引力值在数量上吻合，那就证明是地球的引力提供了维持月亮在轨道上的向心力。
如果说牛顿在乌尔斯绍普庄时作了这些计算，但他并没有把计算的结果公布出来。他为什么在公元1666年没有发表这些成果，人们提出了好几条理由。其一，据说牛顿的向心力和引力的计算值并不符合，因为当时人们对地面和地心的距离知道得并不准确。后来又有人设想，牛顿在当时没有能证明，地球这样整个物质所产生的引力场，就象在地球的几何中心点所产生的引力场一样。比较晚近的设想是，牛顿在公元1666年事实上并没有发现向心力定律和平方反比定律，原因是没有任何文件记录支持这种说法，而牛顿三十年后的回忆在若干别的事情上都记错了，可能在这件事情上也记错了。再者，牛顿在公元1666年和公元1667年之间还是根据一种假想的以太介质从天上到地球的循环流动，而发展了一种引力学说，并认为以太带着有重量的物体下降。在公元1679年，他设想太阳和行星说不定是“由它们的旋涡中以太所具有的某种隐蔽的互不影响原则”所排列的，这种说法意味着牛顿是比较倾向笛卡儿的见解的。
到了公元1679年，其他的科学家都已经找到向心力定律和引力的平方反比定律了。荷兰的惠更斯作了摆的运动实验和一般圆周运动的实验，根据这些实验，他在公元1673年推算出向心力定律。有了这条定律，那就有可能从我们前面讲过的刻卜勒的行星运动第三定律推论平方反比定律。惠更斯并没有这样作，但是胡克、雷恩和哈雷作了，于公元1679年找到平方反比定律。那一年胡克写信给牛顿，问他能不能根据向心力定律和平方反比定律，证明行星沿椭圆轨道运动。胡克在信中指出，困难在于太阳和行星都是广袤物体，然而在理论上却不得不把它们的质量看作好象是集中在它们各自的中心点上来处理。牛顿没有回答胡克的问题，但是在公元1684年雷恩为解决胡克向牛顿提出的这个问题，提出一笔奖金。胡克自称解决了这个问题，但是据哈雷说，雷恩对解决并不满意。第二年，这个问题又向牛顿提了出来，这次是由哈雷提出的，后来牛顿就送给哈雷一项证明，说明行星在太阳的引力场影响下将会沿椭圆轨道运动。哈雷力劝牛顿把证明详细写出来，并公布于世。牛顿现在已能证明广袤的球体，诸如地球或者太阳，如果全部质量集中在球体中心，其引力场将保持不变，所以可以把天体当作质点看待。这时候，地球半径、太阳离地球的距离和太阳系的其他一些测算的比较准确数值，都已经找到了，所以牛顿靠了这些就能够证明，地球的引力完全可以提供保持月亮留在所观察到轨道上的向心力。同样地，牛顿也证明太阳的引力场能说明人们观察到的行星遵照刻卜勒定律的运动，以及彗星大致沿抛物线轨迹环绕太阳。牛顿并且进一步发展了自己的理论，认为每一行星由于其自身的旋转运动，应当在两极扁平，而在赤道上突出。这样一个扁平球的形状，在望远镜中窥见的木星就是如此；至于地球则是从地球的引力场在赤道较小，在靠近两极地区较大，而推论出来的。既然地球并不完全是正圆形，牛顿就指出太阳和月亮的引力摄动将不会通过地球中心，因此将使地球的轴作一种缓慢的圆锥运动，这就说明了二分点的岁差现象。最后，牛顿又把潮汐的产生归之于太阳和月亮对海洋的引力效应的差异，证明高潮总是在新月和满月时发生。因为这时太阳和月亮的引力一同在起作用，而低潮则在上下弦月时发生，因为两种引力会相互抵消掉一些。
这些证明都被牛顿收在他在公元1686年尾完成的《数学原理》里。皇家学会要出版这部书，但是凑不出适当款子，而皇家学会的干事胡克则声称引力的平方反比定律是他首先发现的，所以爱德蒙？哈雷就自费出版了牛顿的书。胡克在公元1693年又提出他首先发现平方反比定律的声明，这次是在皇家学会的会议上提出的。这事发生后不久，牛顿就患了神经系统的疾病，直到复原以后，才第一次发表声明，说他在公元1666年基本上就发现了向心力定律和平方反比定律。牛顿毫无疑问在万有引力论上作出了他个人的最主要的贡献，不过正如后来他和莱布尼茨激烈争吵谁先发现微积分的问题一样，牛顿只是当时解决引力问题的若干科学家中的一个。这些人全都在研究同样的问题，并且独立而同时地在解决引力问题上作出了贡献。
在研究太阳系力学的问题上，胡克和牛顿采用的方法是有点两样的。胡克属于共和国时期达到成熟阶段的一代科学家，这一代受培根科学哲学的经验主义和功利主义影响最深。牛顿属于王朝复辟时期达到成熟的后一代科学家，他采用的是一种比较演绎的方法论，有点象伽利略和笛卡儿采用的方法。胡克努力通过测算物体在地面以上和以下不同高度的重量，从实验上找出两物体之间引力和距离的变化，而牛顿大概是从向心力定律和刻卜勒的行星运动第三定律演绎出引力的平方反比定律的。他在讨论科学方法时，牛顿采纳的观点是，物理－数学演绎的起点应当是从实验所观察到的效果或者规律，而演绎则应当导致其他可观察效果的解释或者预测。在《数学原理》的序言中，牛顿写道：“哲学的所有困难好象就在这里：从运动的现象研究自然界的各种力，然后从这些力再来证明其他现象。”
牛顿因此特别强调，作为自然哲学中数理证明的起点的，应当是观测到的效果和力学运动的那些规律。笛卡儿也提倡同样的观点，设想自然现象应当用机械名词来解释，因为我们对机器的作用和其他机械设计的东西最熟悉，而且必然以已知解释未知。这种以已知解释未知的方法在牛顿的著作中非常明显。他把行星轨道比作抛射体的轨迹时，在两者之间建立了一种伽利略所没有能建立的联系。他写道：“如果我们想一想抛射体的运动，就可以很容易地理解到为什么行星可以保持在某种轨道上：因为一个射出的石子是由于它本身重量的压力而逼得离开直线轨迹……并在空中描出一条曲线，经过这条弯曲的路线最后落在地上；而且射出的速度愈快，它在落地前就射出愈远。所以我们可以设想它的速度增加得非常之快，以至非要经过好多里的一段弧线才会落到地上，而且最后还会超出地球的界限，从地球边上就掠过去了。”
由此可见，如果月亮可以比作一个抛射体时，它就应当遵守同样的定律，而且它的运动就应当符合伽利略对抛射体运动所作的分析。也就是说，月亮的曲线运动应当可以分解为两种简单的直线运动，每一种运动都受力学定律支配。牛顿的方法事实上和伽利略采用的方法非常之象，不但总的方面相似，如数学证明要根据实验上已知的原理，而且在细节上也相似，如把复杂的曲线运动分解为简单直线运动的方法。
可是牛顿不同于伽利略的是，他严格区别于实验所提供的原理和直觉所提供的原理。笛卡儿认为直觉为不受蒙蔽的心灵提供确实和无可置疑的思想，而科学证明就是以这种所谓确实和无可置疑为根据的。牛顿对笛卡儿的这种方法并不喜欢。在牛顿看来，这些思想只是假说，他并且声称自己不采用假说。牛顿当然也曾提出一种思辨性质的假说，并且根据这些假说进行论辩和证明，但是他坚称这类思辨和他的实验哲学是分开的并且与之全然不同。由于这个缘故，牛顿在自己的后期著作《光学》（公元1704年）中把他的实验哲学和思辨性的自然哲学作了分别的阐述，在介绍他的光学实验工作那一部分的末尾，以若干条《询问》的形式附带地谈了他的思辨性自然哲学，所以他这部书分为两个部分，不妨说一部分是采用伽利略的方法，一部分用的是笛卡儿的方法。
别的科学家，如惠更斯和莱布尼茨，觉得很难赞同牛顿所作的实验哲学和假说性思辨之间的区别。他们暗示，牛顿把引力说成是物体之间遥远作用着的一种力，这种观念等于恢复了新近被自然科学所否定了的神秘性和精神力量。牛顿回答说引力只是给所谓物体坠地、行星沿闭合轨道环绕太阳等等现象的原因起的一个名称，实验哲学由于没有适当的观测可以进行，无法定出这个原因是什么。实验哲学家只能指出引力怎样起着作用，表明物体坠地时在给定时间内速度增加多少，等等，正如伽利略发现物体的坠落不断加速时所做的一样臆测引力的“原因”，把引力说成是一种神秘的力或者是宇宙以太的旋涡，对实验哲学说来都毫无价值，因为所有这类解释都属于假说性质。牛顿写道：“告诉我们任何事物都具有一种神秘的特殊性，而事物就是靠这种特殊性起作用，并产生明显效果，这样说等于白说。但是从现象推出两三条运动的普遍原理，并且在事后告诉我们一切有形体的东西的性质和作用都是根据这些明显的原理来的，那就是在哲学上前进了一大步，虽则这些原理的原因还没有发现。因此我考虑下来，还是不提出上述运动的那些原理来的好，因为这些原理包括的范围非常之广，还是让别人去发现他们的原因罢。”
牛顿当然没有把自己的活动限制在他规定的实验哲学方面。他建议用思辨性的假说来解释为什么人们所观察到的力学定律不可逾越。特别是提出给有形东西之间所观测到的引力找一个物理“原因”。在牛顿的时代，亚里士多德的引力现象学说已经不再有什么地位了；这个学说设想四大元素不断努力回到其在宇宙中的规定位置。比较有影响的还是笛卡儿的引力学说，即行星际和恒星际空间都挤满了一种物质，这种物质以一种旋涡式的运动环绕着地球和每一个天体。这些旋涡具有一种把有形体的东西拉向中心的性质，因此以地球上重的东西为例，就有一种落地的倾向，而较大天体诸如太阳周围的旋涡，则把地球和行星等小天体带着转，使它们沿闭合轨道运行。牛顿在他的后期著作中，否定了笛卡儿的这个学说，理由是它不能说明刻卜勒的行星运动诸定律的确切形式，而且和彗星穿过太阳系的运动这类天文现象不符。牛顿提出了几种不同的学说代替笛卡儿的观点来说明引力现象，其中最成熟的是收在《光学》附录《答客问》里的一种说明。在这里，牛顿设想整个空间都充溢着一种静止的以太介质，类似包围地球的大气，但是精细得多。这种介质由极小的微粒组成，微粒相互排斥，也受到有形体东西的微粒的排斥。由于有这种排斥存在，以太介质在庞大物体诸如天体的间隙里很少找到，而密布在环绕这些庞大天体的空间里；而且离天体愈远，密度愈大。这一来，一个重物体和地球离开一定距离，物体里面的以太介质在其背离地球的部分就要密些，在其朝向地球的部分就要稀些，而由于以太介质的排斥作用，物体将向地球坠落。
牛顿计算过，如果以太介质的平均密度是空气密度的七十万分之一，而且如果成比例地较空气更有弹性，那末介质对物体通过它时的阻力就会很小，事实上只有水的阻力的六亿分之一，因此行星的运行就是经过一万年，也不会因摩擦阻力而有多大改变。但是经过很长的时间之后，行星将会逐渐慢下来，而且因摩擦作用，运动一般将在宇宙中消失。由此可见，宇宙中的运动量不可能如笛卡儿所设想的那样，永远守恒，而世界整个说来是不可能成为一个完善的自动机器的。牛顿因此设想上帝经常补充宇宙内因摩擦而丧失的运动，并改正因行星和彗星打乱相互的轨道而引起的那类干扰。在牛顿看来，上帝是无所不在而且是万古长存的，所以不管宇宙哪里出现混乱，上帝都会看到并改正它。牛顿写道：“上帝永远存在而且到处都有，并凭自己的永远和普遍存在构成时间和空间……〔上帝〕统驭万物，熟悉万物，并懂得一切可做的事……我们靠自己意志挪动自己的肢体，上帝由于无所不在，更能靠自己的意志挪动处在他的无边而统一的感观内的物体，从而形成并改造宇宙的那些部分。”
在这段话里，牛顿的观点很接近荷兰哲学家斯宾诺沙（Spinoza，公元1632－1677）所提倡机械泛神论观点。在神学上，牛顿是比较脱离正统的，因为他是个一神论者，同早期近代科学传统上的其他知名人士，如塞尔维特（Servetus，公元1509－1553）、约翰？洛克（John Locke，公元1632－1704）和约瑟夫？普利斯特列（Joseph Priestley，公元1733－1804）一样，都反对神是三位一体的学说。
牛顿总是自称在实验哲学上不用思辨性假说的，但在上帝构成时间和空间这种学说里，和整个空间充溢着一种静止的以太介质的理论上，他的这些假说就影响和决定了他的科学面目。这些假说促使他假定时间、空间和运动都是绝对数量，在原则上可以根据宇宙内某种固定不变的东西计算出来。在牛顿看来，宇宙中静止和不动的实体就是上帝，上帝的存在构成时间和空间，以及弥漫一切空间的以太介质。他写道：“天父是不动的，宇宙间没有一个地方除掉因自然界的永恒需要而变得有虚有实外，天父是不会变得更虚空一点或者更充实一点的。宇宙中其他万物则都在到处移动。”
这种认为时间、空间和运动是绝对量的见解一直持续到二十世纪，因为在往后所有涉及充溢一切空间的以太介质的学说里，宇宙间都有一套体系和观察者，在原则上能够测量绝对速度，也就是那些在宇宙以太中处于静止状态的体系和观察者。
[英]梅森
第十八章 十七世纪的光学
十六和十七世纪实验科学的成长，推动了人们对光的研究。因为一切观察主要是靠光进行的，而且为了扩大肉眼观察能力也要发展光学仪器。文艺复兴时期的艺术家，为了取得自然主义的表达效果和提高他们绘画的透视感，曾经研究过光学问题。后来人们就寻找比已有的眼镜和放大镜更强的仪器，这个运动约在十七世纪初，因荷兰密德堡的眼镜商汉斯？立帕席和沙加里亚斯？詹森（Zacharias Jansen）发明了望远镜和复合显微镜而达到高潮。当时的学者们，特别是伽利略和刻卜勒，把这些手工艺的发现拿过来，并且研究了它们所包含的理论原理。在十七世纪，人们的注意力都集中在望远镜上，因为它在天文学和航海上用处都非常之大，而且它的缺点不象早期显微镜的缺点那样严重。可是，显微镜仍然造了出来，而且被当时的科学家采用了。伽利略约在公元1610年时曾用显微镜研究了昆虫的生理解剖结构，他的这项工作由英国的胡克在十七世纪六十年代继续进行下去。到了十七世纪末期，一个兴盛的显微镜学派在荷兰就发展起来了。
伽利略不论在光学理论或者光学仪器方面都没有作出多大贡献。他的望远镜原则上和荷兰眼镜商造的一样，由一块凸透镜片和一块凹镜片合成，虽然他在望远镜的操作上作了改进。相反，刻卜勒则设计了几种新望远镜，特别是用两块凸透镜片的天文望远镜，而且就象伽利略奠定近代实验力学的基础和吉尔伯特奠定近代磁学基础一样，刻卜勒则奠定了近代实验光学的基础。刻卜勒看到光从已知光源以球面辐射出来，直觉地提出了光度随距离减弱的平方反比律。托勒密的折射定律大致上假定光的入射角和折射角之间有一种直接比例；刻卜勒研究了光线在两种透明介质的界面的弯曲现象，指出托勒密的这条定律只适用于小于30°的角度。刻卜勒觉得介质的折射力和介质的密度成正比，但是英国数学家哈略特向他指出，油比水的折射率大，但是油比水的密度小。
正确的光的折射律是由莱顿的一位数学教授威里布里德？斯涅尔（Willebrod Snell，公元1591－1626）在公元1621年发现的；斯涅尔发现对于介于两介质的给定界面说来，入射角的正弦和折射角的正弦总是相互保持同一比例，这个比例就叫做这个界面的折射率。这个定律在公元1637年第一次被笛卡儿公诸于世，因为笛卡儿设想光由微粒形成并且走的是快速直线运动，现在他企图用这种微粒说来解释斯涅尔的定律和其他光学现象。笛卡儿认为光的反射只是微粒根据力学定律从一个弹性面上弹回来。同样，光从密介质进入稀介质的折射可以比拟为球穿过一片薄布一样。球速和布面成直角的分力因布的阻力而减弱了，但是和布平行的分力则照旧不变。因此球的全部速度将会减弱，而它的轨迹将会向布弯去，就象光从密介质通向稀介质时弯向界面一样。这个比喻暗示光在密介质中比在稀介质中走得快。笛卡儿说，如果我们记着球沿着硬而重的桌子滚动比滚过一块软而轻的地毯容易得多，我们对这里的效果就满可以懂得了。
笛卡儿还有一个关于光的第二种理论，根据这种理论，光是一种作用或者压力，是物体通过为物质塞满的空间向眼睛所施的作用或压力。他设想光就象物体通过盲人的手杖传到盲人手中的压力。笛卡儿深信，是日光的压力保持太阳系的旋涡顶住太阳系外面恒星旋涡的压力。因此宇宙旋涡的离心力只不过是这些旋涡中心地带所发出的光压。光的各种颜色是由空间物质的不同转动速度造成的，红是由最快的速度造成，青是由最慢的速度造成。笛卡儿学派发展了光是空间的以太传播作用的学说，而牛顿和他的信徒则采纳了光的微粒学说。
笛卡儿推论光在密介质中一定比在稀介质中走得快，被比埃尔？德？费尔玛（Pierre de Fermat，公元1608－1665）提出疑问。费尔玛是法国图卢兹地方法院的一个法律顾问。费尔玛的论证是根据经济原则提出的，这个原则设想自然界的作用总是尽可能以最少的时间完成。他然后阐明，如果光在密介质里比在稀介质里走得慢些，那末光的反射定律和折射定律就是遵守最少时间原理的必然结果。这样一个结果和笛卡儿的微粒说是相反的，而且实际上和一般的光的发射说都相反，但和假定光是以太介质的传播作用那个学说相合拍，诸如惠更斯所建议而为其他笛卡儿派所发展了的光的波动说。
光的波动说是由意大利波伦亚大学的一位耶稣会派数学教授弗兰彻斯科？格里马第（Francesco Grimaldi，公元1618－1663）首先倡仪的。格里马第察觉光并不完全走直线，因为他发现影子比假定光走直线的应有的大小要稍为大一点。再者，他察觉影子的边缘往往带上颜色，所以他设想光是一种能够作波浪式动作的流体，不同的颜色是波动频率不同的结果，就象声音振动的音一样。他说，如果光的流体的动作是波浪式的，那末影子的边缘就应当是模糊的和有颜色的，因为水波碰到障碍物时很容易就绕过去。
格里马第在公元1655年设想他的光流体以极快的速度运动，始终都在波动着。惠更斯在公元1678年和公元1690年提出的理论比较接近正统的光的波动说。他设想传光流体或者以太是静止的，光是由这种介质传播出来的纵波。惠更斯在巴黎科学院的同事奥劳司？雷默（Olaus Romer，公元1644－1710），一位丹麦天文学家，在公元1672年到公元1676年这几年间曾经发现光行有一定速度。他发现木星的几个月亮当地球离开它们时比地球向它们走近时的周转期较长，而且月食次数较少。雷默把这些现象理解为光行有一定速度的结果，光横贯地球轨道的时间需要十一分钟。惠更斯把光行有一定速度和光是一种波动的假说合并起来。他设想有一种延续的发光的以太通过整个空间，这种以太是由有弹性的硬粒组成，能传送冲力而本身不被冲掉。所以每一微粒都在一个平均位置上振动，并把运动传给邻近的许多微粒，这样一来，来自任何光源的骚动都将以固定速度球面地向空间传送出去。他认为，一切透明物体都充满着这种以太，所以光能够透过它们。但是光波得绕过透明物体本身的微粒，因而慢了下来，这样就说明了光的折射现象。
在公元1670年，丹麦的伊拉斯谟？巴塞林（Erasmus Bartholin）发现光线能被冰洲石的结晶体一分为二──一束是所谓寻常光线，遵守折射定律，另外一束异常光线则不遵守这个折射律。惠更斯给这种现象的解释是，冰洲石的微粒可能是椭圆形的，因此光线向这一方向绕过微粒，可能比向另一个方向绕过微粒的路程要长些。这样一道光线在透进这种晶体时，就会根据路程的长短分裂为两半。可是他发现，把两块这样的结晶体随便地放在一起时，会发出四道光线，而且把两块结晶体摆成直角地位时，寻常光线和异常光线就会相互调换。这些现象他都没法解释，同时他也不能解释影子边缘和薄薄的油层、空气和玻璃的彩色。
牛顿是因为近代镜片望远镜制作不够完善，给出有彩色的和歪曲的影象，因而研究起光学来的。这些毛病是由于光透过弯曲玻璃即镜片的缘故，所以牛顿认为镜片望远镜的这种毛病可以补救。因此他在公元1668年就设计和制造了第一座反光望远镜，用一只凹面镜把光线集中起来。他接着在公元1672年用几块表面并不平行的玻璃，继续研究白光分为颜色的现象。他用三棱镜把白光分解为光谱上的颜色，再把每一种颜色孤立起来，他用第二个三棱镜表明这些颜色都有它们各自特殊程度的折射性，而且不能再行分解。牛顿开头倾向光的波动说，但在公元1704年出版的《光学》里，他采用了光的微粒说，不过仍旧保留光的波动说的一些要点。他设想光的微粒走纵向运动时，在周围的以太激起振动，可以加强或者阻碍光的微粒的动作。牛顿认为这就可以解释为什么光经过两个介质的界面时一部分反射而另部分折射的现象，加强的微粒具有穿过界面的必要冲力，而受阻尼的微粒由于缺乏这种冲力，就反射出去。当一个双凸镜和一个平凸镜的平的一面放在一起时，就产生了一圈圈明暗相间的同心圆，牛顿对这些同心圆也作了同样的解释。当这两种镜片之间的距离有所改变时，牛顿觉得光线会被伴随光线的以太振动交替加强或者阻尼，其情况视镜片之间的距离是波长的整数与否而定。这样一来，光线就会交替地从其接触点通过透镜的表面而反射出来，从而产生一连串的明暗圈。在解释从冰洲石所观察到的双折射现象时，牛顿设想光的微粒有“面”，因此光线就象一根具有矩形横截面的棍子一样。他觉得冰洲石的微粒具有同样的双重性，所以光线通过这种晶体时要经过两条途径。
牛顿以后，光学总有一个世纪没有取得什么进展。多数的科学家都采纳了光的微粒说，不过瑞士的笛卡儿派学者约翰？贝努力（John Bernoulli，公元1710－1790）和利昂纳德？欧勒（Leonard Euler，公元1707－1783）却采用光的波动说。柏林科学院的一个法国数学家，比埃尔？莫泊丢（Pierre Maupertuis，公元1698－1759），把费尔玛的最小量原理给光的微粒说保留下来。他假定最小量是光线的作用量，即速度乘距离，而不是时间，即速度除距离。根据这个假定，光应如牛顿所主张的和笛卡儿的光的微粒说也主张的那样，在密介质中走得快些。
牛顿认为透镜望远镜总会产生有颜色的象，这个看法受到了大卫？格雷戈里（David Gregory，公元1661－1708）的责难。格雷戈里是爱丁堡大学的数学教授，后来又任牛津大学的数学教授。他说人的眼睛就是一个透镜系统，然而眼睛并不产生透镜望远镜的那些色象差。因此，制造一种消色差透镜应当是可能的。他的叔父詹姆斯？格雷戈里（James Gregory，公元1638－1675）在他以前也任爱丁堡大学数学教授，对同一问题感到兴趣，而且先牛顿几年在公元1663年设计了一种反光望远镜，但没有制造出来。消色差透镜望远镜的制造方法，是由伦敦的一个法国胡格诺教徒出身的仪器制造商约翰？多兰（John Dolland，公元1706－1761）在公元1758年公布的。这之前，公元1733年一位业余科学家切斯特？摩尔？霍尔（Chester More Hall）第一次制造了一具没有色象的望远镜。
[英]梅森
第十九章医学和血液循环的学说
天文学和医学是中世纪和近代早期学者们从事自然科学研究的两个主要学科。在这两门学科中，医学尤为重要，因为它同神学和法学一样，是中世纪大学学生可以读到博士水平的三大学科之一，而天文学则只是初级的学士的课程之一。专业医生是比较多的，而且由于受到他们时代的最好训练，在科学革命的领导人中是相当杰出的。在英国，磁学的学者威廉？吉尔伯特是伊丽莎白女王一世的御医，而最先提出关于血液循环完整学说的威廉？哈维则是查理一世的御医。
医学职业对近代科学发展可能有重要意义的另一特点，是在医学业务上工匠与学者之间有十分密切的接触，但在其他科目中这两者几乎是完全隔绝的，例如在中世纪的水车匠与从事力学理论研究的学者之间便不相闻问。如我们已经看到的，在近代以前，天文学里并没有多少工匠传统值得一提，但在医学里却存在着两个这样的传统，即理发师－外科医师的传统和药剂师的传统。这些工匠们同医学学者们有一定的接触，因为受过大学训练的医生们的处方要由药剂师来配方，有时候他们还指挥理发师进行手术。还有，受过大学教育的医生，他们的训练比其他学者的训练要稍为更接近实际经验一些，因为医科学生需要学习解剖学并观察解剖过的尸体。即使这样，在最早出版的医学著作中所描述的关于医科学生的训练，好象还是有点抽象和带有教条气。一个讲师或者副教授从古代作家诸如希腊人盖仑的书里宣读一些章节，而教授则坐在讲台上阐述这些章节。一个实验的讲解员指出课文中所描述的东西和由解剖所显示的人体各个部分之间相符情况。解剖本身是由一个理发师－外科医师进行的，他在讨论问题时无所事事，尽管他可能是一个熟练的解剖者并对人体解剖构造有详细的理解，因为课堂讨论是用拉丁语进行的，而在理发师－外科医师中间，拉丁文的知识可能是少见的。
这样一种训练方法并不能增进解剖知识，因为动手解剖人体的人缺乏关于古代作者的知识，而那些阅读医学权威著作的人并不进行实际解剖。但是在十六世纪时期，学者与工匠的传统之间的障碍在医学上同在其他方面一样，开始打破了。药剂师与理发师－外科医师变得更加有文化和有学问了，而医学的学者们则开始亲手从事起实际解剖来。在这些人手里，解剖知识和外科实践出现了显著进步。在意大利北部，通过实际解剖使解剖学的复兴最为显著。在十五世纪转折期的意大利，文艺复兴时代的艺术家如列奥纳多？达？芬奇及其同时代人，解剖了许多动物和人体，把他们所见到的事实绘成精密和正确的图画。后来帕多瓦的医科大学教授们自己也开始解剖起来，并继承了艺术家们的传统，在他们的解剖学书籍中加上精美的插图。
在十六世纪的新医学发展中，医学专业的工匠与学者之间有些旧的分界仍然存在，因为解剖学知识主要是由学者们，特别是由帕多瓦的医学教授们如安德烈？维萨里（Andrea Vesalius，公元1514－1564）、哥伦布（Realdus Columbus，公元1516－1559）和海尔龙尼姆？法布里克斯（Hieronymus Fabricus，公元1537－1619）加以发展的，而外科技术的进展则主要是由理发师－外科医师例如法国人安布罗斯？巴雷（Ambrose Paré，公元1510－1590）取得的。当公元1529年巴雷初到巴黎的时候，他只是一个农村理发师的学徒，但是他在著名的巴黎大医院──上帝医院──的工作，以及他在法国宗教战争中担任外科军医职务的时候，他就成为十六世纪第一流的外科医师。他虽然是个胡格诺教徒，但他名声很大，所以在公元1572年圣巴托罗谬节前夜对胡格诺教徒的大屠杀中，他因得到了国王的赦罪谕而幸免。巴雷在外科技术上作出四项主要的贡献。第一，他证明医治枪伤最好敷镇痛药，而不必照传统方法用沸油来治疗，因为和当时流行的信念相反，他认为枪伤本身是没有毒的。第二，他发现断肢以后出血，最好扎紧割开的动脉来止血，而不用当时通常使用的烙铁烧灼方法。第三，他发现某些难产的例子可以在分娩前使胎儿转变位置而顺利生产。第四，他发明了能够机械地作许多动作的精巧假肢。此外，巴雷还把帕多瓦学者维萨里的拉丁文解剖学巨著写成法文提要，将它介绍给法国的理发师－外科医师。
弗兰德斯人维萨里于公元1543年在帕多瓦出版了他的主要著作《人体的构造》，也就是哥白尼发表他关于天体运动的新学说的那一年。天文学家哥白尼用一种旧时学者的传统方法即逻辑的论证，得出和古代科学家不同的见解，但是属于具有较为实际传统的医务行业的维萨里，却用一种实验的探讨方法得出同样和旧传统相反的结果。在中世纪解剖学与生理学中占权威地位的古代医学作者盖仑认为，在人体里面，血液从右心室通过中膈流入左心室。维萨里于公元1543年指出，心脏的中膈很厚并由肌肉组成，所以在他的主要著作的第二版（公元1555年）中否认血液能透过中膈。维萨里写道：“在不久以前，我不敢对盖仑的意见表示丝毫的异议。但是中膈却是同心脏的其余部分一样厚密而结实，因此我看不出即使是最小的颗粒怎样能通过右心室转送到左心室去。”
虽然维萨里证明了盖仑关于血液通过中膈而流动的说法不正确，但他并没有提出另外一种解释，说明血液怎样能从右心室流入左心室，或者一般地说来，血液怎样能从静脉流入动脉。在维萨里去帕多瓦之前，曾在巴黎大学医学院和迈克尔？塞尔维特共同工作过。塞尔维特是近代最先提出另外一个解释的人，他认为血液是通过肺而从右心室流入左心室的。塞尔维特主要是一个宗教改革者，所以在他的著作里，科学革命与新教徒的改革恐怕表现了最直接和最密切的结合。他的巨著《基督教的复兴》（公元1553年）主要是阐述反三位一体的－神教派教义，但他在六页左右的短短篇幅里提出了心肺之间血液小循环的学说。塞尔维特发表他的学说，不仅是为了科学的理由，而且是为了宗教的理由，他的特殊神学使他能克服在血液循环学说道路上所碰到的某些困难。对血液循环观念发展的思想障碍，主要来自盖仑的学说，因为盖仑主张人体在生理上受三种分立的和不同等级的器官、液体和灵气的支配，以及亚里士多德主张只有天体才能天然地产生一种环行运动，而天然的地上运动则具有开端和终结的直线运动。盖仑认为人体的生理机能分三个等级。第一，吸收营养和生长的植物性机能，它位于肝脏，并通过暗红色的静脉血及其自然灵气起作用。第二，有运动与肌肉活动的动物性机能，它位于心脏，并通过鲜红的动脉血及其活力的灵气而发生作用。第三，有管理身体应激性与感受性的神经机能，它位于脑髓，并受神经液及其动物性灵气支配。
在古代后期以及中世纪的世界观中，将生物及其机能排列为三个等级是很普遍的。居住在宇宙间的一切物体总是属于三类中的一类：即物质的实体如矿物、植物及动物；精神的实体如天神天使；以及既是物质的又是精神的实体，这就是人。三类物质实体中的每一种，又再分为三种：动物或为鸟，或为鱼，或为地上野兽；而这三种亚类又可再分为三种。对于人以及在人之上的天神天使而言也各有三个等级，而处在宇宙间万物等级之上的便是至高的三位一体的神。
塞尔维特在神学上最重要的非正统见解在于他的－神教教义，他抛弃了神的三位一体的教义。他否认圣子与圣父是永恒共存的，而主张圣灵只不过是神的呼吸，也就是说只是充斥于天地间的“纽玛”。正象他否定至高无上的三位一体的神那样，塞尔维特也否定了人体中所谓自然的、活力的、和动物的灵气三个等级，宣称“在所有这一切里面，都有着神的唯一灵气力量和神光的力量”，特别是不存在有分别含着自然灵气与活力灵气的两种不同血液，而只有一种血液，因为血液里面只有一种灵气，而“从动脉到静脉的联结处所传递的就是活力，这里面也就是叫做自然的东西。”塞尔维特设想血液的单一灵气就是人的灵魂，或者用他的话来说，“灵魂本身就是血液。”当塞尔维特在日内瓦被加尔文逮捕而以异端罪被审讯时，对他提出的罪状之一就是他主张灵魂是血液，因为这意味着主张灵魂随肉体死亡这样一种非正统的观点。
人体内具有三种不同的生理液体，其中的两种是不同血液的这种传统见解，对于血液循环学说的发展是一个很大的障碍，因为血液循环学说要求假定血液的运动是从动脉到静脉大量的来回运动，而这也就意味着当时被认为两种十分不同的具有各自分立功能的液体完全混和起来。静脉血与动脉血一旦被认为是同一的，通向血液循环学说的道路便很平坦了，不过塞尔维特本人肯定提出的仅仅是血液从右心室通过肺流入左心室的小循环学说，因为他主要关心的是血液与大气的关系。他认为：“神圣地气息是在空气里面”，而且在肺里吸入的空气就同经过肺进行循环的血液混合起来，血液这样就净化了，而灵魂同时也因参与在神圣的灵气之中而得到了补充：“正如上帝用空气使血液变成红色一样，基督也使灵气发光。”塞尔维特观察到联接右心室与肺的肺动脉很粗，而且运送的血液量比仅仅为了肺的营养所需要的大得多，所以这样大的血液量的流动一定是为了其他目的。他以为这种目的就在于使暗红色的静脉血在肺内转变为鲜红的动脉血，血液在肺里摄取了吸入的空气并排出不净的东西。从那里，净化了的血液通过肺静脉流入左心室，完成小循环。作为他的学说的进一步的证明，塞尔维特指出，在不呼吸空气的胚胎里面，血液的小循环就不发生作用。
公元1553年，塞尔维特因异端的罪名而被加尔文处了火刑，他的多数新印出的书籍也随同被烧毁了。几年以后，帕多瓦大学的解剖学教授哥伦布于公元1559年再一次提出了血液小循环的学说。可能哥伦布听到过塞尔维特的论点，因为哥伦布也把呼吸当作是一种使血液净化与活化的过程，而不象当时流行的说法那样，认为是使血液冷却的过程。当时塞尔维特的著作是大逆不道的，所以不能引用。事实上只是到了十七世纪晚期在英国比较宽容的气氛中联系到血液循环学说时，才第一次有人提出塞尔维特的名字。哥伦布为小循环学说所提供的证据纯粹是解剖的和生理的。他论证说，既然心脏的中膈是坚实的，那末血液也一定要通过唯一的另一条途径，就是说通过肺，从右心室流到左心室。而且，肺动脉是粗大的并运送比肺的营养所需要多得多的血液，而通过肺静脉从肺流入左心室的血液则是鲜红和有活力的。所以血液在心脏里不可能靠一种“烟气”而得到活力，或者靠从肺里通过肺静脉所运送的空气而得到活力，如同当时人们所普遍相信的那样，而是肺本身就是产生活力的器官，这个过程就要求心与肺之间有血液小循环运动。
在哥伦布以后，几乎达半个世纪之久，血液循环的学说很少有进一步的实验证明，不过作为当时学术革命的一部分，这个学说还是由当时好几位作者作为一种纯粹的推测提出来的。我们在上面已经看到，从事科学革命和从事宗教改革的人，都离开旧的关于统治宇宙的等级观念，而倾向于宇宙有一个绝对统治者的观点，这不仅在物理科学上是如此，在生物学上也是如此。心脏和血液在人体内占有同样的优先地位，就和太阳在新的世界体系中所占的地位一样。塞尔维特曾经写道：“心脏是第一个活着的东西，它是身体内部热的来源。”这样一种想法也得到后期的血液循环理论家的赞同，例如哥伦布的学生契沙尔比诺在公元1571年发表的一本著作里就提出了这样的观念；乔尔丹诺？布鲁诺在公元1584年以后所发表的好几本著作中也提出了血液循环的设想；尤其是威廉？哈维（William Harvey，公元1578－1657）则在1628年最后建立了血液循环的学说。哈维写道：“心脏是生命的开始，它是微型宇宙的太阳，正如太阳是世界的心脏一样，因为使血液发生运动，成为完善，促进营养，并且防止腐败和凝固的正是靠的心脏和脉搏；它是家神，在执行它的职能时，滋养、抚育和促进整个身体的成长，而且的确是生命的基础和一切活动的源泉。……心脏如同国王一样，在他的手中握着主要的和最高的权力，它统治着一切，而且是一切力量所产生的本原和基础，在动物体内的一切力量都离不了它。”
奇怪的是，在这里亚里士多德的主张又恢复了，因为亚里士多德曾把人体内中心统治力量归之于心脏。他的这种主张和盖仑的学说是对立的。盖仑假定了有一个通过脑、心及肝的三个等级以及和它们相关联的液体和灵气而起作用的较为分散的统治力量。但是近代早期的发展比亚里士多德更进了一步，生物学家把被认为是天体独特的圆形运动现象归之于血液，正如哥白尼派的学者们在天文学上把圆形运动现象归之于整个的地球一样。为了这样的目的，生物学家采纳了古代关于人是整个世界中的一个小宇宙的观念，因为如果对之作出适当解释的话，整个概念就意味着循环也应该是小宇宙的一个特点，正如它是大宇宙的一个特点一样。契沙尔比诺、布鲁诺和哈维还引用了亚里士多德所举的关于地球范围内天然循环运动的一个例子。哈维指出，正是这个例子启发了他提出血液循环运动的想法。哈维写道：“我开始想到究竟会不会有一个循环运动，如同亚里士多德所说的空气和雨模仿着天体的循环运动一样：因为潮湿的大地经太阳加热而蒸发；向上移动的水蒸气又凝结起来而以雨的形式降落使大地潮湿；由于这样的安排便产生了一代代的生物；风暴和流星也由于循环运动以及由于太阳的接近或后退而产生。因此，通过血液的运动，循环运动也在体内进行着，这是完全可能的。”
哈维似乎确实在经常搜寻地上物体的循环运动例子，以便说明地上万物和高高在上的天体具有同等地位。在他后来的一本著作《论动物的繁殖》（公元1651年）中，他提出：组成一个物种的个体的延续，也是模仿天体运动的一种循环运动过程。
“这是一种使普遍家禽的种类得以永久保持下去的周而复始运动，这时候是小母鸡，另一个时候又是鸡蛋，这个系列永远地持续下去；从脆弱和将要死亡的个体里产生了一个不灭的物种。由于这些以及类似的方式，我们看到了许多较低的或地上的物种也在模拟着天上星体的永久存在。”
血液循环学说以及人体心脏至上的学说因此成为十六世纪的一种新思潮的特殊应用。这种思潮认为无论小宇宙或大宇宙，都是由“绝对统治者”所管辖，连同大宇宙或小宇宙里一切其他实体都在上帝权力下享有同等的地位。但是，血液循环的学说不仅仅依靠十六、七世纪的科学革命来的，因为哈维力求从实验证明他的见解，并且发现了支持血液循环的确实证据。在青年时代，哈维曾从法布里克斯学医，法布里克斯在公元1565年到1619年是帕多瓦大学的医学教授。
法布里克斯于公元1603年有一项重要的发现，即静脉中有瓣膜，使血液只能朝心脏的方向流动。法布里克斯并没有看出他的发现的真正重要意义，因为他同意盖仑的说法，认为血液离开心脏在静脉中往返流动，而瓣膜的作用仅仅是防止血液积聚在身体的肢端并减少血液的流动，俾使血液所含的营养能够被组织有效地吸收。他的学生哈维是第一个注意到静脉中的瓣膜使血液只能从静脉流入心脏，而心脏里的瓣膜则使血液只能流入动脉，因此只有血液从静脉通过心脏而流入动脉的单向运动。哈维论证说，正由于此，所以血液必然要从动脉回到静脉去，以完成这个循环，因为血液不可能不断地在静脉的末端制造出来，而又在动脉的末端不断地被破坏掉。为了使他的论据更有说服力，哈维计算了在一小时内血液通过心脏的量，表明它超过一个普通人的全身重量。这样的血液量不可能于一小时内在静脉的末端形成而在动脉的末端破坏掉，因此同一血液一定是继续不断在环行全身。哈维通过解剖考察了血液循环的大部分进程，不过他没有看到静脉与动脉联结起来的毛细血管，因为他没有使用显微镜。但是他证明这样的联结一定存在，因为用一个止血器压在手臂上，那时离开心脏的这一边的手与前臂就会发生充血现象。靠近手臂表面的静脉被止血器闭住了，从而血液只能从较深的部位的动脉进来并通过联接静脉到动脉的毛细血管，在正常情况下完成血液循环。
哈维在批评传统公认的盖仑观点时指出：血液不能通过心脏的中膈，不仅是因为中膈太厚而且因为两个心室都同时收缩和舒张，从而在任何时候都没有一种推动血液通过中膈的压力。并且，中膈有它自己的动脉和静脉系统，而如果血液确实通过它的话，便没有这种需要了。最后，哈维切断了一只狗的左心室，证明并没有什么血液通过中膈从右心室流出来。
哈维在有血动物里观察了大约四十种不同的动物，包括蠕虫、昆虫及鱼类的血管，这样就确证了血液循环的普遍性。冷血动物的研究特别重要，因为这种动物的心脏跳动得很缓慢，容许对心脏运动作详细的观察，而且当心脏从动物体内移出来以后，它还会继续跳动若干时间。哈维观察到如果把一只动物的心脏握在手中，我们就会感到，当它收缩时变硬，就象一块肌肉收缩时一样。因此他把心脏当作是一个中空的肌肉组织，肌肉的收缩担任着血液运动的工作。以前，在盖仑的学说里，甚至在象布鲁诺那样一位近代人物的学说里，血液中的灵气被认为是血液流动的原因，心脏这一器官的主要作用只在制造生命的灵气并对于灵气所产生的运动作出被动的反应。哈维也认为，心脏制造了生命的灵气，这种灵气同人的灵魂相同。他和塞尔维特一样也主张“灵魂本身就是血液”，但是这种观点对于他的体系并不重要，因为血液里的灵魂或灵气不再是循环的原因。实际上，哈维是第一个把血液的运动归之于机械原因即心脏的肌肉收缩的人。他首次于公元1616年在皇家医师学院作的讲演中发表了他的学说，讲演的记录至今还保存着。哈维在这里把心脏比作一个水泵。他用拉丁文及英文混合着写道：“W. H. ［哈维姓名的缩写］证实了血液借助于心的结构经过肺传递到整个主动脉中，象用一个水泵啪啪两下使水提高上来一样。”使用学者式的拉丁语和工匠所用的民族语言的混合做法，在当时并不少见。例如伽利略就用意大利文写出他的实验，而用拉丁文写出他的学说，这种作法反映了学者传统与工匠传统之间已经开始结合起来。
在公元1628年出版的《论心脏与血液的运动》一书中，哈维进一步证明了心脏的肌肉收缩是血液循环的机械原因。他指出，当心脏收缩时动脉立即出现了扩张，这一定是由于血液从心脏排出而不是由于心脏内在灵气的冲击下血液的自我推动所致。而且，靠近心脏的动脉很厚，因此它们能够抵得住心脏搏动的直接冲击，而且动脉一般都比静脉厚，因为动脉受着从心脏涌出来的血液的压力而静脉则不然。从心脏排出的血液又总是流入动脉而不流入静脉，即使在静脉血以这样方式被输送时，也就是从右心室输送到肺动脉的情况下，也是如此。在心脏跳动缓慢的冷血动物如蛙的例子里，哈维观察到心脏上面的心耳是在下面心室收缩之前发生收缩：他并且从心脏瓣膜的排列探索了血液循环的详细情况。他证明，右心耳把血液从静脉挤到右心室，然后右心室又把静脉血通过肺动脉排入肺内。在肺里，静脉血转变为鲜红的动脉血而被左心耳从肺经过肺静脉排入左心室，再从左心室排入动脉系统。因此，看来比左心室肌肉较薄的右心室似乎主要是与心肺之间血液的小循环有关系。这样一种观点为如下事实所证实：没有肺的动物如鱼类只有一个心室，这个心室是和有肺动物的左心室相符合的，他担负着全身总的血液循环作用。
哈维的学说对新的机械论哲学作了重要的增益，因为他表明心脏静脉和动脉构成一个运输血液的机械系统。把活的有机体及其各个部分当作机械系统来对待，这主要是从达？芬奇开始的，他证明动物的骨骼如同杠杆一样发生作用，而这种论点又为伽利略所继承。伽利略用他的关于材料力学的学说去说明为什么大象必须有和昆虫纤细的腿相反的粗重的腿。笛卡儿概括了生物是机器的观点，阿尔方斯？博雷利在一本《论动物的运动》（公元1680年）的遗著中用许多例子详细地应用了这种见解。博雷利论述了行走、跑、跳、滑冰以及举重时进行的机械动作。他以同样的方式论述了鸟的飞翔、鱼的游泳以及蠕虫的爬行动作。在转到人的内部器官的机械活动时，博雷利计算了如果心脏象一个唧筒里的活塞那样发生作用的话，在一次心搏动的时候，它必须施加一个大约相等于135，000磅的压力。同样地他把肺当作是一对鼓风箱，而胃则是一种研磨器。
在实用方面，哈维留下了许多没有解决的问题，这些问题在十七世纪才得到澄清。特别是哈维表示过一定存在着有联接动脉与静脉的毛细血管，虽则他当时没有能够看到它们。波义耳于公元1663年用注射有色液体和有色的溶蜡找出了毛细血管。马尔切洛？马尔比基（Marcello Malpighi，公元1628－1694）用显微镜于公元1660年成功地看见了蛙的肺部毛细血管。最后安东尼？范？列文霍克（Antony van Leeuwenhoek，公元1632－1723）于公元1688年在蝌蚪的尾巴中和在青蛙的脚里看到了血液通过毛细血管的实际循环过程。有了这些发现，血液运动的力学问题终于解决了，这就使现代科学家有可能对血液循环起什么作用进行研究。特别是化学家现在已经能够研究肺里暗红的静脉血怎样转变为鲜红的动脉血，并探讨这种变化的生理学意义。
[英]梅森
第二十章 从炼金术到医学化学
古希腊的生物学家和医学家从来没有用专门化学方面的语言来考虑人体的生理。当时人们认为有生物基本上由四种元素所组成，但是为了医疗的目的，身体的活动又用不同的生物物质的特性：四种体液即血液、黄胆汁、黑胆汁和粘液；三种功能的体液即动脉血、静脉血和神经液；以及起支配作用的灵气即活力的、自然的和灵魂的灵气来进行分析的。疾病的发生，不归之于外界实体侵入人体，而归之于四大体液比例的内部失调。因此就没有疾病本身这样的东西，而只有身体的病态。更早一些时候，在希波克拉底的时期，人们主张人体本身具有使失调的体液恢复平衡的能力，因此病人不必为药物而过分烦恼。但是到了盖仑的时期，试用药物去恢复体液平衡的做法已成为习惯，而且体液既然被认为主要是有机物质，所以这些药物大都取自植物和动物。穆斯林们增加了盖仑所用的药物使药剂更加复杂化了，因而在中世纪时，使用综合的多到六、七十种不同成分的万灵药方成为标准的治疗方法。这种药物成分仍然主要取自生物，而且往往含有一些毒质。例如，公元1818年最早的伦敦处方书中就列有胆汁、血、公鸡冠以及木虱作为口服的药物。
这些药物中很少取自矿物，因为古希腊哲学家和中世纪学者们对于化学物质及其特性都不大感兴趣。但是，在古代后期及中世纪，炼金士曾研究了化学问题，其中有些人如我们在前面已经看到的对炼金术在医学上的应用发生了兴趣。这样一种趋势，在帕拉塞尔苏斯（Paracelsus，约公元1493－1541）那时达到了顶点，这个瑞士医生企图把医学和炼金术结合起来成为一种新的医学化学科学或当时称之为的医疗化学。历代炼金术一方面同化学工艺有联系，另一方面又与神秘宗教有联系。因此，在一个宗教动荡的时期，当时也是工艺传统正在逐渐成熟的时候，在炼金术领域里的这种发展，与同时代的哥白尼的革命，新教徒的改革，以及血液循环学说的最初提出同时兴起，这也许是不足为奇的。
帕拉塞尔苏斯是苏黎世一个名叫冯？霍恩海姆医生的儿子，而他自称为帕拉塞尔苏斯，则因为他自认为他比罗马医生塞尔苏斯更加伟大的意思。公元1514年左右，他在南部日耳曼财政家兼炼金士西基斯蒙德？富格尔的矿地和冶金工场工作。然后在瑞士巴塞尔大学学医，在那里后来又教了两年书。他打破了传统，不用学者们的拉丁语而用日耳曼方言讲授；实际上他是第一个在大学里这样做的人，他邀请了巴塞尔的药剂师和理发师兼外科医师的人来听他讲课，使医学职业的工匠们与学者们联合起来。而且，他还用焚烧为一般人们所公认的医学权威盖仑和阿维森纳的书作为他开讲的仪式，正象路德烧掉罗马教皇的训谕一样。帕拉塞尔苏斯敬仰路德是一个“学识渊博”的人物，而路德则对炼金术深感兴趣，因为炼金术使贱金属变为贵金属，是一种死而复活的过程，这里就包含着一个准宗教的概念。
帕拉塞尔苏斯给炼金术下的定义是：把天然的原料转变成对人类有益的成品的科学。它是一个包括所有化学工艺和生物化学工艺的定义。冶炼工把矿物变为金属是一个炼金士，所以厨师和烘面包的人从肉类和麦子里制造出食物来也是炼金士。帕拉塞尔苏斯自己对于从矿物或植物的天然物质里制造药物特别感兴趣，因为根据他的定义，药剂师和医生同样都是炼金士。他采取了炼金士的基本观点，即矿物在地下生长并发展成为更完善的形式，而人在实验室里却能够人工地模仿地下天然发生的东西。他对这种见解的解释是很广泛的，因为他主张一切物质都是活的并且自然地生长，而人能为实现自己的目的而加速或改造这种天然过程。
在医学上，帕拉塞尔苏斯摒弃了人体健康由四种组织体液所决定的观点，提出人体本质上是一个化学系统的学说。这个化学系统由炼金士的两种元素即汞和硫同他自己所增加的第三种元素盐所组成。在早些时候盐就被认为是一种基本的物质，不过在帕拉塞尔苏斯以前还没有普遍地被当作一种基本的化学元素。在帕拉塞尔苏斯看来，疾病可能是由于元素之间的不平衡引起，正象盖仑派医生们认为疾病是由于体液之间的失调所引起的一样。但帕拉塞尔苏斯的学说指出平衡的恢复可以用矿物的药物而不用有机药物。帕拉塞尔苏斯的信徒们，也就是所谓医疗化学家，偶然也发现很好的无机药物，虽然常常根据的是异想天开的理由。例如，他们给贫血的病人服用铁盐，因为铁是同红色行星火星相联系的，而血和铁的战神则又是同火星相联系的。但是，人体为一化学系统这样的总观点，比古老的体液学说终究要有用些。
帕拉塞尔苏斯的学说中另一个有用的因素，是认为疾病的行为具有高度的特殊性，而且每一种疾病都有一种特效的化学治疗法。因此帕拉塞尔苏斯反对旧时的含有许多成分的万灵药而主张服用单一的物质作为药剂。这样一个转变促进了对于专科疾病的研究，并有助于把有益和有害的药物加以区别。只要复合的万灵药还被继续采用，便难于作出这样的区别，因为许多成分中间的任何一个成分都可能是有益的或者有害的。帕拉塞尔苏斯关于疾病的特殊性学说似乎根据这样的见解来的：自然界万物都是自主的活体。他认为上帝起初创造了一种原始的物质，然后许多种子又在它里面生长起来。每个种子在预定的时间内发展为一种特殊实体，然后实体本身死掉而种子则继续活着并开始一个新的生长周期。帕拉塞尔苏斯写道：“上帝创造万物。他从无到有地创造了某种东西。而这种东西便是种子，其用途和功能从一开始就存在于种子之中。”因此，每一实体的发展都是由包含在种子内的一种内在模式和一种力量所形成的。万物的生长都是自发的，不受外界力量的影响，因为“任何东西决不能从不是这个东西的自身中产生出来”。每个种子内促进生长的力量，是一种生命力或灵力，帕拉塞尔苏斯称之为“阿契厄斯”（Archeus）。人体内的‘阿契厄斯’把所摄取食物中的有益东西和无益东西区别开来，并把营养改变为人体组织成分，它仿佛是在人体构造的实验室内的一个缩小的炼金士。不同的“阿契厄斯”以不同的方式改变和安排物质，产生无限多的、形形式式的有生物，各有其自身的特殊个性。“因为上帝一开始就仔细地区分了他所创造的万物，对不同的东西决不赋予相同的形状和结构。”
帕拉塞尔苏斯设想疾病是一种具有特殊性和活力性的力量，就象一个“阿契厄斯”或者一个种子一样。它侵入身体和身体内的“阿契厄斯”作战，或者同专门器官附属的“阿契厄斯”作战，并可以由矿物或植物所提供的特殊的“阿契厄斯”所制服。就这样，帕拉塞尔苏斯的疾病观和传统的疾病观形成了对照；传统观念把疾病说成仅仅是身体的病态，而帕拉塞尔苏斯则几乎把疾病看成是实物本身。帕拉塞尔苏斯于公元1531年发表了他的关于疾病的论点，几年后吉罗拉摩？法拉卡斯托罗（Girolamo Fracastoro，公元1484－1553）于公元1546年提出了一个类似的学说，认为疾病本身是种子一般的实体。法拉卡斯托罗是原子论的信徒，因此在说明某种疾病是接触性或媒介性传染的这样一个久已周知的事实时，他认为有各种疾病的原子或种子存在，它们能够自行繁殖，并通过接触或空气由一个人传染给另一个人。这样，帕拉塞尔苏斯和法拉卡斯托罗在总的方面便预见到后来的疾病细菌学说，不过他们的观点不明确，而且完全没有实验证据的支持。
帕拉塞尔苏斯并没有从原子论吸取什么，因为他的观点和文艺复兴时期恢复的古代哲学没有多大关系，倒是和当时的宗教改革的观念关系比较密切。他把他的医学体系看作是一种宗教启示，它的使命是要恢复希波克拉底医学的纯洁性，正象宗教改革家把他们的神学教义当作是恢复原始基督教纯洁性的启示一样。帕拉塞尔苏斯写道，盖仑派的医生们“对于自然的伟大秘密是完全无知的，而这些伟大秘密却是在耶稣降世后的最近日子里，我从上天那里获得启示的。”我们前面已经看到，加尔文教派的一般思想与机械论哲学家们的思想有某些相同之处，而帕拉塞尔苏斯的活力论哲学则与路德的日耳曼宗教改革思想有相同之处。帕拉塞尔苏斯把自己与日耳曼的关系联系得特别深，为他自己挣得了“化学中的路德”称号，而他的医疗化学体系在德国比在其他任何地方度更加享有盛名。帕拉塞尔苏斯写道：“正如阿维森纳是阿拉伯人最好的医生而盖仑则是彼尔加蒙最好的医生一样，日耳曼也最幸运地挑选了我作为她的不可缺少的医生。”
炼金术和医疗化学都和神秘宗教结合起来，而日耳曼从爱克哈特（Eckhart，约公元1260－1327）时代到伯麦（Boehme，公元1575－1624）的时代都以他们的神秘主义而见称。我们下面将会看到，实际上，在伯麦的著作中新教的神秘主义与医疗化学的学说是融合在一起的。
科学革命与新教徒改革的一些人物对于中世纪团体等级性的世界观，从两方面进行了反抗。我们已经看到，加尔文教派和机械论哲学家离开了宇宙统治的等级概念，而倾向一种宇宙统治的绝对主义论，认为万物都是机械地均等的，在至高无上的主宰统治下享有同等的权力。路德教派和活力论哲学家，特别是医疗化学家，不承认在世界上生息的各种生物之间存在着支配与奴役关系这种传统观念，而主张宇宙间万物都是独立自由的，从一种内在原因取得它们的自主性。帕拉塞尔苏斯就是这样看，认为自然界每一个实体都是在它自己内部活力的推动下不依赖其他实体而发展起来的。神秘主义者过去总是个人主义者，把他们自己心中所感到的个人玄想放在首位。日耳曼人使他们的改革运动染上了神秘主义宗教传统的色彩，路德和神秘主义者一样，都强调人的精神自主性。在路德看来，人的得救是通过他内心的精神信仰，而不是如加尔文所教导的，由于上帝从外面给人注定的命运。人本身是一个小世界，在精神上是自由的和自主的，万象皆包罗其中。路德写道：“所有其他的生物只能认识上帝的足迹，但是人，特别是亚当，他是真正地而且充分地认识上帝，因为在亚当身上能见到智慧和正义以及关于万物的知识，所以他当然可以称为一个小宇宙或者自成一个小世界，因为他了解天、地和全部的创造。”
医疗化学者同样把人理解为一个自主的小宇宙，因此与早期炼金士的看法不同；后者认为人这个小宇宙是由大宇宙的天体所统治的。在帕拉塞尔苏斯看来，人的自由和解放存在于精神的领域里。帕拉塞尔苏斯写道：“正象苍天及其一切星座自成一个整体一样，人本身就是一个自由和强大的苍天；苍天自己作主而不受任何生物统治，人和苍天一样也不受其他生物的统治，他独立自主而不受一切的束缚，思想是自由的，并且不受任何法则的支配；人的自由就依靠自由的思想。我们发明的每一个东西都有其精神的起源。因此我们不必关心万物是怎样来的，只要坚信任何事物都是受命于上帝的。”
医疗化学家和路德一样，根据这一立场，对采用逻辑的探讨方法是不信任的。帕拉塞尔苏斯写道：“希腊人的自然科学便是这样地只从所见到的事物推演出来，不承认精神实验有什么玄妙之处。”对医疗化学家说来，知识是通过玄妙的洞察和类比进行经验探索而获得的，特别是通过人这个小宇宙与整个世界这个大宇宙之间的类比。帕拉塞尔苏斯写道：通过二者之间的类比，“懂得了雷霆、风雨和暴风起源，人便懂得腹痛和动脉扭塞是怎样来的”。而这种洞察和类比在实践中的失败只能归之于实验者的不当，而不能归之于这种观念缺乏真实性。帕拉塞尔苏斯写道：“炼金术中的全部缺点和困难的原因完全是由于操作者缺乏技巧。”医疗化学家的另一个知识来源是圣经和当时的宗教思想。帕拉塞尔苏斯感到世界的基本物质一定具有一种三重复杂性，因为创世主是三位一体的。因此他在旧时炼金士所假定的硫和汞二元要素之外，还增加了一个第三元要素盐。帕拉塞尔苏斯写道：“这三元素是基本的物质，并且只有一个名称：第一位的物质就是上帝，而正象神是三位一体的，所以地上的物种都各自有其分别的职能，但这三种职能都包括在第一物质的唯一名称的下面。”
在十六、七世纪期间，帕拉塞尔苏斯的学说有很大的影响，并逐渐和盖仑的学说相匹敌。帕拉塞尔苏斯的学说在大学里一般是禁止传授的，但是他的学说在大学里却似乎很受欢迎，因为在十六世纪后期，在巴黎和海德尔贝格发生了抗议禁止帕拉塞尔苏斯学说的学生运动。但是，医疗化学对药剂师比大学的医生更有吸引力，因为它给药剂师的技术提供了一种理论，并使他们可以根据这种理论按自己的考虑去进行医疗实践。在英国，药剂师的地位在十七世纪相当地提高了。他们于公元1608年从原来药商所属的杂货商公司分出来，成立了他们自己的药剂师公司。愈来愈多的人开业行医，而在公元1665－1666年大瘟疫期间，他们在伦敦坚守岗位并做得很出色，而许多盖仑派医生则逃走了。终于在公元1703年一个考验的病例使药剂师们完全得到了行医的权利，这个权利直到十九世纪以前还没有被取消。
医疗化学本身由布鲁塞尔的一个贵族约翰？巴帕梯斯特？范？赫尔蒙脱进一步加以发展。他的主要著作《论医学的发展》在他死后于公元1648年出版，不过他生前也发表过好几种阐述了同样见解的次要的著作。赫尔蒙脱追随帕拉塞尔苏斯，摒弃了大学里讲授的亚里士多德逻辑和演绎推理。他写道：“逻辑是无用的，因为数学的法则或从论证得来的学问，与自然是格格不入的。”他把神秘主义者通过冥悟所获得的知识当作是神圣的，而把逻辑与论证所获得的知识看作仅仅是人间的和十分拙劣的。与帕拉塞尔苏斯一样，赫尔蒙脱的论据很多依靠类比，特别是把他的见解建立在地上物体与天上物体之间的所谓相似性上。他写道：“地上的东西的确表现出它们和天上东西相似或相称。”赫尔蒙脱比帕拉塞尔苏斯更是一个实验主义者，并且更加一贯地把他的思想付诸实践。他认为大学应当把化学列入教学，“不是光靠讲课而是靠用火的操作证明……用蒸馏，润湿，干燥，烧成石灰，溶解，一如自然那样地进行”。
赫尔蒙脱不承认帕拉塞尔苏斯把基本物质说成是盐、汞和硫三元素的论点，但是他同帕拉塞尔苏斯一样以神学的方式进行论证，并主张水一定是基本的物质，因为圣经中提到水是在其余的东西创造以前就存在的原始浑沌。这个见解他觉得已为一个精心设计的实验所证实了。他在一只装有二百磅泥土的盆内，种了一根五磅重的柳树截枝，并在五年中给截枝不断浇水，后来它就长成一棵重一百六十九磅的柳树，盆内泥土的重量则始终不变。赫尔蒙脱论证说，既然柳树里面只加进了水，树增加重量一定是由于同化了的水分变成了树木。进一步的实验使他相信水可以变成土，所以土是一种派生出来的元素，而不是基本的元素。在当时制造粗糙的玻璃容器中煮沸的水，留下了沉淀物，这是因为一部分玻璃溶解而产生一些沉淀的缘故。赫尔蒙脱则把沉淀物当作土，并把这种现象认为是水变为土的一个例证。传统的四大元素的另一个火，在赫尔蒙脱看来，只是燃烧着的烟，根本不是一种元素。但他觉得空气可能是个独立的元素，因为他发现不管他把一筒空气施加多大压力，它都不会压缩成“水”或液体状态，这与水蒸气及其他蒸气不一样。
赫尔蒙脱和帕拉塞尔苏斯一样，都认为自然界各种不同的实体都是从基本物质中的各种种子生长出来的。每一粒种子或酵素都含有一种活力或灵气，为种子生长起来的实体规定一种独特的发展模式和行为。因此自然界是由各种各样的自主物体组成的，每一个物体都是由其内在的活力自我决定的。赫尔蒙脱写道：“物体有两个主要的起因或最初的起源，即水的元素或（物质的）起源和酵素或麯子或种子的起源。……酵素为一种形式的创造物，从世界创始时就在它自己的王国里形成了。（它）含有它本身所要做的事情的各种类型或模式，如形状、运动、时刻、方面、倾向、适宜、相等、平衡、疏远、缺点和日常发生的任何事情，以及传宗接代和治理国事等。”
甚至一个实体各个组成部分，例如人体的不同器官，都有它自身的生命和存在，源自支配那一部分的灵气或生命冲动。疾病乃是从外面侵入人体的有生物，并盘踞在某一特殊器官上，霸占着器官的生命过程。范？赫尔蒙脱写道：“疾病是一个陌生的客人”，因为每一种疾病都含有“它自己的有效动因和它本身的内在物质”。因此，每一种疾病都有其特殊的起因、效果和部位，而且必须用特殊的药物治疗──这种药物应是一种简单的无机物或植物──而不是旧时的复合万灵药。赫尔蒙脱认为古代的医生把疾病同疾病的症状混为一谈，而且只图治除病状而不治除病因。他写道：“治病往往是去掉乘机而入的病因，决不是仅仅去掉症状”。
在化学领域内，赫尔蒙脱是第一个区别与空气元素的人。在他以前，而且实际上在他以后若干年内，气体都被认为是空气元素的各种不同形式，或者是空气同各种不纯杂质的混合。但是赫尔蒙脱认为各种气体根本上各个不同，也不同于空气和可凝结的气体。炼金士以为物体由物和“灵气”所构成，并设想在某些情况下能够使物体加热，凝结发出的气体而把灵气分离出来。这样他们变得到酒精即“酒的灵气”和盐酸即“盐的灵气”。同样地，赫尔蒙脱认为每一个实体由物体所共有的基本物质和该物体所特有的活力即灵气所构成。他力图分离出这些灵气，不仅使用传统的高热技术，也使用酸对物质的作用，他还发现在某些情况下有些放出来的蒸气或灵气不能凝结。他把这些蒸气叫做“气体”，而且他想把既然一种物质的灵气都是物质所特有的，因此他主张气体相互之间因起源不同而各自不同。这样一个观点使赫尔蒙脱分离和鉴别了好几种气体，特别是碳、氮和硫的氧化物。根据赫尔蒙脱的理论，气体既然是各种物质的纯灵气，或活力，他认为气体本身是强有力的作用者；为了说明这种论点，他引证了火药爆炸以及由于压缩气体使容器发生破裂的例子。
在十七世纪，不仅医疗化学家和活力论者研究医学和化学的问题，机械论学派的哲学家们也研究。总的说来，医疗化学家认为无机物质都是活的，由于内部的活力引起变化，而机械论哲学家则认为物质是死的，不能动的，只在受到外界机械力时才发生变化。在十七世纪，这两种观点用在化学上都有其局限性，不过机械论哲学最后显得比较有用。力学的定律是高度普遍的，对于所有的各种各样的物质都规定了同样的变化，因此力学定律就不能很好地说明化学反应的特殊性，而医疗化学只提供了关于化学特殊性的一种虚假的说明，它把它归之于特殊化的活力。
最早提出化学变化机械论学说的化学家之一，是十七世纪前半叶的詹？雷伊（Jean Rey），法国冶金学者。人们久已知道，金属在空气中加热会增加重量并形成灰渣。为了说明这种现象，雷伊于公元1630年提出空气具有重量并在加热时被金属吸收的说法。他没有想到这个过程是空气与金属的化学结合，而把它看作是一种机械的混和，如同干燥的沙吸收水分而变得更重一样。雷伊写道：“重量的增加来自空气，空气和金属灰相混合（经常的搅动起着帮助作用）并变得附着在它的最小的微粒上面；这无异于把沙倒在水中搅动，水润湿了沙并粘附在最小的沙粒上，使沙变得更重一样。”
一个更著名的自称为机械论哲学家的化学家是罗伯特？波义耳（Robert Boyle，公元1627－1691）；他是早期英国斯图亚特王朝新贵族科克伯爵第二代的一个小儿子。波义耳对医疗化学家的工作，特别对他们依靠经验的观察感到兴趣，但是他认为这些观察应当用机械论哲学来说明。在波义耳看来，机械论哲学就是物质由运动的粒子或微粒组成的理论。他断言他不指望会“看到任何一种比微粒说所提出的更为全面并易于了解的原理了”。笛卡儿概括了机械论观点，摒弃了原子论学说，因为他相信真空不可能存在，但是波义耳则认为借助抽气唧筒可以产生真空。还有原子论学说在整个十六世纪都复兴起来，在十七世纪又被几个作者加以阐述，最著名的有法兰西学院的数学教授比埃尔？伽桑狄（Pierre Gassendi，公元1592－1655），从而使原子论学说逐渐成为机械论哲学的一部分。
波义耳感到这样一个观点很容易用在他的物理学研究方面。他发现气体的压力与其体积成反比，并且看到这一定律可以通过假定气体的微粒或者是微小的静止的弹簧，或者是作无规则运动的小球体来加以阐释。后来，牛顿证明波义耳的气体定律是从第一个假设推来的，而贝努力则证明它是从第二个假设推来的。但是当波义耳碰到化学的问题时，他发现机械论哲学很难应用得上。在谈到化学物质的个别性质及其反应的特殊性时，波义耳写道：“我建议的关于特性本源的微粒说，其重大的困难就在于自然物体中实际见到这样种类繁多的特性会起源于这样少的两种因素，而且简单到只是物质和位移运动，这是不能令人置信的。”波义耳指出盐能溶于水而不能溶于油或汞，但金子却溶于汞而不溶于水或油，硫又溶于油而不溶于水或汞。他设想这些特性或许可以用“物体中的变异原理”来说明，根据这个原理假定物质的基本原子有各种不同的形状和大小，并以不同的方式运动，或者相互固定在各种不同的次序和排列上，并在它们的细孔里保持着某种“微妙的流出物”或“散发物”。在波义耳看来，这些“物体中的变异原理”，如同各个字母一样，可以各种不同方式联结在一起形成各种不同的组合，每一个组合代表一种化学物质所具有的一套可能的特性。但是波义耳没有能够根据他的“变异原理”被观察到物质的化学特性作出成功的解释，因为他的理论没有把当时分散的化学事实加以系统化，也没有能用实验来证实。
在其他方面，波义耳通过改进当时采用的化学步骤和这个课题的一般公理对现代化学的建立作出贡献。作为培根的一个信徒，他要求化学必须建立在大量实验观察的基础上，他特别要求对化学变化要作定量研究。波义耳指出用纯净和均一的物质进行研究的重要性，并在这方面提出了一个关于化学元素的现代定义。波义耳写道：“我指的元素是某些不由任何其他物体所构成的原始和简单的物质，或完全没有混杂的物质……一切称之为真正的混合物都是由这些物质直接合成，并且最后分解为这些物质。”
但是，波义耳倾向于这样的见解：水、空气和火是元素物质。他认为存在有一种“火的物质”，当金属在空气中加热而形成灰时，使金属的重量增加的就是火。雷伊曾经认为金属烧成灰时吸收了空气，赫尔蒙脱也认为气体是单独的化学物质，而不是空气元素的各种形式或是被杂质污染了的空气，这两个人的学说波义耳都没有继承下来。
在生理学方面，波义耳，特别是他的信徒们如罗伯特？胡克、理查德？洛厄（Richard Lower，公元1631－1691）和约翰？梅奥（John Mayow，公元1645－1679）进一步证明了在肺内暗红色的静脉血变成鲜红的动脉血，是由于摄取了一部分空气的原因，而这样被吸收的空气在体内起了一种类似化学燃烧的作用。帕拉塞尔苏斯以他独特的类比方式进行论证时，曾认为空气是被肺所吸收的一种营养形式，正象食物被胃吸收一样。波义耳同意这样的观点，因为他发现动物在缺乏新鲜空气的供给时不久便会断气；并且当放在用他的抽气唧筒所产生的真空中的时候几乎立即死亡。一枝蜡烛的火焰同样需要空气，所以胡克认为呼吸起着一种类似燃烧的生理过程。波义耳发现在封闭容器内的动物同蜡烛火焰都吸收了它们所能够利用的一部分空气，他认为这个部分可能就是与元素空气相混合的一种“生命的精华”。胡克发现火药会在真空中或者在水下燃烧，因此他假定，呼吸和燃烧所需要的那种空气中的“生命的精华”是“硝灵气”，它在火药混合物的硝石中也有。胡克和洛厄一起发现了暗红的静脉血在同空气一起摇动的时候变成鲜红的动脉血，而洛厄本人又发见在窒息而死的动物体内的全部血液都是暗红色的，而在一只用风箱把空气打进肺内的动物里，其全部血液都是鲜红色的。洛厄因此认为肺内血液摄取了空气中的生命所需要部分即“硝灵气”，这样，暗红色的静脉血液就转变为鲜红的动脉血，而后动脉血便载着“硝灵气”运行全身，供应各种生命过程。例如，一个不能进行呼吸的胚胎就是以这种方式从母体的动脉血里接受了生命所必需的“硝灵气”的。
公元1674年出版的约翰？梅奥的《医学自然科学五论》综述并扩充了波义耳、胡克和洛厄的研究工作。梅奥认为呼吸和燃烧所不可缺少的空气中的生命所需要的部分是由某种“氮－空气微粒”组成的。这些微粒存在于硝石中，因为火药没有空气也会燃烧。硝酸中含有这些微粒，因为锑用硝酸处理后或者在空气中加热时会产生相同的物质。在两种情况下所得到的产物都比原来的锑为重，这种重量的增加是由于吸收了“氮－空气微粒”的结果。这种微粒在呼吸时也被血液所摄取，并且同血液中的“硫的”不可燃烧的微粒相结合而产生动物体热。梅奥不认为空气是两种气体的混合物，即他的“氮－空气微粒”同其他惰性微粒的混合物。他把空气设想为一种元素物质，而“氮－空气微粒”则附着在空气的微粒上面。空气的微粒就象个小小的弹簧，而当“氮－空气微粒”因燃烧或呼吸而从微粒上去掉之后，空气微粒就丧失了某种弹性，体积因此缩小。梅奥关于“氮－空气微粒”在化学和生命过程中所起的作用的见解，与现代关于氧的化学与生理作用的概念有些不同，但人们有时却把他说成是曾经预言过这个概念。他是机械论哲学的信徒，对于他来说，“氮－空气微粒”的活动大部分是机械的，而不发生我们称之谓的特殊的化合作用。铁的生锈是由于“氮－空气微粒”的机械摩擦所致，而肌肉的收缩则来自微粒在肌肉中的迅速运动，饥饿则是由于这些微粒压迫胃壁所产生的痛觉。热与光是“氮－空气微粒”的迅速运动，而冷及蔚蓝的天空则是这些微粒处于静止的状态所致。就这样，梅奥把他的“氮－空气的”灵气或微粒子提高到普遍元素的地位，类似炼金士与医疗化学家们的元素。实际上，他的许多观点都是活力论医疗化学学说的机械论翻版。和医疗化学家们一样，他认为自然界有三大基本元素，即氮－空气的灵气、硫和盐，他的氮－空气的灵气代替了炼金士的汞。正象炼金士认为金属是由汞与硫的相互作用所产生的一样，梅奥也认为化学变化一般地说是由氮－空气的灵气与硫相互作用所引起的。他写道：“氮－空气的灵气与硫相互间进行着持久的斗争，而实际上万物的一切变化似乎都产生于它们碰上时的相互斗争，以及它们交替败亡所产生的不同状态。”
十七世纪英国医疗化学学派的研究工作，实际上以梅奥为结束。斯蒂芬？黑尔斯（Stephen Hales，公元1671－1761）在某种程度上继续了这个学派的传统，但是它没有生存下来，而现代化学却在别的地方即十八世纪末的法国，建立起来了。波义耳已经得到了关于化学元素的一个合理的定义，并提出了一个化学方法上有价值的见解。他和他的学派达到了这样的结论：空气在燃烧与呼吸中起着生命所需要的作用，在这些过程中，一部分的空气被吸收了。这些见解，以及赫尔蒙脱关于气体的概念和雷伊的关于金属煅烧的学说，在一个继起的医疗化学的新浪潮以燃素说形式在德国出现并蔓延到全欧洲的时候，它们即使不是完全消失，也在某种程度上被埋没了。
[英]梅森
第二十一章 近代初期的一些科学应用
科学最早的应用，主要是在青铜时代利用天文学和数学来记帐、测量、绘制地图和制订历法。希腊人和阿拉伯人曾把这些科学上的应用加以改进，但是一直到近代初期，科学才被应用到崭新的领域里来。这是因为当时的地理大发现为航海术提出了新的实际问题，而这些问题是一向没有现成的解决办法的。在大蒙古帝国终结之后，直接和东方的陆地贸易变得愈来愈困难，而欧洲的贸易潜力则增加了。所以欧洲人就企图改由水路通往东方，因为他们现在拥有可以航行远洋的船舶。第一批探索这条航线的是热那亚人，因为他们被威尼斯人从勒旺岛那条贸易航道赶了出去，但是他们的成就不大，不久就被葡萄牙人取而代之。不过热那亚的仪器制造者和领港员在今后一个时期还是相当有名气的，其中就有哥伦布和卡波特父子。
从十五世纪开始，葡萄牙人就已经到达西非海岸，所遵循的仍旧是中古世纪的沿海岸航线。葡萄牙的亲王“航海家”亨利（Henry，公元1394－1460），于公元1420年前后，在圣文生特海角上的沙格立山建立了一个航海研究所和一座天文台。托勒密和古代其他作家的天文学和地理著作都被搬到研究所来，用来进行探测。但是正如亨利的一个船长指出，“尽管我们对有名的托勒密十分敬仰，但是我们发现事事都和他说的话相反。”天文台和研究所的人员里有德国的数学家和意大利的地图绘制者，他们从十五世纪的五十年代起就进行海陆探测并绘制航海图。那些数学家们重新计算了地球的周长，采用了波昔东尼斯和托勒密对它上面一度的长度的低估计值，就获得一个令人乐观的短的估计值。根据这个估计值，他们在公元1474年绘制出一条由西方环绕地球的航线。
葡萄牙人向东面探寻新航线，公元1486年巴托罗摩？迪亚士绕过了好望角，公元1497年瓦斯科？达？伽马就由这条航线到达印度。西班牙人则向西探寻，公元1492年哥伦布航抵西印度群岛。哥伦布和伽马都得横渡望不见陆地的广大洋面，为了使他们的航路可以重复行驶，就需要绘制海洋图和测定船舶在海中位置的方法。绘制海洋航路图和一般广大地区的地图，涉及测定地面上各个地方的相对位置和把圆形的地球表示在一个平面上的问题。测定船舶在大海中的位置和新发现的陆地的方位，则要求测量各地的经纬线。一个地点在赤道北面或者南面的纬度多少容易测定，这只要测定一下太阳在白天的平纬度，或者如果在北半球的话，测量一下夜间北极星的平纬度就行了，如希腊人所熟知的那样。可是两个地点之间的经度差距就比较难测定。这种距离可以靠测定这两个地点的当地时间的差异来计算；例如，在英国是日中时，在西伯利亚是日落，而在美国则是破晓，根据这些时间差异，这些地方的相对距离就可以测定出来。某一地点的当地时间可以靠太阳，例如用一只日规，或者在夜间靠拱极星的表观运转，如大熊星座的那些星，很容易就测定出来；这些大熊星座的星星就被人们称为“时钟星”了。但是要获得两个地点在时间上的差异，却要求对当地时间的测量，根据一件可以为不同地点的观察者同时看得到的事情来进行，有如一次日食或者月食，或者某一人定的标准的时间尺度，如现在的格林威治的平均时间，来进行测算。古代和中世纪知道的唯一测定经度的方法，就是根据同时观测日食或者月食和不同地点的当地时间，但是日月食的次数太少了，所以这个方法对十六世纪的航海家说来没有多大用处。
这类问题，以及老的测量和制订历法问题，在十五和十六世纪都有人进行研究，主要是在德国南部、荷兰和意大利南部。如我们已经知道的，约翰？缪勒和他的赞助人纽伦堡富商柏那德？瓦尔特在瓦尔特的私人天文台进行天文观察，目的就是为了获得改革历法和编订西班牙人和葡萄牙人用的航海历书的资料。稍后在公元1524年，彼得？班纳威兹（Peter Bennewitz，公元1495－1552），一个因戈尔施塔特大学的数学教授和西班牙皇帝查理五世的朋友，建议测定经度的标准时间可以用观察月亮在恒星之间的方位来决定。班纳威兹还发明了一个适用于广大陆地面积地图的投影方法。他把地球的纬度都画成平行线，把经度的子午线画成圆周的一个部分，圆周的曲率从成一直线的本初子午圈曲率起越来越增大，这样世界的地图就分为三十六个弓形，其在赤道的宽度都相等。另一个南德意志人，马丁？瓦尔德西米勒（Martin Waldseemüller），斯特拉斯堡的一位数学家，在公元1522年前后发展了一种初具雏形的经纬仪，用来测量和观察天象。
在荷兰，佛兰芒人早就是和热那亚人旗鼓相当的欧洲最好的罗盘制造者，他们改正了磁针和真正北方向之间的偏离，而热那亚人则没有做。在荷兰，盖玛？弗里修司（Gemma Frisius，公元1508－1555），卢万大学的数学教授和查理五世皇帝的御用天文学家，于公元1530年建议测量经度的标准时间不妨用一具准确的机器钟来决定，钟走的是本初子午线的当地时间，就象现在的格林威治时间一样。公元1533年，弗里修司公布了三角测量法，以代替当时流行的用步行测量距离的吃力办法。他提出先随便测定一段距离作为底边，然后从这条线的两端测量遥远目标的张角，从这些测量就可以用三角法算出测量目标的距离。他的学生盖拉德？麦卡托（Gerard Mercator，公元1512－1594），也是一个佛兰芒人，是十六世纪最杰出的仪器制造者、测量者和地图绘制者之一。在公元1569年，他出版了一份根据他自己发明的设计绘制的世界地图，它作为航海家的航海图最为理想。麦卡托把经度的子午线都画成等距的平行线，把纬度画成和子午线垂直的平行线。纬度线之间的距离在接近两极的地区逐渐加宽，这样纬度弧度和经度弧度就完全以同等比率加大。这种设计使测绘航道的工作大为简化，因为在麦卡托的地图上，一条船沿着一个固定不变的罗盘方位的航道，看上去永远是一根直线，而不是如别的一些设计那样，成为一根复杂的曲线。
麦卡托就这样解决了应航海术的需要把球形地球画在平面地图上的问题。可是在大海中测定经度的问题仍然存在，因为班纳威兹和弗里修司建议的那些方法还实行不了。公元1598年西班牙的腓力普三世悬赏一千克朗征求测定经度的方法；约在同一时期，荷兰联省共和国的执政也同样悬赏一万佛罗林征求人们解决测定经度的问题。以后不久，伽利略用他的望远镜观测到木星有四个月亮，并指出这些月亮时常出现的月食，可以为测定不同地点的标准时间提供一个好办法。因此他就列出一张木星月亮的运行表，并把这张表送到荷兰和西班牙去。可是伽利略的这张表并不十分准确，而且这个办法在大海中无法采用，因为船的动作使船上的人无法用望远镜进行稳定的观测。伽利略另外还有一个发现，使人们后来得以用弗里修司的方法解决经度问题。他发现在摆的摆动幅度不大时，其摆动的周期不变，并且遗留下一些用这样的摆来调节的机械时钟的设计图样。接着荷兰的惠更斯就试着一些在海上保持标准时间的摆式计时钟，但都没有成功，原因是船身的摇动干扰了钟摆的摆动。
上述的这些发展有一个突出的地方，就是位于伊比利亚半岛那些国家的人在解决这些问题上都没有什么贡献可说。西班牙人和葡萄牙人在进行地理大发现和地理探索上跑在最前面，而且对这些有关航海术的问题感觉也最灵敏，然而他们在利用科学或者发展科学本身来解决这些问题上，却做得很少。十六世纪和十七世纪初期，在科学发展上贡献最大的是意大利北部、德国和荷兰的那些人。德国人和意大利人，由于有一个年深月久的文化和商业传统，既发展了基础科学，也发展了应用科学。不过到了十七世纪中叶，他们的繁荣时期结束后，科学也就停滞不前了。荷兰人有比较新近的文化和工艺传统，他们的科学活动开头都以实用为主。在佛兰芒人的贡献没落之后，布鲁日人西蒙？斯台文在荷兰人反对西班牙争取独立时期，就转而效忠荷兰。他在力学问题上的研究，虽则主要是实用性质，却标志着荷兰理论科学的开始。到了克利斯提安？惠更斯和十七世纪后期的荷兰显微镜学派，理论科学就达到成熟阶段。因地理大发现在工艺和商业上都得到好处的其他国家，主要是英国和法国，都差不多在同时开始发展纯理论科学和应用科学，他们的科学传统也在十七世纪中期达到成熟。
西班牙和葡萄牙，这两个从事地理大发现的国家，并没有发展什么科学传统，而它们的商业和工业也都衰退了。西班牙人自以为他们在新世界找到金银就是发财致富，但是他们从美洲带回这些珍贵金属，只起了刺激别国工艺和商业发展和搞垮西班牙本国工业的作用。更由于西班牙排除了土生土长的商业分子，如犹太人和新教徒，而外国工匠和外国发明家又大都不能发挥作用，西班牙的工业就进一步衰退了。“航海家”亨利在葡萄牙发动的科学航海运动，在十六世纪开始取得积极成就，但这些成就都只是昙花一现。葡萄牙的犹太人，巴特卢？冷尼斯（Pedro Nunez，公元1502－1578）设计了一种绘制海洋航图的圆锥面投影，并发明了一种能读出天文学和其他仪器标尺上的精细分度的装置。但是犹太人的地位使他站不住脚，所以他离开了葡萄牙。冷尼斯以后，伊比利亚半岛不论在基础科学或者应用科学方面，都没有什么重要的发现。有些好的技术手册编了出来，如科特司（Cortez）的《航海术》（公元1550年）和巴尔巴（Barba）的《金属工艺学》（公元1640年），但是很少有新的内容。伊比利亚半岛的商业、工业和科学就这样衰落了。更由于西班牙的霸权一蹶不振，那些在十六世纪早期由于他们和西班牙关系的鼓励而研究实用科学问题的人，主要是佛兰芒人和南德意志人的科学成就也衰退了。
在别的国家里，特别是在英国，则采取了一种相反的政策，工业建设起来，外国的工匠都受到欢迎。商业繁荣了，英国很快地首先发展了一个实用科学传统，接着又发展了基础科学传统。和西班牙一样，英国开头依靠的是热那亚人的领港员，突出的有卡波特父子和外国的数学家，如法国人詹？罗兹（Jean Rotz）就在公元1524年被任命为亨利八世的御用水文学家。但是当航海和贸易发展起来时，本国的领港员和数学家不久就出现了。英国最早的著名数学家有罗伯特？雷考德（Robert Recorde，约公元1510－1558）、里奥纳得？狄格司（Leonard Digges，公元1571年卒）和约翰？第（John Dee，公元1527－1606）。雷考德发表了几本关于天文学和数学的书，著名的有《知识之宫》（公元1556年），是为英国驶往中国的海员写的，和《智力的砥石》，一本献给莫斯科公司 总经理的书。雷考德死后，他在莫斯科公司和中国航线担任的顾问工作就由约翰？第继任。在十六世纪的英国，数学和商业是密切关联的，而实用科学则受到商人和贸易公司的提倡。约翰？第在他的航海术著作中提到“自己应公司之请，为我们的两个莫斯科公司各领港员发明的”两种罗盘。莫斯科公司还批准约翰？第的一个学生理查德？艾登翻译科特司论航海术的西班牙文著作。
约翰？第在卢万大学攻读数学，曾经师事过盖玛？弗里修司和盖拉德？麦卡托，他自己后来又成了英国十六世纪多数重要领航员的老师。理查德？钱塞勒在他代表莫斯科公司于公元1533年探寻一条通往俄国和中国的东北航线之前，就受过第的教诲。马丁？弗罗比席尔于公元1576－1578年探寻通往中国的西北航线，第也教过他，还教过钱塞勒的后继者史蒂芬？布劳和威廉？布劳。第不但是一个数学教师，也是一个从事实际工作的天文学家和杰出的著作家。他和钱塞勒制造了一个大十字杖，由第用来作天文观测，准备改革历法，他的警卫员兼学生托马斯？狄格司（Thomas Digges，公元1595年卒）就用这具仪器去观测公元1572年的新星。狄格司关于这颗新星的测算，其准确性仅次于第谷？布拉赫的那些观测。公元1570年约翰？第为欧几里得几何学第一个英译本写了一篇重要的序言，阐述了数学在哲学上的任务和实际效应；这个英文本的译者是他的朋友亨利？毕林斯莱，一个富有的衣帽杂货商人，后来在公元1595年当了伦敦市长。约翰？第在这篇序言中写道：“世间万物过去和现在都可以一般地分为三类。它们或被认为是超自然的，或者是自然的，或者属于第三种……后者有一个特别名称，叫做数学的东西。这些数学的东西，（在某种程度上）属于超自然和自然之间，既不象超自然的东西那样绝对和完善，也不象自然的东西那样低下粗糙，而是非物质的东西，然而多少却要靠物质的东西体现出来。”
第接着说，因此我们可以靠数学的东西对超自然的东西有所理解，并安排自然的东西。我们可以把数学用于商业簿记，用于建筑、占星术、音乐、地理、天文、航海术、医术、战争上的各种问题。这些数学的应用在十六世纪的英国，好象并没有执行得很好。第接着又说：“这些（数学的）技术里面就有几何学，或量地学，在测量陆地、森林和海洋上比较巧妙。我只说比较巧妙。可是天知道，在这以前，英国和爱尔兰境内，当代的靠不住的测量犯了多么大的错误，造成多么大的损害啊；是不是由于不懂得每一细节，或者出于欺诈，我也说不清楚。”
第坚称，改良测量方法所节省下来的钱，足可以在两个大学里各设一个数学讲座。
英国的商人，就象第的朋友毕林斯莱一样，对提倡数学的研究特别关心，主要是有关航海的问题和那个时期土地大转手中牵涉到的测量问题。以托马斯？史密斯为首的伦敦商人于公元1588年英国受到西班牙敌舰队威胁时，在伦敦设立一个数学讲座来训练航海人员和民兵中的船长。史密斯后来在公元1600年当了东印度公司的第一任总督。那些商人任命他们里面一个商人的儿子托马斯？胡德（Thomas Hood）担任讲座，继续了两年之久。后来东印度公司接办了爱德华？赖特（Edward Wright，公元1560－1615）的数学讲座；赖特在公元1599年解决了麦卡托的绘制地图设计中的数学问题。这类数学讲座并没有维持多久，可是托马斯？格雷山姆爵士（Sir Thomas Gresham，公元1519－1579）却建立了一个比较重要和持久的教育机构；他是麦塞斯公司的一个阔老板，把自己在伦敦的房地产和宅第遗赠作建立一所以科学为主的学院之用，这个学院后来就叫做格雷山姆学院。他的遗嘱规定这所学院不象大学一样由教会人士管理，而要由麦塞斯公司和伦敦市长及参议员管理。在格雷山姆的妻子于公元1597年逝世后，他的遗嘱就由上述那些人执行了。格雷山姆的遗赠规定学院要设七个教授，每星期讲授两次，一次用拉丁文讲授，一次用英语讲授，讲课有神学、音乐、天文、几何、医学、法律和修辞学，所有伦敦市民都可以自由听讲，不收学费。在他的遗嘱里，格雷山姆规定天文学教授的职责如下：“天文学的讲授者应当在他的庄严讲稿里，先讲述天层的原理、行星的学说以及望远镜、观测杖和其他通常仪器的使用，以增进海员的能力；讲授了或者开讲了这些以后，教授应当每一年以一个学期左右的时间通过讲授地理和航海术，将天文学加以应用，”
格雷山姆学院成立之后，立即成为十七世纪上半叶英国科学活动的主要中心。学院之外还有些集团，诸如以瓦尔特？拉莱爵士和诺坦普兰伯爵为中心的那个集团，主要成员中包括有托马斯？哈略特、罗伯特？修斯和罗伯特？沃纳，他们被称为“诺坦普兰伯爵的三贤”，尤以哈略特最为重要。哈略特曾和拉莱一起去美洲，在那边测绘了弗吉尼亚的地图。哈略特并和刻卜勒通信，讨论天文学和光学问题，在数学上他也先见到了笛卡儿解析几何里的一些内容。另一个集团以约翰？威尔斯和他的儿子为中心。威尔斯的儿子在十七世纪上半叶是德特福皇家海军仓库的保管员。在威尔斯父子家里聚集了许多造船名手，如菲尼亚斯？佩特、爱德华？史蒂文斯、休？莱雅德和亨利？高达德，即后来任格雷山姆学院医学教授的乔纳森？高达德的父亲。德特福集团和格雷山姆学院的天文学、几何学教授的联系相当密切，因此并不能把它看作是和格雷山姆学院那些人有显著区别的一个集团。
格雷山姆学院的第一任几何学教授是亨利？布立格司（Henry Briggs，公元1556－1630），他的交游里包括有爱德华？赖特、威廉？吉尔伯特、马克？里得利和威廉？巴洛。里得利是吉尔伯特的医科同事，曾经做过在俄国的英国商人的医生，巴洛是一个牧师，后来当了温彻斯特的主教。所有这些人都作磁学的实验，其中最主要的是吉尔伯特做的那些实验。英国的航海人员对发现一条可能通往亚洲的东北或西北航路非常关切，这些探索要求驶过北极地区，而罗盘磁针所指的北方和真北方向的偏离很大而且拿不准。因此磁学对英国人说来特别重要，他们在这方面的研究也最为领先。哥伦布曾经发现罗盘磁针方向和真北方向的偏离随地面上不同地点而异。撒巴司钦？卡波特和詹？罗兹在为英国人服务时曾经设想过，这种现象说不定可以用来测定各地的经度，但是罗盘的差距不但随地而异而且太不规则了，无法加以采用。还有，吉尔伯特后来逐渐看出，根据他的磁石球实验，罗盘磁针在某一个地点与真北方向的偏离是由整块陆地的存在所引起的，和这个地点的经度毫不相干。吉尔伯特还设想，由北面通往印度的海路，走东北方向可能比走西北方向容易找到，因为沿着前一条路线走，罗盘针的偏向较小，而根据他的学说，这就表明陆地的阻隔较少。吉尔伯特虽则否定了罗盘针的偏向和任何一个地点的经度有关系的可能性，但是他觉得磁针的下倾说不定和地球表面各个地点的纬度有联系。因此他设想下倾的磁针可以在阴天看不见天体时用来发现纬度。吉尔伯特预言磁针的下倾到了北极地区将会变成垂直，后来赫德森在公元1609年驶往北美洲的航程中发现情形果然如此。
布立格斯的另外一个朋友，苏格兰麦彻斯顿的约翰？耐普尔（John Napier，公元1550－1617），为了改进算术计算的技巧，约在十六世纪末发明了对数。耐普尔的对数是给天文学家使用的角度计算对数，布立格斯加进十的基数，并计算了三万个常用对数，达到十四个小数位，从而扩充了这项发明。布立格斯在格雷山姆学院的同事、担任天文学讲座的爱德蒙？冈特（Edmund Gunter，公元1581－1626）为了使计算更加方便，制作了一根对数尺；公元1632年一个业余数学家，威廉？奥屈德（William Oughtred，公元1575－1660）把冈特的两根对数尺联在一起，使其能并排移动，这样就造出了计算尺。
布立格斯、冈特和冈特在格雷山姆学院天文学讲座的继任者亨利？盖里布兰德（Henry Gellibrand，公元1597－1637），全都和造船家、航海家以及当时的商人有交往。事实上，布立格斯本人就是佛吉尼亚公司的一个股东。前面提到的在德特福任海军仓库保管员的约翰？韦尔斯，他的周围就聚集了一群造船家和其他对航海术感兴趣的人，而格雷山姆学院那些人和这个集团的关系特别深。公元1609年英国有两派造船家为菲尼亚斯？佩特所提出的一项革新曾经发生争执，布立格斯就当过争执的裁判员。冈特在公元1626－1628年曾和韦尔斯一起工作，寻求改进计算船只吨位的方法，后来在公元1635年，盖里布兰德比较了他在德特福韦尔斯住宅的花园里测量的磁偏角，和冈特在十二年前与威廉？布劳约在半世纪前所作的同样测量，发现磁针和针北方向的偏向不但因地点不同而有变化，也因时间不同而有变化。盖里布兰德的发现最后打消了从地球磁性现象测定经度的一切希望，因为现在已经很明显，地面各个地点的特征不能由磁偏角或其他磁量度的时间不变值表现出来。
在十七世纪的第二个二十五年中，英国的科学运动发展得更加互相配合和更有组织性了。下面我们就会看到，这个运动以公元1660年皇家学会的成立达到高峰。这个时期英国科学家的目光也变得更广阔了，已经超出利用数学来测量航海等等的范围，而把大陆上发展起来的科学革命的理论内容和把科学应用于工艺过程和工业技术的可能性，都包括进来了。十六世纪的英国科学家，除掉威廉？吉尔伯特那样的一些突出的人不算外，比较关心的都是新天文学的技术方面，而不是新天文学的观念方面；比较关心把科学用来解决航海和商业上的问题，而不用来解决属于机械性质或化学性质的工业问题。例如罗伯特？雷考德不但是莫斯科公司和驶往中国的航海家的技术顾问，而且也是皇家矿业和财产的监事。在前一职务上，他的工作是无可非议的，但在后一职务上，就有人指摘他在筹建英国的矾石工业上表现得无能。还有雷考德关于哥白尼的学说的讨论，都比较属于技术性质，很少带有哲学性质。可是半世纪后，吉尔伯特就相当注意到为天体运动提供一个理智的物理解释的问题和一些技术性问题，而不仅仅从数学上“说明现象”。吉尔伯特在他的《磁力论》（公元1600年）里，有十分之一讲的是宇宙学说，又有十分之一讲开矿、冶炼和铸铁，另外四分之一讲航海术和航海仪器，其余部分是他的磁学研究工作。
吉尔伯特之后，有弗兰西斯？培根，他特别注意的是科学在工艺和技术上的应用和建立一种新的自然哲学，而不是科学在商业和航海术上的应用和“为了计算方便而编造和假设出来”的学说。在培根看来，工艺和技术是人类文明的基础。培根写道：“试想想，在欧洲任何文化高度发展地区的人类生活，和新印度群岛某些草莽和野蛮地区人类生活之间，存在着多么大的差别：这个差别不是土壤，不是气候，也不是体力。而是技艺造成的。”
英国早就吸收了大陆上采用的许多工艺和技术。在伊丽莎白一世时，从西班牙、意大利和荷兰移居来的熟练工匠受到鼓励，金属拉丝和青铜铸造工业都建立起来了，德国人用水泵抽水的办法在采矿上也被采用了。培根想要把用他的新方法取得的科学知识给这种新趋向再添一把劲，来发展崭新的工业和工艺技术。在他的遗著《新大西岛》（公元1627年）中，培根建议成立一所科学院，他称之为“智者之家”，来推动科学的发展和应用。这个学院不能仅仅是个学术团体，而是一个研究和教学的组织，配备有实验室、种植园、图书馆、工作场和动力间。科学院的成员要从国外，从书本里，从工匠那里，和从他们自己的实验和观察中，收集知识和资料。这样收集来的知识和资料应编成百科全书形式，使人们可以从其中引伸出一个新的自然哲学体系，这个新体系在满足人类的共同需要上将有极大的用处。培根写道：“建立这样一个学院的目的，是为了取得关于原因和万物内在运动的知识，和扩大人类王国的范围，从而影响一切可能影响的事物。”
培根建立科学院的倡仪，和他的其他计划一样，在他生时并没有引起多大重视，但是他的著作在十七世纪中期却受到人们的欢迎，特别影响到那些创办皇家学会的人。
[英]梅森
第二十二章 十七世纪的科学社团
在十七世纪的第二个二十五年中，如我们在前面指出的，英国的科学运动逐步变得更加有配合和范围更广阔了。连英国的通俗历书制订者也对这个新文化潮流有所反应，他们里面比较重要的一些人，从公元1640年前后起就抛弃了托勒密体系，约在公元1680年时，都普遍采用了哥白尼的体系。对历书制订者改变观点有相当影响的一部著作，是一个清教徒牧师约翰？威尔金斯写的《新行星论》。他广泛宣传新天文学，并把它和加尔文派神学调和起来，做了不少工作。还有，早期英国科学家只着眼于商业和航海术上的科学应用，威尔金斯则与他们相反，很关心利用科学来推动工艺和工业的发展。他的《数学魔术》（公元1648年）主要讲的是机器的力学原理。他写道：“学习这些原理可以使人得到不少真正好处；特别是那些把自己财产用来从事花费和风险很大的矿井排水、煤矿排水等等企业的先生们，可能从这里学到引擎的主要根据和性质。”威尔金斯在十七世纪中叶的科学组织活动上也是带头的一个。他是一群年轻科学家的领袖，这些人自称是“哲学学院”，从公元1644年底起就经常在伦敦集会。这个集团包括有清教徒神学家约翰？威尔金斯和约翰？沃利斯（John Wallis，公元1616－1703），格雷山姆学院的天文学教授塞缪尔？福斯特（Samuel Foster，公元1652年卒）和医学教授乔纳森？高达德（Jonathan Goddard，公元1617－1675）这四个医生，从公元1646年起又增加了罗伯特？波义耳和威廉？佩第（William Petty，公元1623－1687）。这些人每星期都要聚会，进行实验和讨论科学理论问题，先是在棋卜赛德的牛首酒店，后来在主教门的格雷山姆学院。在这个“哲学学院”的十名已知人士中，在内战时期肯定都是清教徒和议会派，只有一个是国教派和皇党。高达德是克伦威尔的医生，而威尔金斯则在公元1656年成了克伦威尔的妹夫。威尔金斯为议会军队把皇党所用密码译了出来，而福斯特则因拒绝跪在圣餐台前，于公元1636年被格雷山姆学院解除教职。看来格雷山姆学院不但是科学家的聚会场所，也是清教徒的聚会场所。因为安东尼？伍德说过，福斯特的前任亨利？盖里布兰德在格雷山姆学院“因清教徒一些秘密会议被拘禁在自己宿舍里（而他本人就是个清教徒）”。盖里布兰德事实上曾被当时的伦敦主教劳德唆使人逮捕过，原因是盖里布兰德在公元1631年印行了一本历书，把历书里通常收进的天主教圣徒和询教士的名单全都删掉了。
从公元1642年起，查理一世就把牛津当作他的首都，并把几个牛津大学的清教徒和议会派教授解聘。在一个热衷皇党的天文学教授约翰？格里夫斯的唆使下，查理解除了纳山尼尔？布伦特爵士的默顿学院院长职务，改派他的御医威廉？哈维担任。公元1646年牛津被克伦威尔攻陷，两年后成立了一个议会委员会对牛津大学进行改革，排除皇党，而代之以议会派的人士。伦敦“哲学学院”集团的成员纷纷被调来填补空缺。约翰？威尔金斯任瓦丹姆学院院长，约翰？华里士任几何学教授，威廉？佩第任天文学教授，布伦特被复职，而乔纳森？高达德在布伦特于公元1651年退休后继任默顿学院院长。这些变动大多数出于政治原因，但是有一个好象是出于意识形态的原因。被排除的天文学教授约翰？格里夫斯是一个皇党，但是新任的天文学教授塞思？沃德也是个皇党，过去曾因同情皇党被剑桥大学解聘过。但是格里夫斯是牛津最后一个支持托勒密学说的人，而沃德则是第一个支持哥白尼学说的人。
约翰？威尔金斯吸引了好几个杰出的学生到牛津大学来，并且在牛津成立了一个“哲学学会”，直到公元1690年方才解散。当时住在瓦丹姆学院的有克里斯托弗？雷恩、托马斯？西德纳姆、约翰？梅奥、劳伦斯？鲁克和托马斯？斯普拉特，他们全都是新“实验哲学”的热衷者，克里斯托弗？雷恩除掉他的建筑师工作外，还以解剖学家和天文学家闻名于世，并在公元1657年被聘为格雷山姆学院的天文学教授。托马斯？西德纳姆在医疗实践方面作了不少改革，挣得了“英国的希波克拉底”称号。约翰？梅奥是化学家，和罗伯特？波义耳一起工作，波义耳是和“哲学学院”其他成员一起来牛津的。劳伦斯？鲁克是一个天文学家，从剑桥大学来参加威尔金斯的集团，后来于公元1652年离开牛津去格雷山姆学院任天文学教授，接着又任几何学教授。托马斯？斯普拉特写下了皇家学会的第一部历史，于公元1667年出版，详细叙述了成立这个学术组织的情况及其原因。
公元1660年查理二世复辟以后，由于共和国任命的许多科学家都离开牛津大学，或者被解聘，伦敦重新又成为英国科学活动的主要中心。在共和国时期，对科学感兴趣的人数大大增加，人们现在觉得应当在英国成立一个正式的科学机构。因此伦敦的科学家于公元1660年十一月某日在格雷山姆学院克里斯托弗？雷恩一次讲课后，召集了一个会，正式提出成立一个促进物理－数学实验知识的学院。约翰？威尔金斯被推选为主席，并起草了一个“被认为愿意并适合参加这个规划”的四十一个人的名单。这以后不久，查理的近臣罗伯特？莫雷带来了国王的口谕，同意成立“学院”，莫雷就被推为这个集会的会长。两年后查理二世在许可证上盖了印，正式批准成立“以促进自然知识为宗旨的皇家学会”，另一个近臣，布隆克尔勋爵当上皇家学会的第一任会长，第一任的两个学会秘书是约翰？威尔金斯和一个在大陆上有广泛联系的商人亨利？奥尔登伯格。皇家学会的会员在公元1660年创立时约为一百人，到七十年代时就增加到二百人以上，但是在十七世纪快要终了时，人们对科学的兴趣开始下降了，所以在公元1700年时只剩下一百二十五位会员。这以后会员人数又增加起来，到公元1800年达到五百人，但是五百人里真正谈得上是科学家的还不到一半，其余都是名誉会员。十七世纪时皇家学会的会员里当然也有人在科学理论或者科学实验上没有作出什么新贡献的。我们就没有把威尔金斯和他的学生斯普拉特的名字，和什么著名的发现联在一起，但是他们在提倡科学组织、科学应用和科学传播方面是不遗余力的，而十八世纪那些名誉会员，一般说来，在这些方面都做得很少。
早期皇家学会的会员都深受弗兰西斯？培根著作的影响，而且相当紧密地奉行培根建议的那些政策。威廉？佩第编写了造船业、成衣业和染坊业的“历史”，威廉？波义耳则把涉及化学过程的工艺所采用的方法作了一个总评述。公元1663年皇家学会干事罗伯特？胡克起草学会章程的建议中就充溢着培根的影响。胡克写道：“皇家学会的任务和宗旨是增进关于自然事物的知识，和一切有用的技艺、制造业、机械作业、引擎和用实验从事发明（神学、形而上学、道德政治、文法、修辞学或者逻辑，则不去插手）；是试图恢复现在失传的这类可用的技艺和发明；是考察古代或近代在任何重要作家在自然界方面、数学方面和机械方面所发明的，或者记录下来的，或者实行的一切体系、理论、原理、假说、纲要、历史和实验；俾能编成一个完整而踏实的哲学体系，来解决自然界的或者技艺所引起的一切现象，并将事物原因的理智解释记录下来。”
培根的影响也反映在那些参加皇家学会几个委员会的会员人数上面，这些用来考察专门问题的委员会是在公元1664年成立的。研究机械问题的委员会最受欢迎，有六十九个委员。其次是贸易“历史”委员会，委员有三十五人，农业委员会，委员有三十二人；相反，天文学委员会只有十五个委员。可是培根对皇家学会会员的影响到了十六世纪的七十年代就下降了，而被一种“伽利略式”的倾向取而代之，这种倾向在牛顿的著作中特别显著，而牛顿是在公元1671年当上皇家学会会员的。例如在皇家学会的《会务记录》中有关实用科学的论文在论文总数中的百分比，由公元1665－1678年的百分之十点三降至公元1681－1699年的百分之六点六。后来到了十八世纪，十七世纪八十年代间的数学趋向也转而降落了，而皇家学会的会员和英国科学家的工作也一般地变为经验主义和大体上实验的性质了。
皇家学会在公元1664年成立那些委员会，表明英国人对实用科学的兴趣，在这时已经越出了商业上的航海术问题，而把工艺、工业、甚至农业的问题都包括了进去。可是看上去商人在科学运动上仍旧是一个相当大的推动力，正如罗伯特？胡克在他的《显微学》（公元1664年）序言中说的，商人在成立皇家学会上起了相当大的作用。胡克写道，学会的会员“有一个特殊的长处，是别人所没有的，那就是他们里面有许多人都交游广阔而且有自己经营的事业，这是一个很好的预兆，说明他们的努力将使哲学由空言转为行动，而商界人士在学会成立时有过很大的贡献。”
托马斯？斯普拉特在他的《皇家学会史》（公元1667年）中也以类似的口气说：“我们商人的高尚和求知品质在促进科学发展和成立皇家学会上作出了不少贡献，学会会员主要谋划了航海术的进步。”斯普拉特还表示，贵族对科学的兴趣要看他们的商业化程度而定，或者通过和城市居民结亲，或者平民发财致富后变成贵族。斯普拉特写道：“然而我们仍有理由指望，如果我们的大人先生们肯更加放下架子去经营一点商业，并关心自然哲学，这种变化将会进一步变得更好。”
在王政复辟时期令人不安的宗教和政治气氛中，皇家学会许多年长会员的早期清教徒关系，是一个相当微妙的问题。如我们前面已经提到的，胡克在他建议的章程里，就特别提到神学和政治是学会不去插手的两门学科。根据原有的资料，公元1663年皇家学会六十八名会员中，约有四十二人在内战时期是清教徒和议会派，二十六人是皇党。这种以前清教徒特别多的情况，被反对皇家学会的人用来大肆宣传，尤以一个沃里克郡的医生亨利？斯特布（Henry Stubbe，公元1632－1676）反对得最厉害。他在公元1670－1671年出版了一连串的小册子攻击学会所代表的一切。斯特布是在共和国时期被聘任为牛津大学教授而在复辟后被解职的清教徒实验科学家。因此他就翻了脸攻击他以前的同党，为亚里士多德和盖仑的体系辩护，而反对新科学，斯特布把皇家学会的会员形容为“奥利弗的反对者”，即反对克伦威尔的人，并暗示他们在削弱那些大学和破坏现形的宗教。斯特布写道：“要维护我们的旧宗教，我们有绝对必要保持我们的旧学说。”可是英国的宗教已经改变了，而一般为教育界人士所接受的对自然哲学的看法也改变了，英国的国教已经不再是一个独立自主的加特力教会，如在亨利八世时期那样，因为它已经渗进了加尔文派教义，特别是象在伊丽莎白一世和共和国的统治时期那样。现在人们觉得新科学和新宗教完全融洽，而且大体上代替了英国的旧宗教和旧学术。
参与皇家学会成立的多数会员都接受王政复辟时期的英格兰教，即英国国教。一度曾经是清教徒的约翰？威尔金斯，以罗却斯特主教的身份终其一生，他的学生斯普拉特，则成了罗却斯特的主教。有些人仍旧保留他们的非正统信仰，如伊萨克？牛顿和约翰？洛克都是一神论者，但是他们不把自己的见解宣扬出去。十七世纪的英国科学家很少属于“不奉国教者”，因为根据信仰划一法（公元1662年），那些“不奉国教者”都要从大学和教学机构里排除出去。但医药化学家理查德？洛厄和威廉？惠斯顿是特殊的例外。洛厄是个教友派，而惠斯顿则因他的非正统信仰被剑桥大学解除数学教授职务而参加浸礼会。由于被排斥在大学之外，那些不奉国教者就建立自己的教育机构，在这些机构里，科学教学占有很重要的地位。下面我们将会看到，这些不奉国教者到了十八世纪时都成了英国科学界的杰出人物。
在十六世纪和十七世纪，大陆上和英国一样，科学社团也建立起来了。那些在十六世纪有科学活动的旧地区，如在德国和意大利，成立的科学团体都只是昙花一现，而在十七世纪新科学中心的伦敦皇家学会和巴黎科学院，则比较稳定持久。最早的科学社团是意大利的那些组织。第一个值得一提的是十六世纪五十年代间的自然秘密协会，集会的地点就在协会会长那不勒斯的巴帕第沙？达拉？包尔塔（Baptisa della Porta，公元1538－1615）的家里，但是不久就以私搞巫术的罪名被封闭了。其次是罗马的猞猁学院，在菲带里岳？凯西公爵的赞助下，从公元1601年到公元1630年都很活跃。学院有三十二名院士，包括伽利略和达拉？包尔塔在内，但在公元1615年因谴责哥白尼的学说分为两派，到了公元1630年因学院的赞助人逝世，学院也就完结了。当时意大利最后的一个重要科学团体是齐曼托学社，即实验学社，于公元1657年到公元1667年间在麦迪奇弟兄、斐迪南大公和里奥波尔德的赞助下在佛罗伦撒集会。学社约有社员十人，其中最著名的是维维安尼（Viviani，公元1622－1713）、博雷利和雷第（Redi，公元1618－1676）。维维安尼曾和伽利略的学生托里塞利（Torricelli，公元1608－1647）合作过，和他一起制成了第一具水银气压计。雷第是个生物学家，他证明昆虫和通常所设想的相反，并不是自动地从腐烂物质中生长出来的。由于哥白尼学说受到教廷谴责，学社的活动主要是研究一些实验项目，只有博雷利敢于进行理论力学研究，另外一些社员测定声速，并创制了各种科学仪器，诸如气温表和测量大气压的水银气压计。公元1667年，里奥波尔德？麦迪奇当了主教长，学社就解散了。
当时德国的科学团体比意大利的更加不景气，艾勒欧勒狄卡（Ereunetich）学社是植物学家约齐姆？容格（Joachim Jung，公元1587－1657）于公元1622年在罗斯托克成立的，而实验研究学会则是由克里斯托弗？斯图姆（Christopher Sturm），一个阿尔特道尔夫（Altdorf）大学的数学教授，于公元1672年创办的。可是这两个组织在它们的创办人死后就解体了，而德国一直到十八世纪才有一个稳定的科学社团。主要是由于科学家兼哲学家莱布尼茨（Leibniz，公元1646－1716）的努力，普鲁士的选侯腓特烈一世于公元1700年建立了柏林学会；也由于莱布尼茨的影响，彼得大帝于公元1724年建立了圣彼得堡学会。这两个学会成立后并没有立刻取得成绩。因为科学当时在德国和俄国都没有深厚的基础。这些学会第一批出色的会员都是为了充实学会人员分别聘请到柏林和圣彼得堡来的外国科学家。在十八世纪时，柏林学会的著名成员都是法国的学者，诸如莫泊丢，被普鲁士的腓特烈二世任命为学会秘书，拉美特利（Lamettrie，公元1709－1751），伏尔泰（公元1694－1778），后来还有拉格朗日（公元1736－1813）。事实上，法文在公元1745年已被指定为柏林学会的正式语言了。同样，圣彼得堡学会的人员开头都是些瑞士科学家，著名的有尼古拉？贝努利（Nicolas Bernoulli，公元1687－1759），丹尼尔？贝努利（Daniel Bernoulli，公元1700－1782）和利昂纳德？欧勒。
在法国，科学团体的发展过程大致和英国一样，不过也有重要的不同点。法国科学比十七世纪的英国科学更多地依靠赞助人的支持，而且地点不大集中在大城市。巴黎有一个类似伦敦格雷山姆学院的组织，就是弗兰西斯一世为了给人文主义找一个安身之所，于公元1518年成立的法兰西学院，当时很受到巴黎大学的反对。法兰西学院的一位数学教授，奥隆邱司？芬纳伊（Orontius Finaeus，公元1494－1555）绘制了新发现陆地的地图并给探险家进行指导，就象他的同时代人雷考德在英国做的那样。后来法兰西学院的教授们，如伽桑狄和罗伯法耳（Roberval，公元1602－1675）都是科学运动中的杰出人物，就和格雷山姆学院的那些教授一样。法国最早的著名科学家集团于公元1620年在埃克斯城克劳德？德？皮雷斯克（Claude de Peiresc，公元1580－1637）的家里集会，皮雷斯克是一个富有的教会人士和普罗旺司地方法院的法官；伽桑狄在迁往巴黎之前，是亚斯的一个大学教授，也是皮雷斯克集团的一个成员。在巴黎，一个象伽桑狄一样的法兰西斯派道士马琳？麦山尼（Marin Mersenne，公元1588－1648）的修道室，成了科学家们集会场所和交换科学通信的中心。麦山尼和伽利略、笛卡儿、霍布斯都通过信，同时在他的修道室和费尔玛、罗伯法耳、伽桑狄、巴斯卡会面。后期的集会就在巴黎哈巴特？德？蒙特摩（Habert de Montmor，公元1600－1679）的家里举行，蒙特摩当时是国务会议的参事。这些集会约在公元1654年就变为正式集会了。
蒙特摩学会的经费逐渐变得困难起来，所以到公元1663年他们就象路易十四的大臣柯尔伯特求援，理由是科学的进步将使法国在经济上得到好处。柯尔伯特很理解科学的应用会对他扩展国家工商业的政策有利，但是他决定在法国国王的赞助下成立一个新的科学团体。公元1666年巴黎科学院成立，约有二十名院士，全由国王发给薪俸。院士都是专业的科学家，作为一个集团共同研究那些皇家大臣交给他们解决的问题。与此相反，英国皇家学会则是一个自给自足的业余科学家团体，自己要研究什么问题就研究什么问题。柯尔伯特对巴黎科学院采取一种开明的政策，只作些一般的指示，但是他的继任者卢弗瓦则命令院士们把研究工作应用于狭窄的、甚至烦琐的目的，诸如有关皇家喷水池和宫里玩的赌博问题。卢弗瓦也是取消南特敕令（公元1685年） 的策动者，把胡格诺教徒科学家赶出国外。许多胡格诺教徒逃往瑞士，有些则逃往英国，其中主要有数学家德？穆阿佛尔和物理学家帕潘。公元1692年卢弗瓦由蓬夏特兰接替，他把科学院交给他的侄儿比尼翁主持。科学院从成立以来已经相当扩大了，在公元1666－1699年之间，又任命了三十个院士，现在又加以扩充和改组。比尼翁把院士的人数增加到七十名，并把他们的职位分为不同等级，使院士享受的待遇和权利差别很大。和以前一样，院士的薪俸任由国王支付，学院整个说来是由皇家大臣控制的。巴黎科学院的组织形式始终就保持着这样，一直到法国革命才重新改组，并有了一个平等的章程。
巴黎科学院和皇家学会一样，早期颇受培根著作的影响，主要是通过该院的荷兰院士惠更斯的介绍。他采纳培根的建议，编写自然现象和技艺过程的“历史”，共同收集一部动植物的博物史，后来又编了一个机械的发明的庞大的目录。他们还着手绘制法兰西的地图，并在大海中测定经度的问题上花了不少功夫。就象皇家学会的情况一样，培根对巴黎科学院的影响下降得相当快，主要是在卢弗瓦掌权时期，因为他把绘制法兰西地图和测定经度问题都搁起来了。后来笛卡儿的见解就比较流行起来，因此法国人的科学兴趣就由实用方面转到科学理论和哲学方面来。这种趋向在丰特列尔的著作中第一次显示出来，丰特列尔从公元1699年起就是巴黎科学院的秘书，一直当了四十年之久。
在十七世纪和十八世纪早期，法国外省也成立了几个文学的和科学的组织，到了公元1760年时外省成立了约三十七个重要团体。以科学研究为主的社团多在法国南部：蒙彼利埃的学会于公元1706年成立，波尔多的学会于公元1716年成立，图卢兹的学会于公元1746年成立，它们都和巴黎科学院有密切联系。在十八世纪时，法国外省的这些学会都进行了可贵的科学研究工作，但是法国革命中发生的许多事情使这些学会失去了重要性，到了十九世纪时巴黎就成了法国科学的主要中心。在英国，情况恰好相反。伦敦愈来愈不成为英国科学的主要中心，在十八世纪后期和十九世纪还出现了一些地方性的文学团体和哲学团体。
[英]梅森
第四部分 十八世纪的科学：民族科学传统的兴起 第二十三章 十八世纪的科学应用
十七世纪末，从海上船只测定经度的问题仍然没有解决。英国皇家学会的会员对这个问题相当注意，但是正如学会的理事会在公元1663年声称的那样：“航海的问题是国家的事务，学会不宜过问。”这个原则，当公元1685年塞缪尔？皮卜斯（Samuel pepys）要求查阅学会记事中一切涉及航海的问题时，还重申过。经度问题和其他航海术问题是国家的重要事务，因此应当成立一个国家机构来处理，这样就在公元1675－1676年建立了格林威治天文台。格林威治天文台建立之前，先成立了一个委员会，研究班纳威兹根据月亮在恒星间的方位来测定经度的方法有没有可能性。委员会的成员包括有兵工厂的测量师约拿？穆尔爵士、克？雷恩、罗伯特？胡克和一些别的人。他们在公元1675年征求了一个剑桥大学的年轻天文学家约翰？弗拉姆斯蒂德（John Flamsteed，公元1646－1719）的意见，问这个方法是否可行。弗拉姆斯蒂德表示了这样意见，认为当前的恒星表和月球运行表都太不准确，不能达到所要求的目的。在听到这项意见之后，查理二世就宣布他要把恒星和月亮的方位“重新观察、检查和改正，以供他的海员使用”，并任命弗拉姆斯蒂德为御用天文学家。弗拉姆斯蒂德在开始进行工作之前，认为得把格林威治天文台用的仪器装备起来，根据他自己的估计，用来配备这些仪器的费用大约有两千镑来自他的私囊。在格林威治天文台工作的四十四年中，弗拉姆斯蒂德制订了月球运行表和恒星方位表。以上这些表都是他死后于公元1725年发表的。这些表比以前的表精确得多，但达不到在海中测定经度的精确程度。
巴黎科学院作为一个国家机构，也在公元1667－1672年间建立了自己的天文台，一个意大利的土木工程师兼天文学家詹-多曼尼哥？卡西尼（Jean-Dominique Cassini，公元1625－1712），于公元1669年被任命为巴黎天文台长。他在这里也研究经度问题。他企图用伽利略的方法来解决它。他制定了更精确的木星的四个卫星的运行表，不过他的研究结果派不了实际用场。另一个巴黎科学院的成员，荷兰的业余科学家惠更斯，企图用弗里修司的方法解决经度问题，即使用一台机械钟记录标准时间。惠更斯第一个设计了一台用摆来调节的计时器；在设计和制造过程中，他研究了各种式样的摆的性质和沿曲线轨道运动的一般性问题。公元1659年，惠更斯造成一台可以在海上使用的计时器，但是船身动作干扰了钟锤的摆动，使它不能维持准确时间。后来惠更斯和罗伯特？胡克各自单独发现一根螺旋式弹簧丝的振荡是等时的，所以他们建议这种弹簧丝可以用来调节计时器。
但是胡克和惠更斯好象都没有制出用弹簧丝调节的计时器，而且总的说来，十七世纪在解决经度问题上的努力都没有取得实际结论。因此英国于公元1714年成立了一个经度局，悬赏一万镑到两万镑的奖金，征求不同精密程度的经度测量法，而法国于公元1716年也照样悬赏十万里弗征求解决经度问题的办法。英国的经度局将第一笔奖金奖给了德国人托比耶司？迈尔（Tobias Mayer，公元1723－1763），他是哥丁根天文台的台长。他在公元1753年制订了一张相当精密的月球运行表，可以运用班纳威兹的方法在海中大致测量出经度来。这些表都印在航海历书中，由格林威治天文台从公元1767年起开始发行。迈尔改进的班纳威兹测量法，其精密度顶多只能达到二十英里以内，而且每一次测定经度都得花费好多钟点的计算时间，所以在准确的机械钟出现后，他的方法不久就被淘汰了。
为了在海上测定经度，十八世纪有好多人都努力制造准确的计时器，其中最杰出的有约克郡的制表商人约翰？哈里森（John Harrison，公元1693－1776）和法兰西国王的御用制钟者皮埃尔？勒？鲁瓦（Pierre Le Roy，公元1717－1785）。哈里森在公元1728－1770年之间连续制造了五台计时器，完全靠机械技术，而且一台比一台造得准确，它们本身的缺点也逐渐减少。开头造的计时器都是庞然大物。第四台计时器重六十六磅，但是准确到每天的误差只有一秒的十分之一，所以使哈里森在公元1765年获得经度局的奖金。他的第五台计时器只有一只大杯表那样大小，然而却和他的第四台计时器一样准确，这就是说，如果以距离来计算经度，只有一英里又三分之一的误差。与此同时，法国的勒？鲁瓦也完成了他的航海时计，于公元1763年进行试用。勒？鲁瓦采用了和哈里森全然两样的方法。他不象哈里森那样靠机械技术减少机器的缺点，而是企图靠考察制表的基本原理全部消灭这些缺点，并设计一种不带有原来计时器的动作所固有的那些弱点的新机械装置。哈里森的成就是一个掌握了技巧的工匠的成就，而勒？鲁瓦的工作则是比较科学的，实验和理论计算都兼而有之。
由于哈里森的努力，尤其是勒？鲁瓦的努力，在海上测定经度的问题终于解决了，不过航海用的计时器的大量制造，还得等相当一个时期。现在有关商业和航海的基本技术问题，多数都已清楚了，但是就在这时候工业范围内的问题却变得比较尖锐起来。工业上一个最重要的问题是矿井抽水问题。在十六和十七世纪，由于木材的缺乏，煤作为一种燃料变得愈来愈重要了。木柴在这以前是高热工业，如把皂业、玻璃制造业和冶金工业所用燃料的主要来源。这样一来，英国木柴的价格在公元1500年到公元1640年间就上涨了八倍，而一般物价只上涨了三倍。造船业在十六和十七世纪对木柴有较大的优先购用权，因此那些高热工业在这个时期就尽量改用煤为燃料，并在十八世纪完成了这种转变。这种由用木柴改为用煤作为燃料的后果，使高热工业由英国南部转到产煤的中部和北部来，并且大大刺激了煤矿的开采。因此煤矿大为增加。而且矿井开得愈来愈深，从而使排水愈加困难。在公元1561－1668年间，英国发给的专利许可证有四分之三都是直接或间接和煤矿有关；而这些专利许可证里面，又有百分之三都是专门用来解决矿井排水的。
解决矿井排水的问题，基本上是一个寻找廉价动力来源的问题。提水的设备，如水筒链、吸水泵、压力泵，在古代就已经为人们所熟悉了。水可以用一连串的水泵从极深处引上来，但要开动这些水泵需要相当大的动力。在十六世纪和十七世纪时，煤矿抽水的动力主要靠的是马，因为风车和水车都不怎样可靠，而且要看地点适当与否，诸如靠近河口或者多风的地方，而这些只是偶然和矿地联在一起。乔治？鲍尔在公元1556年记述德国一个金属矿使用的水泵设计，需要九十三匹马来拖它；到了十七世纪末，英国某些矿地用来拖动水泵的马甚至增加到五百匹之多。
火和热的物质的动力是人们早就知道的，而且曾经被利用作为能量的一种次要来源。在古代亚历山大里亚的希罗就曾经利用热空气和蒸汽的动力来开动他的机械玩具，而列奥纳多？达？芬奇在文艺复兴时期曾遗留下一个用蒸汽开动的大炮图样。在十六世纪快结束时，巴帕第沙？达拉？包尔塔描述一种用蒸汽压力提水的设计。这件器械是一只封口瓶装有一根通进蒸汽的管子，管子就把瓶子里的水从另一根管子里喷出来，这另一只管子的一头浸在水里，另一头则通到外面空气。法国的苏罗门？德？考司在公元1615年描写了一种类似的设计，而英国的大卫？拉姆齐则于公元1630年以一项“用火力从深矿井抽水”的发明向查理一世请求到专利许可证。所采用的也是同样方法。与此同时，伍斯特伯爵爱德华？萨默塞特开始他的“制水引擎”的研究，据说他的引擎在十七世纪五十年代试用时曾经把水喷到四十英尺的高度。塞缪尔？莫兰爵士，查理二世的御用机械师，在七十年代设计了一种类似的机器，最后还有托马斯？萨弗里上尉，一个达特默思的工程师，在公元1698年根据达拉？包尔塔的原理，制造了一具蒸汽泵在矿地进行试验。萨弗里的引擎是一只封闭的容器里插进三根管子，一根管子伸进水里，另一根管子接着蒸汽锅炉，第三根管子通向上面的排水口。蒸汽引进容器后就使它冷缩。这样产生的部分真空就把水从下面管子里抽进来，下面管子装有一记扇只能向一面开的阀门，这样水就流不回去。现在再将蒸汽打进容器，蒸汽的压力就把水从放水管里排了出去，放水管也装有一扇只能向一面开的阀门。这样一个循环操作过程可以由管理蒸汽锅炉的工程师反复地做。萨弗里的蒸汽泵并没有成功，原因是要把水排到放水管那样高度需要用到很大的蒸汽压力，有引起蒸汽锅炉爆炸的危险。而且，蒸汽泵必须放在靠近矿井底的地方，低到至少离低水位三十英尺不到，所以如果蒸汽泵失效，它就会很快地被水淹没，弄得无法修理。
研究用热产生机械力的问题还有另一条途径；从十六世纪开始，开矿工程师观察到用吸水泵吸水最高只能达到三十英尺。伽利略觉得奇怪，为什么自然厌恶真空只到一定限度为止，而且设想如果这个限度是固定的话，别的液体也只能吸到一定高度，高下依密度轻重而定。他的学生托里塞利和维维安尼在公元1643年发现情形确是如此，水银的密度比水重十四倍，升起的高度约为二十九英寸。托里塞利和维维安尼在一根一头封闭的管子里装满水银，并把管子开口的一头倒转过来浸在一碟水银里。他们发现管子里的水银开始下降，一直降到比碟子里的水银高约二十九英寸时为止，而且不管管子是垂直或者偏向一边，这个高度始终不变。维维安尼设想管子里水银的高度是二十九英寸，是由于大气对碟子里水银面的压力所致，这个见解到了公元1648年就为巴斯卡所证实了。巴斯卡带着托里塞利和维维安尼的仪器登上法国南部的多姆山，发现登山愈高，水银柱就愈加下降。根据这项实验，巴斯卡设想水银的压力是被大气对碟中水银面的压力所平衡的，而登上山之后，大气的压力就减少了。
德国马格德堡有个酿酒商兼工程师奥托？冯？格里凯（Ottovon Guericke，公元1602－1686），他对上述意大利人和法国人的研究并无所闻，但于公元1635－1645年间却根据同一线索进行了类似的探索。格里凯企图用一只吸水泵把水从桶里抽出来而形成真空，但是发现桶子漏进空气，后来他就设法直接从一只铜球里把空气抽出来，这一次终于成功地创造了真空。格里凯发现真空，或者毋宁说大气的压力可以发出巨大的机械动力。他证明两个金属半球凑合在一起并抽掉空气后，用十六匹马都拉不开来，而圆筒抽掉空气盖上活塞后，大气在活塞上的压力用二十个人都揭不开活塞。所以根据格里凯的实验可以看出，如果能用某种非机械的办法创造一个真空，那就可以从大气的压力获得相当大的机械动力。
格里凯的实验在英国经罗伯特？波义耳和罗伯特？胡克反复研究并加以扩充。他们用抽气泵作了无数实验，证明一定数量空气的压力和它的体积成反比。后来法国的一个新教徒物理学家但尼斯？帕潘（Denis Papin，公元1647－1712）到了英国，有一个时期做波义耳的助手。在他当助手的时期，帕潘发明了压力煮器，或者如他自己叫做的“消化器”和“消化器”的一个主要部分安全塞。帕潘指出，机械动力说不定可以靠真空的作用而通过一根管子传送到相当远的距离。胡克则认为这里所需要的真空可以通过蒸汽冷凝产生出来，并在他逝世前不久（公元1703年）和达特默思的一个铁匠托马斯？纽可门（Thomas Newcomen，公元1663－1729）进行接触，因为纽可门正在研究这个问题。纽可门的详细研究情况，现在已无法知道，但是约在十八世纪头十年中，他发展了自己的空气蒸汽机，这是第一部大规模地把热变为机械能的有效机器。
纽可门的引擎，按照一般用于开矿井排水的机器式样来说，是一个用一只活塞封闭的圆筒式汽缸，活塞借一根活塞杆和一条链条紧系在一根摇动的横杆的一头，摇杆的另一头则连着排水泵。低压的蒸汽先引进汽缸，然后喷洒少量的水使其冷凝。这样就在汽缸里造成局部真空，使大气的压力作用于活塞，活塞就把摇动横杆向下拉而使排水泵动起来。然后再重复这一操作。打开活塞等等必要的操作都由接在摇动横杆上的机件自动完成。纽可门的引擎比萨弗里的蒸汽泵优点要多。它是放在矿井上面，而不是放在矿井底下，因此不会被水淹；它用的是低压蒸汽，机械动作靠大气压来操作，所以没有引起锅炉爆炸的危险。还有，纽可门的引擎是一个广义上的把热变为机械力的原动机，而不象萨弗里的机器只是一具专门的蒸汽泵。纽可门的引擎很快被普遍采用起来。从公元1720年起，全英国的煤矿和金属矿都装置了这种引擎，公元1720年后还销往国外。
纽可门在蒸汽机方面的研究，与约翰？哈里森在航海计时器方面的研究一样，好象大部分都是依靠经验。这些人由于掌握了必要的技巧，所以能把绅士业余科学家的建议付诸实践。在十八世纪后期，这些工程师和仪器制造家吸收了较多的科学方法，就自己应用起科学来了。这个运动的一个最早的重要人物是约翰？斯米顿（John Smeaton，公元1724－1792），他被称为近代的第一个工程学家。斯米顿设计和建造了许多桥梁、海港、运河、磨坊、蒸汽机，足迹遍及全英国，而且用机器模型在实验室内进行试验，以便改进和他有关的那些大规模机器的操作。在公元1752－1754年间，斯米顿造了一些旧式的原动机、风车和水车的小模型，改变它们的各个组成部件，试图发现它们赖以发挥效率的那些因素。他就是这样地通过实验，发现上击水轮比下击水轮的效力大两倍，而理论科学家的说法则各个不同，认为上击水轮的效力可以大六分之一倍到十倍等等。
后来斯米顿以类似的方式研究了纽可门的蒸汽引擎。他在公元1769年把当时在英国使用的大约一百种大气蒸汽引擎的大小和操作情况列了一张表。他自己造了一部引擎的模型，于公元1769年到公元1772年间用模型进行了近一百三十次的实验，逐一地对每一种影响引擎操作的因素作了检验。通过这些实验，斯米顿找到了关于引擎汽缸长度的直径的最好数值，活塞每分种的击动次数、锅炉需要多大、以及煤的可能消耗量，以此作为制造从一匹马力到七十六匹马力的引擎的根据。通过这次定量的实验方法，斯米顿大大改进了他研究的这些机器，但在理论上没有引进什么新的东西。他并没有运用任何新的科学知识，而他以后的一个伟大工程学家詹姆斯？瓦特就和他不同了。
詹姆斯？瓦特（James Watt，公元1736－1819）是格里诺克一个商人的儿子。他在伦敦学习机器制造业，并于公元1757年在格拉斯哥大学担任机器制造的职务。在他任职期中，约在公元1763年，他发现纽可门式的小型引擎不及大型引擎效力来得好，这个现象他拿来和格拉斯哥大学的医学教授约瑟夫？布莱克（Joseph Black，公元1728－1799）进行讨论。在这以前不久，布莱克曾经发现不同物质吸收热的容量各有不同，即所谓不同的“比热”；而物质由固体状态变为液体状态，或由液体状态变为气体状态时，尽管温度仍旧保持不变，但仍要吸收大量的热，即所谓“潜热”。布莱克和瓦特看出，纽可门式的引擎浪费相当大的一部分蒸汽，是因为汽缸在前一次冷凝中冷了下来，所以每次重新灌进蒸汽先得给汽缸加热。瓦特根据蒸汽变为水的潜热和汽缸材料的比热，计算了各种大小引擎的蒸汽耗费量，证明小型引擎的消耗最大，因为汽缸面积对汽缸体积的比例小的比同样的大型引擎的这个比例要大些。
为了防止蒸汽的消耗，瓦特把蒸汽引擎的主汽缸始终保持在同一高温上，而用一个保持在低温的冷却器里冷凝蒸汽，这样每次动作就用不着重温汽缸而损失蒸汽。布莱克介绍瓦特去见他的朋友约翰？罗巴克（John Roebuck，公元1718－1794）。罗巴克于公元1760年在苏格兰的卡隆开办了第一座大规模的炼铁厂，而且对制造新蒸汽引擎颇感兴趣。他和伯明翰也有关系，公元1740年曾在那里创办一座硫酸厂，采用他自己发明的铅室法制造硫酸。当公元1775年罗巴克破产时，他在瓦特蒸汽机制造业上的股分就被马休？博尔顿（Mathew Boulton，公元1728－1809），一个制造轻金属品的伯明翰商人买了过来。从公元1776年起，博尔顿和瓦特合伙在伯明翰制造这种新机器，为提高机器的效率，使机器作出旋转的机械动作进一步改进了设计。
在瓦特改进蒸汽机之后很久，纽门的引擎在煤矿仍被人们使用着，原因是在煤矿区用煤的节约并不是什么大的问题。但是康沃尔的锡矿开采者，由于要把煤从南威尔斯运来，瓦特的蒸汽机一问世就被采用了。那些炼铁厂的老板也同样采用，因为他们需要一种强有力的原动机来开动 鼓风机，为高炉提供风力。还有纺织业也需要一种可靠而有效的机械力来开动他们在十八世纪发展起来的复杂纺织机，而瓦特的引擎在改为转动式之后，就满足了这个要求。十八世纪的新纺织机和炼铁上的革新，在工艺上都是重要的发明，但是蒸汽机的发展，由于和科学内容和科学方法的关系太密切了，恐怕是十九世纪以前最重要的一项科学应用。
[英]梅森
第二十四章 十八世纪的科学背景
经度问题和矿井排水问题方面的工作有一个主要的特点，就是十七世纪和十八世纪早期的那些业余科学家没有能给他们的建议找到一个成功的实际结论，造出航海计时器和蒸汽机的却是那些属于工匠传统的人。十七世纪的科学家有许多是学识渊博的人，对纯科学和实用科学同样感觉兴趣。在这两方面，他们也都有相当大的成就，在科学实用方面发展了温度计、气压计、望远镜、显微镜、抽气机、电机、摆钟之类的仪器。但是在蒸汽机和航海计时器两个重要问题上，在将近十七世纪末问题的解决已经在望的时候，他们却有点松劲了。胡克和惠更斯并没有把他们设计的带有平衡弹簧装置的计时器制造成实用的样式，而大气压引擎的发展则落到铁匠出身的纽可门身上。当时的科学家也意识到他们没有能实现自己早先提出的培根纲领。在十八世纪开头的一年，英国皇家学会的理事会灰溜溜地在学会记录上写道：“大人物们的令人沮丧的忽视，无知人们的激烈反对，和不讲情理人们的责难，很不幸地阻挠了他们进行一连串有益发明的长期打算。”
这种松劲情况并不限于实用科学方面。它也扩展到自然哲学本身。因为我们发现，十八世纪上半叶和它以前及以后的一个时期比较起来，在科学思想史上是一个毫无生气的时期。这种使人不安的情况在这个世纪的一开头就被人们看出来。在皇家学会公元1698年的《哲学会报》里，德国哲学家莱布尼茨和原来“哲学学院”当时唯一在世的成员约翰？沃利斯，讨论了他们称做“当前哲学界萎靡不振状态的原因”。他们注意到科学讨论的标准有显著下降，而且在他们看来，在那些比他们年轻的同时代人当中“很少孜孜不倦地进行自然观测”。
在十六和十七世纪商业发展和十八世纪的农业和工业革命之间的一个时期，科学活动好象松弛下来了。如我们在前面看到的，英国的商人和海外的贸易公司早期在提倡科学上做了不少事情，而工业革命对后期的科学也不无影响。这中间有一个重新适应和重新定向的时期，科学在这个时期大部分靠自己已经建立的传统维持着，很少有什么外力的推动。到了十八世纪，那些曾经靠地理大发现得到好处的投机事业全都不行了。英国发生了一连串的危机，最后导致了公元1720年震动一时的南海公司的倒闭。在法国，西印度群岛的约翰？罗公司差不多在同时垮台，而荷兰在稍早一点时期也出现了一连串类似的商业崩溃。农业和工业则表现为另一种而且比较稳定的企业形式，在英国约在十八世纪中期这些方面的活动反而加快了。那些大都信奉国教的乡绅地主采用了引起农业革命的谷物轮种制和改进的牲畜饲养法，而在城市里地位相当卑贱的人们，其中以不信国教者的势力最大，则发动了工业革命。在法国，人们对这些担风险的事业讨论得很多，但是做得很少，原因是法国政府在这些方面控制非常之严。这一来，这类的讨论就转过来成了对“旧王朝”的批评，从而为法国革命开辟了道路。
随着十八世纪下半叶的新运动发展，科学也复兴了，不过现在有了一些新的特征。最突出的特征之一是科学沿着民族倾向在科学方法论上的分裂。十七世纪多数的科学家都同样关心科学的实验、理论和实用方面。例如牛顿在光学上作过杰出的实验，发展了万有引力学说，并发明了一种反光望远镜和一具航海用的六分仪。但是在十八世纪，英国的科学家主要是些实验家，法国人则主要是理论家；而实用科学则从业余科学家的手里转到英国的仪器制造者和工程师的手里，法国也一样，不过程度上比英国差些。英国御用天文学家布德雷（Bradley，公元1692－1762）和马斯基林（Maskelyne，公元1732－1811）作了杰出的经验观测和发现，而法国科学家拉格朗日（Lagrange，公元1736－1813）和拉普拉斯（Laplace，公元1749－1827）则发展了力学和天文学理论。同样地，拉瓦锡（Lavoisier，公元1743－1794）利用英国科学家们，主要是约瑟夫？普利斯特列的实验上发现，提出了化学革命的理论。这种分裂，如我们前面已经看到的，甚至在哈里森和勒？鲁瓦在航海计时器的工作上也多少反映了出来。
这种沿着民族倾向的分裂在培根和笛卡儿两个人的哲学里已经有所预示了。他们各自有所强调，培根强调科学方法的经验性质，笛卡儿则强调科学方法的演绎性质。英国科学家和法国科学家的研究工作有所不同，在十七世纪后期已经逐渐为人们觉察到了，不过当时还不怎样显著。奥尔登伯格在一次大陆旅行中，写信给波义耳指出，“法国博物学空谈多于实际或实验”。到了十八世纪，这种分裂也许可以说是反映了这个世纪两个民族所关心的国家大事各自不同；在英国是工业革命，在法国是许多事情导致了政治革命。英国科学家和工程师发展实验的和实用的科学，给予工业技术以一种直接的推动力。如我们在前面讲到过的，布莱克研究比热和潜热的实验，立刻被实际应用到瓦特发展的新蒸汽机上。在另一方面，法国除掉某些奢侈品生产，诸如用于织花布的手工提花织机外，在工业革命的技术配备方面，很少得出什么来。法国人只是一心一意从理论上批评当前教会和国家的学说，并传播“启蒙”哲学。这个运动的理论的倾向，或者毋宁说不实际的精神，也感染了法国科学，因为对教会和国家进行批判是以科学名义进行的；而启蒙哲学，无非是牛顿的思想体系及其扩展。
法国启蒙运动主要是从丰特列尔开始，他广泛宣传了笛卡儿的哲学；而这个运动又被伏尔泰（Voltaire，公元1694－1778）发展了，伏尔泰是把牛顿的思想体系介绍到法国来的。这个运动的最重要的成果是公元1751年到公元1777年间出版的法国《百科全书》，共二十二巨册。十八世纪中出现了许多百科全书，英国和法国的这类著作表现了这两个国家在兴趣上的分歧。英国的百科全书开头主要是技术性的，诸如哈里斯的《技术词典》（公元1704年）和钱巴斯的《工艺与科学词典》（公元1714年），但是后来范围就扩大些了，最后出版了《英国百科全书》，它的第一版是于公元1771年在爱丁堡发行的。另一方面，法国的那些百科全书开头主要是批判性和理论性的，象《历史与批判词典》，这是一个法国胡格诺教徒逃亡者皮埃尔？贝勒（Pierre Bayle）于公元1695年在荷兰阿姆斯特丹出版的。
十八世纪除掉法英两国在科学上表现的理论与实验的分歧外，科学活动的中心也有显著的转移，而且科学家的社会出身也起了变化。除掉耐普尔和格雷戈里叔侄来自苏格兰外，英国十七世纪的多数重要科学家都是来自塞文河到瓦西河这条线以南的地区。现在十八世纪的下半叶，苏格兰、工业的英格兰中部和北部，都有科学家出现了。过去的科学家大都和贸易公司或者地主阶级有关系，象罗伯特？波义耳就曾经担任过东印度公司的董事，或者象皇家学会的第一任会长布隆克尔勋爵，就是一个“暴发户”，由查理二世封为贵族的。现在科学家已经不再是这类人，而是象约瑟夫？普利斯特利和约翰？道尔顿（John Dalton，公元1766－1844）那样的纺织工人的儿子；或者象亨弗利？戴维（Humphry Davy，公元1778－1829）和迈克尔？法拉第（Michael Faraday，公元1791－1867）那样的艺徒。再者，这些新人里面有许多都是不信国教的，而不是英格兰教派的教徒。普利斯特列是一个一神派牧师，道尔顿是教友派，法拉第是山地门教派。还有，这些人主要感兴趣的是化学和电学，对成为十六、十七世纪的主要注意中心的天文学和力学，都关心得较少。
和英国一样，十八世纪的大陆上也出现了新的科学活动地区，不过大陆上科学家的社会出身却没有英国那样的显著变化。法国科学家主要仍旧来自和国家的官僚阶层有关系的家族。不过法国法院人士中在科学上不象过去那样出人头地，可能是因为这时候法院的重要性已经大大降落了。可是出身律师家庭或者受过法律教育的人，象丰特列尔和伏尔泰，在科学运动上仍旧占重要地位。瑞士在十八世纪成了一个重要的科学活动中心，可能是因为有那么多新教徒科学家都离开天主教国家逃亡到瑞士的缘故。象贝努利家族的那些数学家就是离开佛兰德而定居在巴塞尔的。法国的一些胡格诺教徒的人家，如特伦布莱、索修尔、堪多，则在日内瓦住下。瑞典由于拥有丰富的铁矿和广大的木材储备，在十八世纪成了一个重要的产铁中心，同时也出现了一些科学家。这些人也和英国的一样，出身都相当微贱，象林耐（Linnaeus，公元1707－1778）和伯齐力阿斯（Berzelius，公元1779－1848）都是牧师的儿子，而席勒（Scheele，公元1742－1786）则是一个药剂师。
早先的一些科学中心，主要是伦敦和巴黎，在十八世纪仍旧很活跃，不过荷兰的科学则和它的繁荣一样变得停滞了。英国皇家学会失去了它在十七世纪时期的蓬勃朝气，但仍旧保有一些属于绅士业余传统的杰出科学家，如亨利？卡文迪许（Henry Cavendish，公元1731－1810）。总的说来，来自北部工业区的不信国教派的许多新型科学家都当选为学会会员。其实，当选为皇家学会会员的教友派人士的增长数，是不信国教派教徒中科学兴盛的一个很好的标志。十七世纪时，皇家学会只有四个教友派会员。在十八世纪有十四个，在十九世纪是三十六个。在十七世纪时，当选为学会会员的英国教友派和国教派人数差不多，在十八世纪教友派是国教派的四倍，在十九世纪是三十倍。这些出身于不信国教派家庭或者工匠家庭的新型科学家，开头觉得皇家学会的空气有点不愉快。有些人，象亨弗利？戴维，一方面使自己适应学会的传统，同时又设法把学会从一个伦敦俱乐部改变为促进英国科学的一个国家组织。另外一些人，象约瑟夫？普利斯特列，则撇开学会不管，在中部和北部另行成立自己的科学团体来满足他们本地区的需要。
那些拒绝服从公元1662年信仰划一法令的各个新教派别，曾经是早期清教徒运动的左翼，或者是从左翼发展起来的。那时候他们的非宗教活动主要属于政治性质，而且成员也是来自各方面，不过即使在当时，这些教派的组织成分已经倾向于比较寒微的阶层。在十七世纪后期和十八世纪初期，那些不信国教的教派，特别是教友派，在组织成分上更突出地显示了中下层阶级的特征，而且把它们的非宗教活动转到发展工艺方面来，在工业革命中起了主导作用，由于大学对他们不开门，不信国教者就成立了他们自己的教育机构，有些在十八世纪达到了大学的教学标准。许多国教派宁可进这些不信国教派的学院而不进大学，因为这些学院开设一些近代课程，特别是有许多科学课程。不信国教派的学院里的教师，有些成了杰出的科学家，如约瑟夫？普利斯特列就在瓦林顿学院教书，还有约翰？道尔顿，则是曼彻斯特的新学院的教师。
不信国教者在发展重工业如炼铁工业上特别出色。在十八世纪，教友派几乎把这门工业全部包了下来，因为国教派的炼铁业老板总欢喜购置田产，做拥有土地的乡绅，而把炼铁工业丢给教友派的人去办；教友派人士本来反对贵族世袭原则，所以并不想参加地主贵族的行列。教友派炼铁人家中比较重要的一个是煤溪谷的达比一家，他们发明用焦炭代替传统的木炭炼铁，因为木炭在当时已经缺乏而且价格昂贵。达比家还发展了用沙模铸铁的方法，而且从公元1724－1760年拥有铸造蒸汽机汽缸的专利权。其他不信国教的发明家中有长老会派的詹姆斯？瓦特，他的第一个合伙者罗巴克是个独立派；还有约翰？威尔金森（John Wilkinson），瓦特的蒸汽机能够在商业上有销路，靠的就是威尔金森发明的精密钻孔机。
工业地区的那些人，依靠不信国教者学院里受的科学教育和自己的工艺兴趣，建立了提倡本地区工艺和科学的学术组织。最早的一个是太阴学会，是马休？博尔顿于公元1766年左右在伯明翰成立的。它的成员包括有博尔顿和瓦特、化学家约瑟夫？普利斯特列、伊拉斯谟？达尔文（Erasmus Darwin，公元1731－1802）。伊拉斯谟？达尔文是医生、诗人兼博物学家，而且预见了他孙子查理？达尔文进化论的某些内容；詹姆斯？基尔（James Keir，公元1735－1814），布罗威治一家化学厂的老板；塞缪尔？高尔顿，一个铁器制造厂厂主，由于制造枪炮被教友会驱逐；约翰？巴斯克维尔（John Baskerville，公元1706－1775），曾经改进过印刷字体；威廉？默多克（William Murdoch，）公元1754－1839），是博尔顿-瓦特工厂的一个工程师，曾发明煤气照明和一种蒸汽机车；两个伯明翰的医生，威廉？威塞林（William Withering，公元1741－1799）和威廉？斯莫尔（William Small，公元1734－1775）；还有两个文人，托马斯？戴伊（Thomas Day，公元1748－1789）和理查德？罗维耳？埃奇沃思（Richard Lovell Edgeworth，公元1744－1817）。太阴学会每月在一个会员家中聚会一次，时间都在月圆之夜，使会员回家路上方便，所以取名太阴学会。这个学会一直都很活跃，但是到了公元1791年伯明翰煽起了一次反对不信国教者和支持法国革命者的暴动，也包括学会的几个成员在内。普利斯特列的家被捣毁，他的科学仪器和藏书也全部毁掉了。这以后不久，普利斯特列就移居美国，还有些别的人也离开伯明翰，从此太阴学会也就宣告结束了。
另一个在同一时期建立的重要地方性科学团体，是曼彻斯特文学与哲学学会。在这以前，科学家和工业家常在瓦林登的不信国教者学院集合，这样就成立了曼彻斯特学会。学会的会议从公元1781年起每次都有记录，会议上宣读的或者送交学会的论文，从公元1785年起都印发出来。它是一个比太阴学会较大的组织，约有四十名左右的基本会员，而且比较稳定，一直到今天会务还很发达。曼彻斯特学会的主要创办人和第一任会长是托马斯？珀西瓦尔（Thomas Percival，公元1740－1804），曾从约瑟夫？普利斯特列在瓦林顿学院受业，并在曼彻斯做开业医师。学会的另一个创办人兼学会第一任秘书是一个曼彻斯特的药剂师托马斯？亨利（Thomas Henry，公元1734－1816），他的儿子威廉？亨利（William Henry，公元1774－1836）在公元1803年发明了以他取名的气体定律。
早期的曼彻斯特学会非常关心化学，这门学科对当地的纺织品的漂白和染色的关系具有相当大的重要性。和学会关系最早的一个杰出科学家约翰？道尔顿就是一个化学家，他从公元1817年到公元1884年都任学会会长。连学会的会章里也强调化学的重要性，把它列为可以和一般自然哲学区分开的单独讨论的项目。会章每八条写道：“讨论的题材包括有自然哲学、理论和实验化学、文学、民法、一般政治、商业和各种工艺。”会章还表明学会并不反对讨论法律、政治和商业，而这些项目是皇家学会宣称不要乱碰的路。和太阴学会一样，曼彻斯特学会 也有几个支持法国革命的会员，实际上有两个会员，托马斯？库珀和小詹姆斯？瓦特，他还当选为法国制宪会议的代表。其结果是曼彻斯特学会在公元1791年的“国王与上帝”暴动中也碰到一些困难，但和太阴学会不一样，顶住了那次风暴。在十九世纪中叶，曼彻斯特学会成了英国的一个重要科学组织，并成为其他地方性文学和哲学学会的典范。类似的学会在维多利亚时期以每十年一个、五个、甚至十个的比率纷纷成立起来。
在苏格兰，爱丁堡哲学会于公元1732年成立，从公元1783年左右获得执照后就变得重要起来。学会的会员有哲学家大卫？休谟（David Hume，公元1711－1776），经济学家亚当？斯密（Adam Smith，公元1723－1790），格拉斯哥大学的医学教授，又继任爱丁堡大学医学教授约瑟夫？布莱克，公元1785年在学会宣读了一篇关于地质演化理论论文的詹姆斯？赫顿（James Hutton，公元1726－1797），还有爱丁堡大学的自然哲学教授约翰？普莱费尔（John Playfair，公元1748－1819），他和一个业余科学家詹姆斯？霍尔爵士（James Hall，公元1762－1831）一同扩充并阐述了赫顿的学说。
苏格兰的长老会派大学，就象英格兰的不信国教者的学院一样，在十八世纪都以科学教学闻名。事实上，爱丁堡大学从那时起就以医科出名。苏格兰的科学家，和英格兰的不信国教的科学家一样，也与他们当时的工业发展保持接触。赫顿后来开了一个化学厂，而布莱克则曾帮助瓦特在发明蒸汽机上提过意见，并介绍他认识工业家罗巴克。可是十八世纪后期的苏格兰科学家有一个方面和他们的英格兰同行不同；他们比较重视理论科学。赫顿地质发展理论的研究工作显然就是如此，而普莱费尔则批评英国科学家对德国在力学和天文学方面的理论工作缺乏反应。但是在十八世纪快终了时，英国的科学总的来说又变得比较重视理论起来。从公元1801年起，托马斯？杨（Thomas Young，公元1773－1829）重新提出光的波动说，而约翰？道尔顿则于公元1803年把原子论引进化学里来，这两个人都出身于教友派家庭。法国科学家约在同一时候则相对地变得比较着重经验，并且他们被拿破仑军队的需要推到实验科学和应用科学方面来了。
[英]梅森
第二十五章 天文学和十八世纪的牛顿哲学
牛顿在公元1687年出版了《数学原理》之后，万有引力理论总有半个世纪之久没有什么发展，而且又过了一百年才出现和牛顿有同样才干的人。有些和牛顿同时研究引力问题的人，特别是牛顿的朋友爱德蒙？哈雷，曾经把引力学说用在特殊问题的研究上，例如用来研究那个就以他的姓氏命名的彗星问题，但是在往后的几代里，天文学方面就很少有什么重要的理论家。这个时期的英国科学家普遍接受牛顿的学说，而且在剑桥大学由牛顿的继任人威廉？惠斯顿讲授，在爱丁堡大学由大卫？格雷戈里讲授。可是笛卡儿的学说在剑桥大学仍很流行，因为惠斯顿写道，他在公元1693年上剑桥大学专门是为了研究“数学和笛卡儿哲学。因为当时在我们中间，笛卡儿哲学最时髦。可是不久我就独自努力地十分热心地从事研究牛顿爵士的伟大发现。”
牛顿的学说大体上是为国教会人士承认的，不过他的有些信徒则遭到疑忌。爱德蒙？哈雷在公元1694年送给皇家学会一篇论文，在论文中他设想那个现在为我们称做的哈雷彗星量，曾经有一个时候接近过地球，并在地球上引起过巨大的浪潮，这就是挪亚的洪水。他一直到公元1724年才发表这篇论文，因为他“害怕这可能会引起教会方面的遣责”。惠斯顿在公元1696年提出一个类似的学说，为了这个学说和其他异端，他于公元1701年被罢免教授职务。哲学家乔治？贝克莱主教（George Berkeley，公元1685－1753）认为这些设想触犯了宗教，并且提出了一种看法，认为牛顿学说只是一种语法的迂腐之谈。贝克莱在公元1709年写道：“正如读别的书一样，一个聪明人将倾向于把思想集中在意义上，并把意义付诸实用，而不会用语法上关于语言的话来陈述这些思想，同样，在浏览自然界这部大书时，要求做到把每一特殊现象都精密无误地归结于普遍法则，或者说明一个特殊现象怎样从普遍法则引导出来的，这好象是贬低心灵尊严的事情。”
贝克莱觉得，牛顿的《原理》是对自然的“语法式”研究的最坏范例。
在公元1734年贝克莱在一部叫做《分析家：或者向一个不信正教的数学家的进言》攻击了牛顿发明的微分学，而这个数学家就是哈雷。微分研究的问题是通过取曲线的一小段并在数学上把它缩为一个点，找出曲线在这一点上的斜率从而得到全曲线的斜率。贝克莱认为这种办法是站不住的，因为他坚持一个点不能有斜率。在把数学和宗教作比较后，贝克莱还写道：“数学家难道不服从权威，不靠信念接受意见，并相信不可思议的论点吗？他们难道没有自己的神秘，甚至自己的嫌忌和自己的矛盾吗？”
这样的一种攻击也有其积极的一面，因为它推动英国数学家去探索微分的逻辑基础，并把一种显然有用的数学技术放在更扎实的基础上。贝克莱的《分析家》出版后的一年中，牛顿的几个信徒都发表了对这位主教的答复，而且的确还相互批评了对方的答复。最后，爱丁堡大学的数学教授柯林？马克劳林（Colin Maclaurin，公元1698－1746）在公元1742年为微积分找到了一个相当正确的根据。
在大陆上，人们接受牛顿的发现要慢得多。在巴黎科学院，连笛卡儿的学说直到十七世纪后期都受到歧视。可是巴黎科学院在公元1699年改组时，笛卡儿的最大提倡者丰特列尔当了学会秘书，并且任职四十年之久。在这个时期，笛卡儿的学说在科学院里占了优势。科学院为纪念牛顿在公元1734年第一次悬赏征文，而最后一次悬赏征求研究笛卡儿的论文则在公元1740年。由于丰特列尔的提倡，我们发现当时开始出现一种把机械论哲学从物理世界扩大到人的世界的趋向，这种趋向后来在十八世纪的法国变得很是突出。丰特列尔在1699年写道：“几何学精神并不是和几何学紧紧捆在一起的，它也可以脱离几何而转移到别的知识方面去。一部道德的，或者政治的，或者批评的著作，别的条件全都一样，如果能按照几何学者的风格来写，就会写得好些。”
