17世紀是個美妙的時代，出現了數量眾多的變革，包括科學、哲學、宗教和政治等領域的變革。這些領域之間的相互作用和相互促進令人驚歎，而且與人們通常所認為的情形大為不同。17世紀哲學/概念領域的變革影響了科學發現，反之亦然；同樣地，宗教、政治和科學領域的變革也都對彼此產生了相互影響。
具體來說，我們將研究的內容包括尼古勞斯·馮·庫斯和喬達諾·布魯諾的某些宗教和哲學觀點如何影響了17世紀的發展，以及原子論中某些從很大程度上說是形而上學的觀點是如何在這個過程中發揮作用的。
現在既然地球已經顯然是圍繞太陽運轉的，我們也就必須承認宇宙比我們曾經所想象的要浩瀚得多。
在此之前的幾個世紀裡，幾個哲學家和神學家都曾經從哲學角度提出，宇宙是無限大的，其中有無限多的恆星，唯有這樣的宇宙才可以與無限偉大的上帝相稱。這些人中最值得注意的是尼古勞斯·馮·庫斯（1401—1464）和喬達諾·布魯諾（1548—1600）。這裡，必須強調的是尼古勞斯·馮·庫斯和喬達諾·布魯諾都不是科學家，他們的觀點幾乎全都是以哲學和宗教為基礎的。
在其有生之年，馮·庫斯和布魯諾關於宇宙無限大的觀點都沒有得到廣泛認可。（比如，布魯諾因其觀點而遭受宗教裁判迫害，在1600年被當作異教徒而活活燒死）。然而，到了17世紀早期，人們對於“宇宙很大，而且可能是無限大”的認識開始逐漸變得清晰，此時馮·庫斯和布魯諾的觀點則使這個“宇宙無限大”的觀點變得更易於接受了。他們認為，無限大的宇宙反映了上帝的無限偉大，這個觀點有助於使這些難以理解的新觀點得到接受。
同時值得注意的是，馮·庫斯和布魯諾的觀點還與一種被稱為“原子論”的古老哲學聯絡在了一起。原子論可以追溯到古希臘哲學家留基伯和德謨克利特（公元前5世紀），以及繼承了這兩人思想的伊壁鳩魯（公元前341—公元前270年）和盧克萊修（公元前99—公元前55年）。後來，原子論在16世紀晚期和17世紀成為在歐洲廣受歡迎的一種觀點（在17世紀，這種原子論觀點通常被稱為“微粒”觀點）。原子論在這一時期復興，背後有很多原因，其中部分原因就與馮·庫斯和布魯諾的哲學變得越來越受歡迎有關。
根據原子論，世界說到底是由原子和虛空兩部分組成的。原子被認為是微小的、不可分割的粒子，也就是實際上可能存在的最小粒子。另一方面，虛空與我們所知的真空十分相像，也就是說，是一個完全空曠的空間。有些原子聚集在一起，形成了我們在身邊所看見的物體。另外有一些原子只是在空曠的空間（也就是虛空）中飛過。在虛空中飛過的這些原子，其運動模式就像檯球一樣，也就是說，它們沿直線運動，除非與其他單個或多個原子發生碰撞。如果發生了碰撞，這些原子會像檯球碰撞後彈開一樣彼此彈開。原子論更多的是一個形而上學的哲學性/概念性觀點，而不是一個經驗性觀點。
笛卡爾是第一個對現在所說的慣性定律進行清晰表述的人。笛卡爾受到了原子論觀點（或微粒觀點）的影響，但這並不是巧合。“宇宙無限大”的概念和原子論哲學有助於人們理解17世紀發現的主要科學定律，也就是慣性定律。
重點是，我不想讓你覺得慣性定律的發現只是接受“宇宙無限大”的概念並同時運用原子論哲學的結果。慣性定律是透過各種實驗、運用了認識宇宙的新方法並由很多人在很長一段時間內付出了巨大努力後才發現的。不過，就像與宇宙大小有關的情形一樣，有些領域通常被認為是相互獨立的，但彼此之間的相互影響事實上多到令人驚訝。
17世紀新科學的發展是很多研究人員共同努力的結果。然而，將這些努力彙集在一起的，則是牛頓在1687年發表的著作《自然哲學的數學原理》。這部著作通常被簡稱為《原理》（Principia，源於這部著作的拉丁文名稱Principia Mathematica Philosophiae Naturalis）。《原理》展示了一種新的物理學，與運動的地球保持一致，同時建立了我們現在所認為的牛頓科學的核心。這部著作還提供了一個易於使用的方法，可以用來研究牛頓世界觀，也就是一個新的觀點拼圖，一個可以替代亞里士多德世界觀的觀點拼圖。
新科學
當時出現的新科學是許多人經過幾十年不斷努力的結果。正如前面提到過的，這個新科學隨著牛頓著作的出現而最終成型。正因如此，我們將主要研究一下牛頓科學，儘管我們不應該忘記牛頓的研究也得益於其他科學家的努力。（同樣值得一提的是，在戈特弗裡德·萊布尼茨（1646—1716）創立微積分學的同時，牛頓也獨立創立了微積分學。微積分學是牛頓科學發展過程中的一個重要數學工具，直到今天，也仍然是應用最為廣泛的數學工具之一。）通常認為牛頓科學由運動三大定律和萬有引力定律組成。當然，在這600頁中，牛頓並不只是提出了一系列運動定律和萬有引力概念。
運動三大定律
牛頓第一定律是我們現在通常所說的慣性定律。任何物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態。慣性定律的多種前身在16世紀得到了廣泛探討，在17世紀早期，伽利略對運動的物體進行了一系列研究，幾乎正確總結出了慣性的核心概念，但還是差了那麼一點兒。到了17世紀中葉，笛卡爾對慣性進行了準確的總結表述，牛頓的運動第一定律從很大程度上說是借鑑了笛卡爾的表述。
牛頓運動第二定律的表述是，物體運動的改變與其所受作用力成正比，而且與其所受作用力的方向成一條直線。這條定律通常被歸納為F=ma，也就是物體所受作用力等於質量乘以加速度。
牛頓運動第三定律的表述是，對任何作用力，總會存在一個方向相反、大小相等的反作用力。
萬有引力
萬有引力通常都被表述為任意兩個物體之間的相互吸引力。更具體地說，兩個物體之間的萬有引力作用與物體的質量成正比例。同時，萬有引力作用與兩個物體之間距離的平方成反比例。相較於在開篇即得到了完整、簡明表述的運動定律，萬有引力概念的提煉和描述則有所不同，是一個逐漸展開的過程。
牛頓用“重力”指代把物體往地球方向吸引的作用力，很明顯，這裡所使用的這個術語，其含義並不是“萬有引力”。牛頓表明地球的重力作用肯定至少影響了月球，而且是月球軌道形成的原因。同時，牛頓還表明，不管其他行星的衛星（如木星的衛星）是在什麼作用力的作用下保持在其自身軌道上執行，那個作用力一定與地球的重力特點相同（也就是，這個吸引力與物體的質量成正比，與物體之間距離的平方成反比）。牛頓還表明，使行星始終沿其軌道圍繞太陽運轉的作用力一定也與地球的重力特點相同。此時，也就是在《原理》第三卷的命題七中，牛頓一切準備就緒，提煉出了重力的概念：重力普遍存在於一切物體中。那麼在這裡，我們最終得到了一個完整的“萬有引力”概念。
牛頓世界觀概述
值得注意的是，亞里士多德世界觀拼圖中的大多數拼板，不只是科學相關的拼板，也包括哲學性/概念性拼板，都不能與這個新科學相適應。換句話說，我們需要一系列新的哲學性/概念性拼板來與牛頓所提供的與科學有關的拼板進行組合。
此時宇宙已開始被看作是更像一臺機器。在一臺機器中，不同的零件之間彼此推拉，而各種零件之所以會有如此表現，原因正是其他零件所施加的作用力，同樣地，宇宙中的物體也開始被認為是在其他物體的推拉和外界作用力的影響下而形成其運轉模式了。這個機器的比喻在新世界觀中佔了主導地位。簡言之，新科學不再需要上帝來使宇宙運轉。
有趣的是，在堅持“國王有神聖權利”信條的最後一代君主之中，有一位是英國國王查理一世。直到17世紀40年代，自己被推翻、審判並處決時，查理一世國王仍然在維護這個並不能讓人信服的信條。西方世界近代史上主要的政治革命，也就是發生在17世紀40年代的英國革命，以及隨後發生的美國和法國革命，其過程中都以個人權利為重點訴求，這些革命都發生在亞里士多德世界觀被摒棄以後，很可能這並不是巧合。
總的來說，在亞里士多德世界觀中，宇宙是一個比較小而舒適的空間，同時，地球在宇宙的中心。宇宙充滿了天然目標和目的，因此這是一個目的論、本質論的宇宙觀。這個宇宙觀也延伸到了人的身上，每個人在自己所處的整體環境中都有一個天然位置，就像物體在宇宙中都有各自的天然位置。而且，在日常生活中，需要有上帝或與上帝類似的存在來使宇宙保持運動。
哲學思考：對待牛頓重力概念的工具主義和現實主義態度
具體來說，我想花點時間來探討，為什麼重力概念從某個特定角度來看是個奇特的概念。之所以認為我在讓你做一件不可能的事情，是基於一個已經成為常識的判斷，這個判斷的起源至少可以追溯到古希臘。這個判斷說的是，一個物體（比如你）不可能在不存在任何形式的聯絡或交流的情況下對另一個物體（比如鋼筆）產生影響。用通俗的話來說，這個判斷通常都被總結為，“超距作用”不可能存在。
也就是說，人們通常用一種現實主義態度來看待重力，認為重力真實存在，而這在很大程度上解釋了我們日常生活中所觀察到的大部分現象。
我懷疑我們大多數人都用現實主義態度看待重力，主要是因為從我們很小的時候就開始被灌輸重力的概念，因此不容易注意到重力，或者說至少用現實主義態度來看待的重力，具有某些其實相當奇怪的特點。
萊布尼茨攻擊牛頓在科學中引入了“超自然”的力，而萊布尼茨這種觀點恰恰是基於重力似乎涉及某種神秘超距作用的問題。
這個問題的一個解決方案就是用工具主義態度來看待重力，而且實際上，牛頓本人通常都聲稱自己是用工具主義態度來看待重力的。
牛頓確實始終希望對重力給出一個現實主義的描述，與他在《原理》中給出的數學計算保持一致，並且從某個意義上說，這個描述僅涉及數學計算而沒有超距作用。
哲學家一直樂於對科學定律和自然規律進行區分，在過去50年中尤為如此。
我們通常所認為的科學定律，比如開普勒行星運動定律、牛頓運動定律和萬有引力定律等，通常都只是近似地描述了物體的運轉模式
粗略地說，通常都將自然規律定義為“負責宇宙運轉的宇宙基本特點”，而將科學定律看作是近似地反映了這些自然規律的定律。
與科學定律相關的特點
一條科學定律反映了宇宙某個基礎且無例外的方面，也就是說，科學定律反映的是事物應當具有的運轉模式，而不僅僅是事物的某個偶然行為。
開普勒行星運動第二定律，這一定律通常也被稱為“等面積”定律
然而，通常認為像開普勒第二定律這樣的一個表述所描述的是行星一直會遵循的運轉模式，而不僅僅是行星通常如何運轉，而這正是科學定律的一個特點，也就是它們反映了無例外的規律性。目前，讓我們暫時記下這個觀點，也就是反映無例外的規律性似乎是科學定律的一個關鍵特點。
通常與科學定律聯絡在一起的另一個關鍵特點是，我們認為科學定律反映了世界的客觀特點。我在這裡所使用的“客觀”，其關鍵點是某個東西是否依賴於人類。更具體地說，我們通常認為如果即使人類不存在，某個東西也可以存在，那麼這個東西就是客觀的，如果情況相反，那麼我們通常就認為它不是客觀的。我必須指出這不僅是“客觀”這個詞的意思，也是我在這裡所要使用的這個術語的意思。
無例外的規律性
首先，我們要看到不存在意外情況的規律性隨處可見，不過其中大多數都是我們並沒想作為潛在科學定律的。潛在科學定律的無例外的規律性與不是潛在科學定律的無例外的規律性之間有什麼區別？
對於這個問題，有一個相當常見的答案，儘管這個答案本身也會帶來一些難以解決的命題。這個答案所涉及的是我們通常所說的“反事實條件句”，或者也可以叫“反事實”。需要指出的是，反事實除了在這裡的討論中發揮作用，在其他討論中，包括科學的和非科學的，也都會發揮作用。
反事實
反事實是日常語言與思維的一個常見特點。
在區分我們通常認為是潛在科學定律的無例外的規律性與通常認為不能作為潛在科學定律的無例外的規律性時，反事實通常被當作是一個關鍵因素。
通常認為，可以作為潛在科學定律的無例外的規律性與不能作為潛在科學定律的無例外的規律性之間，關鍵的一個區別就是前者即使面對多種反事實條件仍然可以保持為真，而後者則無法做到這一點。
利用反事實條件是否足以區分兩種規律性了？很不幸，並不是這麼簡單。具體來說，利用反事實條件可以對這兩種規律性進行區分，但同時也產生了問題嚴重的命題。這些命題涉及兩個方面，其中一個與語境依賴性有關，另一個與通常所說的“其他條件不變句”有關。
1。 語境依賴性如果對科學定律進行描述需要反事實條件，而反事實條件又是依賴於語境的，那麼反事實條件是依賴於人的（或者更準確地說，反事實條件的真假是依賴於人的）。因此，反事實條件的使用破壞了科學定律的表面客觀性。
2。 其他條件不變句 認為科學定律反映了無例外的規律性，還導致了另一個基礎性命題。嚴格來說，開普勒第二定律所反映的並不是有關行星軌道的無例外的規律性。比如其他行星的撞擊，使得行星沒有按既定的軌道運轉，這樣的事件似乎使科學定律不能再適用於其本該適用的情形，而且可能在所有涉及科學定律的情形中都會存在此類事件。或者換句話說，很有可能並沒有任何一條科學定律能夠被直接而嚴格地遵循。為了儘量避免這一問題，通常的做法是引入通常所說的“其他條件不變句”
毫無懸念，這個解釋也引發了新的問題，我將討論其中兩個。首先，你可能已經注意到，對其他條件不變句的討論與前面對反事實條件的討論之間是存在聯絡的。兩個討論確實相互關聯。當我們認為開普勒第二定律是一個伴隨著其他條件不變句的定律時，就相當於說（同樣以前面提到過的木星為例），這個定律所說的就是木星在沒有受到其他外力影響的情況下，就將按照開普勒第二定律描述的軌道運轉。然而，我們從一開始就知道木星實際上是受到各種外力影響的。因此，前面這個描述就把自己變成了一個反事實條件，因而也具有我們在前面討論過的反事實條件的各種問題。
除此之外，請注意，一一列舉所有可能的其他條件不變句也是不可能的，因為存在太多可能性。
相似性的概念與人類利益緊密聯絡。如果界定科學定律的特點需要使用其他條件不變句，而使用這類句子又依賴於相似性概念，相似性概念本身又取決於人類的判斷，那麼我們對科學定律的界定似乎又不符合“科學定律具有客觀性”的概念了。
總結
從多個角度來看，有一個模式儘管肯定不是一個無例外的規律性，但確實反覆出現，那就是，每當我們深入到一個看似相對直接明確的科學命題或概念中時，我們很快就會遇到難以解決且令人困惑的問題。
1700～1900年牛頓世界觀的發展
1700～1900年牛頓世界觀的發展
在17世紀以後的幾個世紀裡，牛頓世界觀得到了發展和修正，但儘管如此，這個世界觀的核心元素仍然保持不變。
對科學主要分支發展的評述，1700～1900年
我們的第一個任務將是對科學的某些主要分支進行簡要評述，並探討這些科學主要分支在1700～1900年之間是如何發展的，這些評述將有助於說明科學的不同分支是如何“牛頓化的”，也就是，它們在範圍廣闊的牛頓科學體系中是如何發展的。
現代化學的起源通常追溯到18世紀晚期，以安東尼·拉瓦錫（1743—1794）的研究為標誌。
化學的定性研究方法在18世紀晚期發生了巨大變化。安東尼·拉瓦錫開始以天平作為主要實驗工具來進行大量化學研究。透過這種做法，拉瓦錫提出了新的觀點，這些觀點的解釋和預言能力要優於當時現有理論，很快，他的定量研究方法就開始成為化學研究的主流。
約翰·道爾頓（1766—1844）構建了他的原子理論，這是一個基本都在牛頓科學體系內的理論。道爾頓認為理解氣體運動模式最好的方法是把它們看作是粒子因互斥力而相互作用的結果。請注意這種研究方法與牛頓研究方法之間的相似之處。比如，牛頓認為行星的運動是天體受外力影響的結果。類似地，道爾頓認為氣體的運動從根本上說，所涉及的就是物體和作用於物體上的力。
不管是化學還是物理學，它們所研究的世界基本上都被構建為一個可用牛頓科學體系來探究的世界，也就是在這個世界中，物體都受到外力影響，而這些外力都可以透過數學法則來精確描述。
生物學是一門範圍頗廣的學科，值得注意的是，生物學中很多非常重要的著作都完成於16世紀和17世紀。但是，直到18世紀和19世紀，“生物現象並沒有脫離牛頓宇宙觀”的認識才變得清晰起來
活力論者的觀點是，有生命的物質和無生命的物質是不同的，因此適用於無生命物體的規律（比如牛頓定律）並不一定也適用於有生命的物體。從18世紀開始，一直延續到19世紀和20世紀，生物學領域內的研究都清楚地表明，活力論者的觀點是錯誤的。
對神經的研究，包括對神經纖維的解剖研究，以及對運動神經元和感覺神經元之間區別的認識，可以至少追溯到公元前500年。
在18世紀晚期，路易吉·伽伐尼（1737—1798）進行了一系列實驗，實驗結果表明電流會使青蛙腿部肌肉收縮。不久以後，亞歷山德羅·伏特（1745—1827）延續了伽伐尼的研究工作，並有所擴充套件。隨著伽伐尼和伏特（還有其他許多人）研究的深入，“神經傳導是一種電學現象”的觀點很快就建立起來了，這與過去關於“神經是維持生命所需的液體或生命力的通路或管道”的觀點相比相當不同。
然而，1828年，弗里德里希·維勒（1800—1882）成功用一種非有機化合物合成了尿素，也就是一種很明確的有機化合物。
在1700～1900年間，生物學領域內出現的主要發展的例子說明了人們是如何逐漸認識到生物現象與非生物現象實際上並無差異的。儘管甚至到了20世紀初期，仍然有一小部分人堅持為活力論辯護，但此時，已經很明顯的是，機械論觀點才是正確的。
總的來說，到20世紀初，生物、化學和物理出現了融合，並開始被視為是在不同層面對同一個處於牛頓科學體系內的世界所進行的研究。
電磁理論
對與電和磁相關現象的研究，至少從古希臘時期就已經出現了。
在18世紀中期，本傑明·富蘭克林（1706—1790）證明了閃電是一種電學現象，同時還證明了電學現象和磁現象之間存在一系列有趣的聯絡。然後，在18世紀晚期和19世紀初期，研究人員，包括查爾斯·庫侖（1736—1806）和邁克爾·法拉第（1791—1867），當然還有其他很多人，讓我們對電和磁的認識發生了重要飛躍。舉個例子，庫倫發現磁和電的斥力和引力遵循平方反比的規律，也就是說兩個物體之間的電引力/斥力或磁引力/斥力與兩個物體之間距離的平方成反比。
值得注意的是，庫倫定律平方反比的性質與牛頓重力概念的平方反比性質相當類似。
從理論角度來看，法拉第最具影響力的觀點是“電力、磁力和光可能是同一個根本源頭的不同側面”，很快得到了發展，成了由詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（1831—1879）在19世紀中期提出的電磁理論。
在這段時期，這些領域都出現了超乎尋常的發展，許多現象過去都曾經被認為是獨特的，而且要用定性的方法進行研究，此時卻逐漸統一了起來，而且都可以用牛頓科學體系中的基礎數學定量方法來進行研究。
概括評述
1900年，有一種感覺是我們已經幾乎完全瞭解了自然，只剩下幾個相當無足輕重的問題還有待解決。接下來，讓我們對其中幾個問題進行一下探討。
幾塊小烏雲
英國著名物理學家之一開爾文爵士在1900年發表了一段經常被引用的談話，在談話中他指出，在現代科學本應晴朗的天空裡，現在只有幾塊“小烏雲”了。開爾文所指的“小烏雲”中，有兩塊比較重要，分別是邁克爾遜-莫雷實驗結果和對黑體輻射理解上的某些問題。
事實上，對邁克爾遜-莫雷實驗結果的理解有賴於愛因斯坦相對論的確立，而對與黑體輻射相關命題的理解，以及對下面要討論的其他命題的理解，都有賴於量子理論的創立。
邁克爾遜-莫雷實驗
邁克爾遜-莫雷實驗涉及光速和光傳播的方式。阿爾伯特·邁克爾遜（1852—1931）和愛德華·莫雷（1838—1923）進行了大量有關這些命題的實驗，最重要的幾個發生於19世紀80年代末期。
德沙內爾所著的《自然哲學》
在“科學”這個單詞成為標準之前，“自然哲學”就用來指代我們所說的科學。順帶提一下，德沙內爾的書出版於邁克爾遜-莫雷實驗之前，後來，這個實驗給書中牛頓科學體系內關於光傳播的觀點帶來了大量問題。
跟聲音一樣，光被認為是來源於震動的；但是，跟聲音一樣，它也不需要空氣或其他有形物質的存在來使其震動從源頭傳播到周邊。……似乎需要假設存在一種遠比普通物質更為稀薄的介質……【這種介質】可以用遠遠超過聲速的速度來傳播震動。……這種假設存在的介質被稱為“以太”。（德沙內爾，1885， p。 947）
邁克爾遜-莫雷實驗的目的是找出更多直接證據來證明以太的存在。
然而，與大家所預期的相反，兩道光總是在相同時間點回到光源處。這個結果非常出人意料，在這種情況下，應該反覆進行這個實驗，不斷驗證。事實也正是如此。但是每次實驗結果都相同，也就是兩道光總是同時回到光源處。
黑體輻射
“黑體”是物理學裡的一個技術術語，指的是一個理想化的物體，可以吸收所有指向它的電磁輻射。舉個例子，光是電磁輻射的一種形式，所以，如果我們向一個黑體投射光線，黑體將吸收所有光線，因而表現出黑暗的性質（因此才被稱為“黑體”）
然而，實際觀察到的輻射模式與根據牛頓科學體系預言的輻射模式卻有顯著差異。簡單來說，情形是這樣的：當僅觀察波長較長的輻射時，所觀察到的輻射模式與預言的模式十分相近。但是，到了短波時，觀察到的輻射模式則與預言模式大相徑庭。（順帶提一下，這些有問題的短波位於電磁波譜的紫外線一端，因此這個問題有時被稱為“紫外災難”。）
其他問題
在20世紀開始的時候，物理學家意識到某些元素受熱後發出的光都有出人意料的模式。
受熱元素所發出光線具有特定波長模式，以及這些光僅由特定波長的光線組成
根據牛頓科學體系的觀點，元素髮出的光應該是由大量連續波長的光線組成，而不是僅由幾種離散波長的光線組成。因此，我們又遇到了一個關於牛頓科學體系的不證實證據，儘管在當時，這看起來同樣是相對不重要的問題，然而，這個問題後來也被證明只能靠量子理論來解決。
陰極射線實際上是一個電子束
現在人們認為X射線是一種電磁輻射，與可見光相似，但波長更短。
放射性也是在這一時期被發現的，相關研究中包括瑪麗·居里（1867—1935）和皮埃爾·居里（1859—1906）的研究和重要發現。（瑪麗·居里是第一位獲得諾貝爾科學領域獎項的女性，同時也是第一位兩次獲得諾貝爾獎的人。）同樣，放射性元素的性質也被證明令人困惑。
結語
1700～1900年間，出現了大量科學研究成果，它們都融入了17世紀的科學家們所提出的架構體系，其中最值得注意的就是牛頓提出的科學體系。新研究成果的融入，使這些架構體系看起來前景無限。所有內容似乎都完美地拼合在一起，結果就是得到了牛頓體系的宇宙觀，它看起來幾乎可以解釋一切，或至少人們希望如此。