第一节 西方科学的观念
科学是关于自然、社会和思维的知识和方法体系，是人类社会实践过程的经验总结，是社会文化的重要构成。从古到今，世界上各个民族都十分重视科学研究，进入现代社会之后，科学的地位得到进一步的肯定。现代科学有多种分类法，最常见的是将科学划分为：自然科学、技术科学、数学、哲学、社会科学等五大部类。但是也要看到，世界各种文化中，科学的概念也不相同，如埃及古代科学（包括几何学、农学等）、中国古代科学（包括古代天文学、机械学、农学、医学、工学等）、印度古代科学、阿拉伯科学等，都有自己的具体内容。而在西方文化传统中，最初的科学包括在统一的哲学之中，以后才分化为不同的学科。科学（science）在拉丁语中，主要是指学问与知识（scire，学或知）。古代科学包括了所有知识的内容，它并不只是包括自然科学和技术。英语中的“科学”专指自然科学，就是指以掌握自然规律、以改造自然和利用自然为目的的活动与知识体系。由于西方文化构成的特殊性，我们在本书中将对西方的自然科学与社会科学分别进行研究，本章中所使用的“科学”范畴专指自然科学，关于社会与思维的研究，我们将在其他章节中论述。
西方科学是人类科学研究中的一个组成部分。特别是在近代科学中，即以实验方法为主、以逻辑分析为理论工具的研究中，西方科学的理论与实践都占有重要地位。具体而言是指从文艺复兴以来，培根等的实验方法成为科学研究的主要方式之后，西方发展出了独立的自然科学学科。这种现代科学与传统科学之间，既有一定的继承关系，同时也有相当大的差异。不仅古代希腊罗马的科学对现代科学有影响，就是古代东方科学经过文化交流传入西方后，同样对西方现代科学的兴起有不可替代的启蒙作用。实际上中国的造纸术、火药、罗盘、印刷术、种痘术、几何学、天文学、地理学等长期在世界上处于领先地位，并且传入欧洲，引导了欧洲科学技术的发展。此外，古代埃及、古代印度、阿拉伯的科学也对于西方科学有一定影响，同时也必须承认，现代科学是一个新的科学体系，它有新的认识论与研究方法，有新的学科划分，这也是传统科学所不具有的。
西方科学具有独特的发展过程与历史特点。首先，西方科学重视理论体系的建构，以哲学认识论作为科学研究的指导原则。早在古代希腊人的哲学中已经包括了后世科学理论方面的内容，特别是毕达哥拉斯学派的数学、希波克拉底的医学、托勒密的地理学、亚里士多德及其学生的自然科学研究，都成为近代科学的始祖。而这些古代科学都具有相当的理论基础，思想体系相对完整。文艺复兴之后，英国唯物论者与法国启蒙主义者、德国古典主义哲学家们无不重视科学理论体系的创造。西方科学史上，每一个重要的历史阶段都有较完整、系统的理论体系，正是达尔文的进化论、伽利略和牛顿的物理学理论、爱因斯坦的相对论等重要科学理论体系推动了世界科学发展。但是也要看到，西方科学理论中也充满了形而上学与实践之间的矛盾冲突，比如19世纪20年代，黑格尔提出了自然哲学理论体系，就曾经受到过自然科学家们的批评，著名化学家李比希、数学家高斯、生物学家施莱登等人，全都反对黑格尔的理论体系，反对用形而上学理论谈论自然科学。但是，没有过多久，19世纪末到20世纪初，当物理学从古典力学向相对论力学过渡、当物质结构学说从原子研究向电子研究深化的时刻，旧唯物主义自然观由于无法解释相对论而完全崩溃，新物理学陷入唯心主义之中。以后的科学家如生物学家迈耶克—阿比希、物理学家魏扎克等人接受了历史教训，都关注辩证法理论，以提高科学研究水平。
另外，西方科学重视方法论，追求以实验科学、数学等精密科学为研究方法，并发展出严密的学科分类。从亚里士多德时代起，西方科学就开始学科分类，在改进科学总体研究方法的基础上，形成了各自学科的研究方法。文艺复兴之后，实验方法与唯物论方法论在科学研究中得到广泛推广，这为现代西方科学奠定了坚实的基础。17—18世纪中，西方科学更是获得空前的大发展，无论是理论科学还是科技发明都出现飞跃，从而确立了西方文化在世界上的重要地位。在这一时期中，自然知识与观察方法丰富起来，科学技术水平的提高为人们提供了更多的研究手段，科学家们将观察、分析、概括与推论等方式结合起来，深入认识事物运动规律，建立了“真正有系统的实验科学”。从19世纪至今，西方科学方法处于新的整合与跨学科发展阶段，新方法与新学科大量涌现，使全球化时代成为一个科学大发展的时代。
此外，综观西方科学发展的历史可以看出，科学与技术的紧密结合也是其重要特征，特别是近代以来，重要的科学发现都会引起技术的巨大进步，以能源技术为例，热能、电能、太阳能、风能、核能技术的进步无一不与科学发明有密切联系。同时，技术的发展又会推动科学的发明，两者互相促进。
无可讳言，西方科学的每一个进步都经历了艰难曲折，****制度与宗教都曾经阻碍科学的发展。特别是势力强大的基督教，曾经对西方科学发展构成巨大威胁。中世纪的基督教曾经把亚里士多德等人看成是基督教建立之前的异教徒，相当多的教士反对古代希腊科学思想。由于科学思想与宗教世界观之间的冲突，中世纪教会对科学家百般压制，甚至进行人身迫害，如布鲁诺被处以火刑，伽利略曾经受到过监禁，直到20世纪，教会仍然不承认进化论。我们可以预见到，随着社会进步，罗马教廷或是西方其他宗教都可能会改变自己对科学的看法，宗教与科学之间的关系也可能一定程度上得到缓和，这对于西方科学的发展是有利的。
第二节 古代科学思想
古希腊人向埃及人学习了医学与几何学，并且发展了它们。古代埃及人有相当发达的医学，同时，由于尼罗河河水经常泛滥淹没农田，每次大水过后，埃及人都要测量农田，这种生产实践培育了埃及的几何学。古代巴比伦人则创造了发达的天文学。这些成就以后都被希腊人所吸收，善于理性思维的希腊人把它们变成了专门的学科，并且把这些学科规范化，创立了这些学科的基本原理，使它们达到新的水平。
公元前6世纪，希腊的爱奥尼亚（Ionia）的自然哲学家们在埃及几何学知识与实践的基础上，由米利都的泰勒斯（Thalēs，约公元前624—约前547）与萨摩斯的毕达哥拉斯（Pythagoras，约公元前580至前570—约前500）正式创立了几何学。毕达哥拉斯发现了直角三角形的规律，即直角三角形斜边的平方等于两条直角边平方之和，这一发现被命名为“毕达哥拉斯定理”。希腊化时期，著名的几何学家欧几里得（Euclid，约公元前330—前275）对前人的几何学知识加以整理，形成了欧几里得几何学，他的名著《几何学原理》是这门学科最早的教科书，其中已经提出了基本的几何学定理。另外一位数学家阿基米得（Archimedes，公元前287—前212）发现了杠杆原理并且提出浮力理论，他对于几何学也有杰出的贡献，特别是关于球体、圆柱体与不规则物体的体积、表面积与周长的计算等方面。他把圆周率计算到小数点后第3位，在当时也是最先进的。他还创造了作战使用的回旋式起重机与投石器。阿基米得是古代社会中最杰出的发明家之一。他的名言是：给我一个支点，我可以撬动地球。
希腊学者们提出了著名的四原素说，用以解释宇宙的形成。西西里的哲学家恩培多克勒（Empedoclēs，公元前495—约前435）总结了前人的学说，认为土、水、气与火是四种基本原素，它们受到吸引力与排斥力的作用，以各种不同比例结合起来，形成了宇宙与世间万物。另外一些学者如留基伯与德谟克里特则建立了原子说，伊壁鸠鲁（Epicuros，公元前341—前270）采用了原子说，并且在雅典讲授原子学说。伊壁鸠鲁的唯物论曾经引起青年马克思的注意，被选来作为自己博士论文的研究内容。
古希腊医学也相当发达。医学家们分为两大派，一派是柯斯派（Cos），认为人的疾病来源是身体的错乱，所以通过自然疗法可以得到恢复。另一派名为克尼多斯（Cnidos），则主张对于具体的疾病应当有相对应的医疗方法。据说公元前6世纪的一位克罗顿医生阿尔克芒（Alcmaeon，公元前500年左右）首先进行了人体解剖，当然这种说法并不完全可靠，可靠的记载是在托勒密王朝时代的亚历山大里亚，医生们才首次进行了人体解剖。但是阿尔克芒的另一个贡献却一直受人称道，他指出大脑是人类思维器官。这在当时是伟大的发现之一，因为在此之前，多数人认为人类是用心来进行思维的。
最著名的医学家是希波克拉底（Hippocratēs，约公元前460—前377），他是希腊医学的集大成者。希波克拉底在医生誓言中说：医生要处处为病人的幸福着想，要保持自己的一生与医生行业的纯洁与神圣。希波克拉底及其追随者们发展为一个学派，他们主张在医学中应用实验方法，建议实验的观察者可以每天打破一个鸡蛋，从中观察胚胎发展的过程。从这里可以看出，实验方法与胚胎学的研究对于这一学派是相当重要的。他们认为疾病是服从于自然法则的，应当用观察与实验的方法来进行研究。希波克拉底重视医学道德与规则，他为希腊医生们制定了具有人道主义色彩的医学道德原则，这些观念直到今日还被广泛认同。
在天文学与地理学这些基础学科中，古希腊人也有相当重要的发现。希腊哲学家恩培多克勒观察了日食现象，指出日食形成的原因在于月亮位于地球与太阳之间，使地球上的人类看到日食。继他之后，阿那克萨哥拉进一步研究了月食、银河等天文现象。以后还出现了托勒密等一批重要学者。托勒密生活在希腊化时代的亚历山大里亚，这里是雅典之后希腊文化的中心。我们上文已经指出，托勒密建立了地心学说，认为太阳、行星与恒星都在绕地球运动。这种学说一直到哥白尼学说出现才被推翻。其实他的科学贡献远不止于此，托勒密是一个百科全书型的科学家，他从事天文、地理、数学与物理学等方面的研究，并且都有相当杰出的成就。作为一个杰出的地理学家，他还关注到东方的存在，并从地理学上论证了地球的分区。希腊化时期的伟大天文学家是萨摩斯岛的阿里斯塔克（Aristarchos，公元前310—前230），后人称“希腊化时期的哥白尼”，他曾经测量过月球、地球与太阳之间的距离及体积的比例等，并且留下论文《论太阳和月球的大小与距离》，其中以太阳中心学说来阐释天体构成。
如果说希腊人天才地发展了理论科学，在基础学科研究中作出重大贡献，那么罗马人则以重视实际、努力发展实用科学为特点。如前所述恺撒（Gaius Julius Caesar，公元前100—前44）曾经亲自参加了对于儒略历法的修订，以后这种历法也以其姓氏命名，正式将一年的时间定为365.25日，这种历法在欧洲一直使用到1582年，教皇格列高利十三世才加以参正。罗马人阿格里帕（Agrippa）曾经进行过地理测量，并且绘制了世界地图。工程师弗郎提努（Sextus Julius Frontinus，40—103）曾经管理过罗马的给水工程，他在世界上较早地论述了流体力学方面的原理。奥古斯都时代，罗马建立了第一所公立的希腊医学校，医生塞耳苏斯（Selsus）用拉丁文撰写了内外科医学的专著。这部著作结合了古代医学中两派的观点，既重视对理论的研究，又注意对病情的观察。希腊医学在亚历山大里亚得到继承，出现了著名医学家盖仑（Claudius Galen，约129—200），他综合希腊人关于解剖学、胚胎学与临床医学的重要经验，首先开始在活的动物身上进行实验，他关于心脏与脊髓的研究被医学史家们认为是古代医学最重要的成就之一。但是，盖仑是个有神论者，他把一些神学观念引入了医学，提出了人体的“元气”的观念，这种观念一直对欧洲医学有较大影响。
盖仑关于血液的论述十分重要，直到欧洲近代学者发现血液循环的原理之前，盖仑学说一直居于主导地位。他认为，血液是由食物在肝脏内部变成的，然后经过与元气的混合，在这一过程中，形成了营养成分。血液的一部分经过静脉流入身体各个部分，并且最后还要回到心脏里来。另外的一些血液则与肺中的空气混合，通过动脉流到身体的各部分。这种理论是前所未有的，虽然其中有神学思想的因素，但是毕竟是一种理论创造，为此它一直为西方医学所推崇，直到文艺复兴中哈维等人的学说兴起。
罗马农学相当发达，出现了瓦罗（Marcus Terentius Varro，公元前116—前27）与科路美拉（Lucius Junius Modoratus Columella，约1世纪）等杰出的农学家。最早的一部农业理论专著的作者是学者老加图（Marcus Porcius Cato Censorius，公元前234—前149），他同时也是著名的历史学家，著有《罗马历史起源论》等著作。他的农学著作《论农业》是对奴隶制农业的经验总结，该书集中论述了农业的经营与管理方面的实践。另外瓦罗的《农业论》是一部对话体的作品，技术性强，涉及农业管理、作物种植、农业经济与畜牧业等方面，表明罗马农业与畜牧业已经处于相当发达的程度。
来自西班牙的罗马农学家科路美拉是帝国后期的农学家，他的巨著《论农业》共有12卷。针对当时罗马农业中心地区已经受到极大的破坏、生产状况日下的形势，科鲁麦尼在书中讨论了意大利地区农业衰落的原因，并且提出改进农业技术，加强经营管理的策略。
罗马人已经广泛运用了水车。公元前20年前后，罗马建筑师维特鲁威就已经提到过水车。公元前79年维苏威火山爆发后，将一架水车的水轮印痕永远留在熔岩中，使后人可以看到当年罗马水车的大致样式。
罗马人在建筑方面成就非凡，特别是在罗马帝国时代，罗马城规模宏大，建筑风格多姿多彩，成为世界古代建筑史上的奇迹。西方建筑的主要模式都可以在罗马城中看到，精心设计的广场、神庙、剧场、凯旋门等，成为欧洲各国竞相模仿的样本。更令人称赞的是，罗马城里建设了总长达到100多公里的高架引水道，水道共有11条，全部用巨石铺砌而成，从远处引来的清水汩汩流入罗马城，供给全城居民使用。这种大型供水系统在世界古代城市十分罕见，充分表现出罗马人的科学求实精神与高超的建筑工艺。公元前33年，罗马皇帝奥古斯都改造了已使用6个世纪的大型城市排污管道。早在埃特鲁斯坎诸王时代，罗马人已经建立了大型的开放排水道。帝国时代将这种排水道改为封闭式的巨大建筑，污水排入台伯河，这也是当时世界上不多见的。
不可忽略的是，罗马人对基础科学也有自己的贡献，世界上最早的地图就是在屋大维时代绘制的。一直到16世纪，西方地理学家们都十分重视地图的绘制，并且以科学方法绘制出世界地图。环球航线开通之后，这种地图绘制方法传到世界各国，对于各国地理学都有推动作用。罗马人还总结了古代科学史，被称为百科全书式的学者老普林尼（Gaius Plinius Secundus，23—79）写下了巨著《自然史》，其目的在于全面总结罗马帝国科学文化的成就，该书举凡天文、地理、生物、数学、物理、化学、医药、农工林业、雕刻绘画与艺术近2万种事物，介绍古今学者作家等杰出人物500多位，征引典籍达到数千种。这种撰述风格与成就，展现出罗马人善于总结前人成就、继往开来的精神品格。
总体来说，希腊科学重视理论探讨，创造了比较完备的理论体系，而罗马人生性重视实践，在实践科学方面成就较为突出。无论二者差异有多大，从希腊到罗马，西方的古典科学对人类社会发展功不可没。它把自然作为研究对象，以揭示自然奥秘、发现宇宙与世界的本质、掌握事物运动的规律为目标，这种宗旨与思想对于后世有巨大影响。但是古代科学仍然处于初始阶段，科学研究方法以观察为主，研究目的处于实用阶段。
在中世纪的神学统治下，科学受到排斥。391年，罗马皇帝狄奥多西就曾下令禁止学习数学与天文学等，从此之后，教廷对于科学家进行了更加严厉的迫害。希腊女数学家海帕西娅（Hypatia，约370—415）等一批科学家被处以火刑，科学传统被迫中断，科学研究停滞不前。
第三节 近代科学体系的形成
文艺复兴后期，近代科学观念开始萌芽，宗教思想已经无法控制历史形势。破开坚冰的是一位哲学家弗朗西斯·培根，被马克思称为“英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖”。培根在《新工具》中提倡科学研究，主张以实验方法来进行研究，从而成为现代实验科学的倡导者。虽然培根本人并没有在自然科学方面进行太多的研究，但他是科学思想理论的革新者，他以唯物论观点与实验方法影响了整个现代实验科学。科学方法论在这里取得了原则性进步，培根发展了以归纳法为主的逻辑体系，法国哲学家笛卡儿则认为演绎方法更为重要，如果把培根的学说与笛卡儿的理论结合起来，可以说近代西方科学方法论已经基本形成。
西方近代科学的主要任务是解决认识问题，其对自然界的认识分为三个步骤，也是三个层次。第一是对事物的感性认识，包括成分与形体的认识，解决事物是什么样的与其构成形态如何的问题。这种认识是通过经验与观察的方法来解决的。第二是理性认识，即事物的本质特性是什么，它的意义何在，这一层次是通过分析研究来解决的。第三是事物的形式，这一层次则要通过数学计算来解决。贯穿这三个步骤和层次的就是近代科学中的理性精神与实验方法，这是近代科学的灵魂。
中世纪后期，波兰天文学家哥白尼提出太阳中心说，这是对希腊人托勒密的地球中心说的否定，但考虑到教会主张地心说，哥白尼不敢公开自己的学说，被迫把代表作《天体运行论》推迟出版。直到哥白尼临终，他才最后看到了自己的“那本不朽著作”（恩格斯语）面世。意大利科学家布鲁诺（Giordano Bruno，1548—1600）公开拥护哥白尼的学说，在哥白尼学说遭到教会否定时，他仍然坚持自己的观点，最后被宗教法庭处以火刑，成为流芳百世的捍卫真理的勇士。
新的物理学的第一位代表人物是意大利人伽利略（Galileo，1564—1642），他反对中世纪先验论，主张以实验方法进行物理学研究，从而成为新的物理学的奠基人。1609年，伽利略发明了温度计，以后又根据光的折射原理，发明了望远镜，能将物体的直径放大30倍，并且将这一发明应用于天文学，使当时的人们首次看清了月球表面、木星周围的四个行星，看清了银河系……这使整个西方世界为之震动。伽利略主要的贡献在于动力学的研究，他在著名的比萨斜塔上进行了实验，得出了物体运动加速度的公式。同时，他从动力学角度解决了一个重要的具有认识论意义的问题：什么是宇宙第一推动力。前人总认为，宇宙的运动总有一个第一推动力，如亚里士多德就认为存在一个“不动的推动者”。但是伽利略发现，运动的物质并不需要推动力，天上的行星是依靠自身的力在运动，所以行星系并不需要外力，它自身就会不断地运动。这样就解决了从古代到中世纪都一直困惑不解的第一推动力问题。可以说在自由落体运动、抛物线运动、摆动定律、惯性定理等物理学与力学方面，伽利略都是其创始人。他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》与哥白尼的《天体运行论》、牛顿的《自然哲学的数学原理》共同被看成是现代天文学的三部杰出著作，而且这些著作对自然科学其他领域也有划时代的影响。故此伽利略、牛顿（Isaac Newton，1643—1727）与爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）被认为是近现代物理学的三位具有里程碑意义的代表人物，各自代表了物理学的不同发展阶段。
解剖学与生理学方面也有重要突破，作出这一贡献的主要人物之一哈维（William Harvey，1578—1657）是英国国王詹姆斯一世的御医。1628年，哈维出版了《心血运动论》，提出新的心脏血液运动理论，这一理论打破了盖仑关于心脏血液循环运动的学说，否定了人体是靠“元气”来维持循环的说法，指出血液是从动脉流入到静脉中去，然后再回到心脏。这一结论完全出于实验，它解开了血液循环之谜，是一种真正科学的理论。
在天文学上，虽然哥白尼学说已经被相当多的人所承认，但是这一学说仍然需要从科学上得到论证，特别是从天文学本身加以说明。首先是丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Braho，1546—1601）献身于这一事业，他耗时24年专心观察恒星，目的在于想证明地球是在运动的。虽然他未能最终证明这一点，但是所积累的大量资料为这一方面的研究提供了条件。第谷的资料极为精确，并且他将自己的资料无私地交给自己的学生约翰·开普勒（John Kepler，1571—1630），后者终于完成老师未竟之业。开普勒是德国的一名星象术图书的编辑，他的著作包括《宇宙的奥秘》、《哥白尼天文学概论》、《鲁道夫星表》与《世界的和谐》等。他相信哥白尼学说，他提出的开普勒定律主要有以下内容：第一，行星运动的轨道是椭圆形的，太阳的位置正在其中的一个焦点上。第二，太阳的中心与行星中心的连线在轨道上所扫过的面积与时间成正比例。第三，行星在轨道上运动，它运行一周的时间的平方与它到太阳的平均距离的立方成比例。开普勒首次总结了关于行星运动的规律，而且以系统而准确的公式表达了出来。
英国天文学家哈雷（Edmond Halley，1656—1742）的《彗星天文学概论》，推算出彗星按照椭圆形轨道环绕太阳运行的行程，经过计算后，他预测一颗彗星可能于1758年回归，因为据他计算，彗星运行的周期是75年，事实证明他的计算完全正确，以后，这颗彗星被命名为“哈雷彗星”（Comet Halley）。
17世纪后期，西方科学进入一个新的发展阶段，推动这一进展的是伟大的英国科学家牛顿。1643年，艾萨克·牛顿出身于英格兰的一个农民家中，大学阶段在剑桥大学学习自然哲学，27岁即开始担任剑桥大学数学教授。1696年，牛顿被委任为造币厂监察，并且于1703年担任了英国皇家学会主席。牛顿是一位在多个领域里有伟大贡献的科学家，在数学方面，他与德国的莱布尼茨一起创立微积分并且用微分方程来表达物体的运动。同时，他也是一位杰出的光学家，他所进行的三棱镜试验证明，光并不是单纯的白色，而是赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七色，而且这些光的折射率是各不相同的。在《自然哲学的数学原理》这一划时代的巨著中，牛顿把天文学与力学发展到一个新的高度，该著作提出了著名的牛顿三定律与万有引力定律，从而解决了从古希腊以来一直在探讨的科学问题，也就是物理学最重要的问题，即物体运动的规律与宇宙变化的原因。
牛顿认为，宇宙间的一切物体全都受到惯性定律、质点运动定律与反作用定律的支配，主要表现为：第一，惯性定律是，物体在未受到外力作用时，会保持原来的静止状态或是匀速直线运动。第二，质点运动定律是，物体运动状态的改变与所受力的大小成正比，并且发生在作用力的直线方向上，即在质量（m）一定时，外加力F与加速度a成正比，公式表达为F=ma；如果外力是一定的，物体的质量则与运动状态改变的程度，即加速度成反比，用公式表达为m=F/a。第三，作用与反作用定律是，在相互作用的两物体之间，作用力与反作用力是相等的，方向相反，并且作用于同一条直线上。
万有引力定律则指出，因为宇宙间所有的物体都处于互相吸引的作用力之中，每一个粒子都在互相吸引；物体之间吸引力的大小与它们之间距离的平方成反比，与其质量成正比，用公式表达为FGmM/r2。牛顿万有引力定律由于适用于宇宙间一切物体，所以得名。它不仅对于物理力学有重大意义，也是人类科学认识史上的里程碑，代表了人类以科学方法来掌握世界的巨大成就。
近代科学技术是西方科学史上关键的一环，它对人类社会产生了重大影响，它也改变了西方文化。概括起来，它的作用突出地表现于以下方面：
其一，近代科学技术的应用改变了人类社会生产性质，机器首次成为社会生产中的重要生产工具，蒸汽机的使用大大提高了生产效率，并且逐渐取代了传统的人力与畜力为主要生产工具的模式，这也引导社会形态从农业生产向工业化迈进，西方社会在这一进程中领先世界，成为社会生产力最发达的地区。
其二，近代科学技术改变了西方文化的传统类型，使西方文化从中世纪的宗教文明中心模式向近代科学中心模式转移。中世纪封建社会中宗教思想统治一切，在人与自然的关系中，基督教主张人与自然都是上帝的创造，人本身就是有罪的，人不能任意改变上帝的创造物，也不允许人类通过科学来解释与掌握自然。西欧的生产力一直相当低下，尽管中世纪后期农业与商业经济得到发展，但仍然不可能有突破性的发展。直到近代科学技术兴起，推动西欧的工业化，才可能使西方走到世界经济的前列。西方文化的类型也在近代社会中发生大的转型，科学技术成为西方文化的中心。
其三，近代科学技术使西方文化内部结构也产生一定变化，造成文化中心的转移，即西方文化的中心从地中海地区向大西洋地区转移。最初的近代科学中心是在意大利。意大利城市众多，工商业发达。15世纪以后，奥斯曼土耳其帝国占领巴尔干地区，大批科学家与学者流亡意大利。这些杰出人才在意大利受到佛罗伦萨等大城市统治阶层的厚遇，专心于科学研究，成就突出。意大利的冶铁业中首先使用水车带动的鼓风冶铁炉，其余如纺织、兵器、造船等工业技术在欧洲也是第一流的。但是随着拜占庭帝国灭亡，奥斯曼土耳其帝国控制地中海，造成意大利商业贸易衰退。15世纪后期意大利遭到法国的侵略，经济受到破坏。16世纪以后，罗马教廷镇压异端，严格控制思想言论。这些因素使意大利最终在日益兴起的以英国为首的西欧经济面前败落下来。
随着地理大发现所产生的海外贸易兴旺，殖民地扩张，形成海外大市场，英国国内经济迅速发展。斯图亚特王朝重视科学，延揽人才，建立各种科学组织。1662年英国成立了伦敦皇家学会，这就是以后的英国皇家科学学会。英国主要大学中也纷纷开设自然科学课程，涌现出大批杰出科学家如哈维、巴罗、波义耳、培根、牛顿、哈雷等人，他们的研究与发明推动英国科学技术迅速发展，这使英国成为世界一流的科学中心，并最终使英国成为西方第一个真正意义上的世界强国。英国的崛起，带动了整个西欧国家的经济，也使欧洲文化的中心从地中海转向西欧。
第四节 现代科学的突飞猛进
18世纪以后，随着西方工业化的深入，一次又一次的工业革命、产业革命、技术革命强烈冲击着科学研究。同时，科学研究也掀起了一次又一次的变革与革新，回应着社会生产的迅猛发展。现代西方科学体系取代了近代科学，从康德的宇宙理论到爱因斯坦的相对论，从达尔文的进化论到能量守恒定律，现代科学的思想基础建立在辩证认识论之上。
1755年，康德出版《自然通史和天体论》，提出了太阳系起源的星云假说，并总结了人们对天体特别是“星云”的认识。在康德的理论提出之前，瑞典与英国的科学家们已经发现，宇宙中存在着无数个类似于银河系的恒星体系，但是这些宇宙物体是如何形成的，科学家们则见仁见智，说法不一。康德依据牛顿力学与开普勒的天文学，认为宇宙是无限的，宇宙中存在着无数个类似于太阳系的恒星系。其次，康德认为宇宙的天体并不是原来就有的，是由宇宙间的细小物质微粒在引力作用下形成的。从一个个行星到大的天体，都经历了这一过程。所有宇宙天体正在处于永恒的变化之中，有无数个类似太阳的天体在燃烧与消灭，这就是宇宙的发生与循环过程。最后，康德还预言，在宇宙的其他星球上可能也有人类居住。
1796年法国著名科学家拉普拉斯（Laplace，1749—1827）发表《宇宙体系说》，支持康德的学说。作为一个杰出科学家支持一位哲学家所提出的假说，这种现象充分表现出西方科学家们尊重科学、追求真理的精神。
恩格斯曾经对这种学说予以极高的评价：
在这种僵化的自然观上打开第一个缺口的，不是一位自然研究家，而是一位哲学家。1755年出现了康德的《自然通史和天体论》。关于第一推动的问题被排除了；地球和整个太阳系表现为某种在时间的进程中生成的东西。
爱因斯坦相对论提出后，对宇宙论产生了巨大影响。就如同当年康德运用牛顿力学来解释宇宙论一样，当代科学家们基本上一致用爱因斯坦的相对论来解释宇宙存在，希望能获得突破。由于这些理论都正在建构之中，我们只能对其中有代表性的“大爆炸理论”作一个简单的评述。
其一，根据广义相对论，宇宙是有始有终的。一位自称用相对论建构宇宙理论的物理学家，英国剑桥大学的史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）认为：
然而在广义相对论中，情况则相当不同。这时，空间和时间变成为动力量，当一个物体运动时，或一个力起作用时，它影响了空间和时间的曲率；反过来，时空的结构影响了物体运动和力作用的方式。空间和时间不仅去影响，而且被发生在宇宙中的每一件事所影响。正如一个人不用空间和时间的概念不能谈宇宙的事件一样，同样，在广义相对论中，在宇宙界限之外讲空间和时间是没有意义的。
在以后的几十年中，对空间和时间新的理解是对我们的宇宙观的变革。古老的关于基本上不变的，已经存在并继续存在无限久的宇宙的观念，已经为运动的膨胀的并且看来是从一个有限的过去开始并将在有限的将来终结的宇宙的观念所取代。这个变革正是下一章的内容。几年之后又正是我研究理论物理的起始点。罗杰·彭罗斯和我指出，从爱因斯坦广义相对论可推断出，宇宙必须有个开端，并可能有个终结。
其二，既然宇宙有开端，那么这个开端是什么？如果它不是上帝的第一推动力，又是什么开创了宇宙。从1912年至1916年相对论创立开始，大爆炸理论逐渐吸引了世界的关注，并且成为宇宙理论中普遍流行的学说。这是康德宇宙论之后最重要的宇宙理论，也是当代自然科学家们提出的最重要理论体系之一。这种理论经历了数十年发展，在20世纪后期才趋于成熟。但直到今日，我们最好仍然把它看成是一种发展中的理论，因为这种理论并非已经能够或是已经解决了所有重要的问题。
根据广义相对论，一个时间不变的静止空间是不存在的，宇宙就是时而变大时而变小的。这样就有两种宇宙状态，第一是封闭宇宙状态，即宇宙中物质密度大于宇宙延伸速度时，宇宙便处于膨胀之中。不过这种膨胀的速度是有限的。第二是无限膨胀，这种状态是物质密度低于临界值时发生的，这时空间变得无限大，天体之间的分裂也是无限的，互相分离而去。这样，我们就必须假定存在一个原初的统一宇宙，这就是1927年比利时天文学家勒梅特所提出的“宇宙蛋”的设想，他认为宇宙蛋是宇宙的物质和能量原本所在的，是在宇宙的零时刻存在的。这个宇宙蛋突然发生了大爆炸，宇宙产生于这次大爆炸之中。美国科学家伽莫夫把这种理论命名为“大爆炸理论”，从此风行世界，成为普遍流行的学说。
这一学说的物理学验证是1929年美国天文学家埃德温·哈勃所提出，这就是宇宙膨胀的证实。哈勃用望远镜发现，除了银河系所在的星群之外，其余所有的星系都在远离地球而去，而且速度越来越快。哈勃计算了九个星系与地球之间距离的关系，得出了哈勃定律：星系远离地球的速度与星系和地球之间的距离成正比。
另外两个辅助性的证明：第一是1948年伽莫夫以粒子物理学理论研究大爆炸学说，认为大爆炸会留下遗迹，那就是在宇宙里的温度为几度的微状背景辐射。这一假设于1965年得到证实，美国贝尔实验室中的两位天文学家彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射温度，大约是3度。第二是宇宙中氦的存在，这也是伽莫夫所提出的。如果真的有大爆炸，那么宇宙中应当遗留有大约25%的氦。以后的宇宙科学家们认为，可以证实宇宙中存在着30%的氦，这也可以说是证实了伽莫夫的假设。
西方的化学是在古代炼金术中发展出来的，在近代科学中还没有重要的位置，但是随着社会生产的发展，化学与化学工业的地位日趋重要，化学科学因此而得到了长足发展。