本書所討論的科學革命，是對所有科學知識均有影響的革命，從這一點講，它既不同於本書所討論的別的革命，也不同於大部分科學史著作中所討論的革命。它使科學的基礎發生了徹底的變化，使實驗和觀察受到了重視；它提倡一種新的數學理論的理想，強調預見的重要性，並且大力宣揚：將來所做出的發現不僅能使有關我們自己和我們這個世界的知識向前發展，而且還能增加我們對自然作用的控制範圍。與之相伴而來的，還有一場組織機構中的革命。對如此大範圍的思想革命和機構革命的認識，自然而然地會致使科學史家和其他對歷史感興趣的學者們去探討：是否還有過（或還將有）其他此類的科學革命？
科學機構中的革命
我們在第5章中瞭解到，科學革命的一個重要的革命特徵，就是科學共同體的興起，各種科學組織和機構的建立就是一個例子。在19世紀初的幾十年中，那些歷史悠久的科學組織和機構——皇家學會。巴黎科學院，以及它們在柏林、斯德哥爾摩、聖彼得堡和其他地方的那些小兄弟們———已經無法再容納大量增加的富有活力的科學家了。於是，產生了許許多多地方的科學組織和專業的科學雜誌，如法國的《物理學雜誌》，英國為物理學界出版的《哲學雜誌》等。隨著科學家和科學事業擁護者人數的激增，專業的科學組織如英國地質家協會出現了。羅傑·哈恩（1971，275）把科學專業人員和支持他們的各種機構的數量的巨增描述為「19世紀初的『第二次』科學革命。」
英國科學促進會始建於1831年，在法國、美國、德國等等國家也都有與它相應的組織。它的成員人數不限，甚至可以說，它是一個網羅人才的組織。通過與地方團體一起工作，每年在一個城市舉行一次會議，以便最終使全國都能成為科學運動的成員，這些機構推動了「科學促進」活動的開展。在它的會議上，英國科學促進會這一標準組織被分成幾個科學組（數學組，物理組，化學組，天文組，等等），每年出版的會議記錄也是如此。當然，會議期間總有少量的綜合性發言和重要的講演，甚至還有一些可能使較大範圍的聽眾們都感興趣的會議。關於後者，最著名的例子就是BAAS（英國科學促進會的縮寫——譯者）1860年的牛津會議，在這次會議上，威爾伯福斯主教與托馬斯·亨利·赫肯黎就達爾文進化論發生了爭論。
我認為，可以舉出一個很好的事例來說明在19世紀末和20世紀初的幾十年間所發生的第三次科學革命。這次革命也有許多是機構方面的革命。首先，在這段時間中，大學確實成了大規模的研究和高等教育的中心，這是過去100多年左右的時間中形成的模式。自學成才的科學家——如法拉第和達爾文這樣的非專業學者——逐漸被這樣一些科學家所代替：這些人有專業知識，受過先進的科學訓練，而且都拿到了學位文憑（文學碩士，哲學博士，科學博士，等等）。像約翰斯·霍普金斯這樣的新型大學，是為了專門贊助研究生的學習和研究而創辦的，那些老的大學則設有研究機構。有關後者的例子當首推劍橋大學的卡文迪什實驗室；另外還有芝加哥的耶基斯天文臺，以及哈佛的比較動物學博物館等。許多這樣的研究部門與大學並無直接關係，例如：科爾德斯普林港遺傳學實驗室，華盛頓的卡內基協會，以及美國的洛克菲勒研究所，法國的巴斯德研究所，以及德國的凱澤·威廉協會，能斯特、普朗克以及愛因斯坦都曾在這裡工作過。
第三次科學革命所處的時代，正是各種科學的研究、管理機構有控制地建立和擴大的時期。不過，最重要的也許是，這一時期出現了工業實驗室和以開發新產品為目的的科學研究的成果大規模的應用，以及對現有產品製造業進行的改造和各種標準的建立。第一個從科學與技術的合作中產生出令人歎為觀止的經濟效益和社會效益的產業，就是顏料化學。19世紀後期，德國顏料化學革命最有意義的一個方面，就是大學、產業部門以及政府為了研製有實際效益的最終產品一起動腦筋、想辦法。以科學為基礎、需要不同的研究機構通力合作的技術進步，成了我們這個社會與生俱有的一個特徵。
提到管理，就會使我們直接轉向我認為可以算是第四次科學革命的這個話題，這次革命是在第二次世界大戰以來的若干年中發生的。這次革命有兩個重要的機構方面的特徵，那就是，政府的巨額（如美國在20世紀60年代占國民生產總值百分之三的）支出和有組織的研究。第四次科學革命的這兩個特徵，大概都可以追溯到第二次世界大戰時期原子彈的發明和生產方面的巨大開銷（同時還有成本略小但生產規模很大的設備如雷達、近爆引信方面的開銷），以及各種抗菌素的開發和生產方面的巨大開銷。今天，在科學的某些分支中（最顯著的是高能物理和空間研究），知識狀況與政府願在某個科研項目上花費的資金的數額直接聯繫在一起。在19世紀，達爾文在倫敦郊區的達溫宅居住了幾十年，在那裡獨自進行研究和思考，偶爾做些開銷很少但很有意義的實驗；然而這種情況，就像所謂火星人做的科學研究那樣，對今天的科學家而言是十分陌生和不可思議的。這種差別在於，今天科學家們的絕大部分時間和精力根本不是用在進行直接的研究上，而是用在制定轉讓計劃，查閱別的科學家所寫的科學論著和轉讓計劃，撰寫情況報告，出席委員會的會議，到外地或國外去參加正式的和非正式的會議和研討會，以及其他的科學方面的大會等。
第三次科學革命所處的時期，各種專業化的科學學會宛如雨後春筍，相繼出現，其中不僅有美國物理學會、美國化學學會這樣的學術組織，而且還有學科內的一些專業團體，例如，美國光學學會，美國流變學學會，以及植物生理學家協會等。這些組織為綜合性的科學雜誌（《物理學評論》，《現代物理學評論》）和各種專業的出版物提供了資助。第四次科學革命是以更新的科學交流形式作為標誌的。這些新的形式包括，大規模分發用複印機複製的出版前的非正式樣本，有時甚至是雜誌同意利用之前的文章，以及出版一些短論（與其很有權威性的老前輩《物理學評論》相比，《物理學評論信札》能遠為迅速地發表這方面的交流）。在從事相同或不同項目的研究工作者之間，能順利發揮作用的交流網絡，即老德裡克·德前拉諾賴斯稱之為無形學院的那種團體，也應運而生了。鑒於今天對「大科學」的財政支持有著十分重要的意義，在政府內新成立了（或改造了）一些機構，以便負責政府的研究基金的組織。估價和分配。在美國，除了專門設立的國家科學基金會，國家健康研究所之外，還有陸、海、空三軍中的撥款機構，如國家航空和宇宙航行局和原子能委員會等。
科學中的觀念革命
到目前為止，對四次科學革命幾乎全是從其機構特徵方面來描述的。然而，在這四次革命發生的同時，或多或少地總是伴隨著一些科學思想方面的變化。科學革命把實驗和觀察確立為我們認識自然的基礎，並且表明，數學的發展是解決科學問題的關鍵，數學是表述科學的最高形式。隨著牛頓《原理》的出版，革命到達了頂點，這本書的全名表達了哥白尼、伽利略、開普勒以及其他學者的目的：展示出「自然哲學的數學原理」。在此以後的一個半世紀中，把自然狀態數學化的工作持續進行著，而且在理論力學和天文學領域最為成功；但是，18世紀偉大的化學革命卻不是以牛頓的數學模式為終結的。奧古斯坦·菲涅耳在19世紀20年代發展的光的波動理論，成了此種意義上的牛頓物理學的另一個領域。牛頓模式，可謂第一次科學革命的頂峰，但是顯然，它並不能簡單地挪用到其他的科學分支當中。
在對這一課題透徹的討論中，T．S．庫恩（1977，220）使我們注意到了「許多物理科學部門研究工作特點的一個重要的變化」，這一變化出現在1800年到1850年之間的某個時期，「特別是在一些被當作物理學的那些領域的一系列研究中。」庫恩說，「培根式物理科學的數學化」這一變化，是「第二次科學革命的一個方面。」庫恩著重指出了這一事實，即「數學化」只是第二次科學革命的「一個方面」：「19世紀上半葉也證明了科學事業在規模上的巨大增長、科學組織形式上的重要變化以及科學教育的全面建設。」庫恩非常正確地強調了「這些變化幾乎以同一方式影響了所有的科學」這一事實。因此，要「解釋19世紀新近數學化的科學有別於同一時期其他科學的特點」，還要考慮一些別的因素。
伊恩·哈金（1983，493）用一種引人注目的方式把庫恩暗示的思想革命和機構變化等想法做了推廣。哈金認為，這場科學革命和庫恩所謂的第二次科學革命都是「大革命」，他提出了一種「初級的以經驗為據的規則」，即每一場大革命必定都伴隨有「一種集中體現新趨向的新的機構。」按照這種分析來看，第二次科學革命不僅包括庫恩所說的培根科學的數學化，而且還包括作為新的生物學的達爾文自然史學說的出現。達爾文生物學在體系和思想方面獨闢蹊徑。它大量地吸收了那些非科學工作者為非科學目的所收集的信息，亦即動植物的飼養者和培植者的記錄和經驗，而且，它實質上創立了一門非牛頓式的科學。這是現代第一個重要的科學理論，它的產生雖事出有因，但並無前兆。儘管生物學者和博物學家渴望有他們自己的牛頓，但是事實卻是，當他們的「牛頓」查爾斯·羅伯特·達爾文出現時，他的理論並沒有《原理》所說的科學的基本特徵。達爾文指出，並非所有科學進步的方式一定都具有牛頓模式的數學特點，科學中的偉大進步也有可能是以非數學的培根方式進行的。此外，我認為，1859年《物種起源》出版後的討論形式，是社會大規模地參與科學的一個方面，這種情況，是英國科學促進會秩序井然的機構的一個特徵。
第三、第四次科學革命是否也伴隨有科學思想方面的變化呢？這類變化是否也是這兩次革命的特徵呢？這是一個很難回答的問題。第三次科學革命的涉及面很廣，包括三次偉大的物理學革命（麥克斯韋革命，偉大的相對論革命和量子力學革命〕，數次化學革命，以及生命科學中的革命等，生命科學中最有意義的革命大概就是遺傳科學的創立了。如果我必須選出一種唯一的特徵，它適用於表徵麥克斯韋（雖然並非恰好適用於他具有革命性的場論）、愛因斯坦（但不適用於相對論革命）以及量子力學和遺傳學等的貢獻，那麼，這種特徵就是概率的引入。從這個意義上講，正像第一次科學革命完全是受簡單的牛頓式—一對應的物理事件的因果關係支配的那樣，第三次科學革命處於這樣一個時期：許多科學領域（包括社會科學領域）都引入了一組組理論和解釋，這些理論是以概率論而不是以簡單的因果關係為基礎的。
對於第四次科學革命而言，很難想像得出也有這麼一個唯一的可以成為其思想標誌的特徵。不過，有一個事實具有重要意義，那就是，生物學中有相當一部分（儘管不是全部）可以被看作簡直就是應用物理學和化學的一個分支。同時，在物理學領域中，最具有革命性的總的思想特徵，大概就是拋棄了這樣一種幻想：有一個純基本粒子的世界，在這些粒子之間只存在電的相互作用。
過分強調科學中四次機構革命和四次觀念革命的同時性是很危險的，儘管如此，希望有朝一日能辨明思想內容的變化與科學作風的變化之間以及科學研究機構的變化與從事科學事業的方式的變化之間的某種因果關係，這種想法依然是很有吸引力的。
歷史學家對其他偉大的科學革命的看法
據我所知，「第二次科學革命」這個術語，是由T．S．庫恩引入科學史文獻中的。1961年，庫恩在《愛希斯》雜誌上發表了一篇論述測量在物理學中的作用的論文，在文中他使用了這個術語。庫恩的這篇文章（1977，178ff）原是遞交給美國學會聯合會測量問題學術報告會的一篇論文。其他作者也許已經在庫恩之前在不同的意義上提到過第二次科學革命；但我可以斷定，正是經過庫恩的討論，這個術語才正式地進入了有關科學史、科學哲學和科學社會學的論述之中。
羅傑·哈恩關於第二次革命的思想提出得較早，但它與庫恩的思想截然不同。哈恩的觀點見於他那部著名的研究巴黎科學院的著作（1971，275ff．），在他看來，第二次科學革命，是「一場關鍵性的社會變革，它使科學進入了更為成熟的階段，而且，像17世紀的第一次革命一樣，它超出了國界。」在描述中，哈恩並沒有討論第二次科學革命期間科學的實際發展，他把注意力集中在作為這種革命特徵的機構的變化上即：「一般性的學術社團的衰亡和更為專業化的機構的興起」以及「各不相關的科學學科的專業標準的同時建立。」伴隨著第二次科學革命的是各種大學和研究機構的出現，尤其是「高等學府中」「專業科學」研究的出現。這個時代就是這樣，「專業化的實驗室」逐漸取代了「問世紀以來在這一舞台上佔統治地位的各種學會。」
哈恩特別讓我們注意這一點，即科學共同體規模極大地擴充，這一規模因素本身，「迫使機構發生了分化。」他發現，專業化的生產和發展，是各門科學中「學術問題日益專門化」的必然結果，同時，也是」每一科目特有的實驗要求的產物。」最後，哈恩還要把專門化的興起與「科學和科學的直接應用之間差距的不斷縮小」連在一起，這種縮小因素，使得「（相對於專門科學而言的）一般性科學的作用，在要求專門技術的情況下，趨於減小。」哈恩看到教育方面出現了一個嚴重的問題；為了有效地發揮其作用，一個「受過全面教育的工程師或醫生」就需要盡可能使知識的專業化達到最高程度，這樣一來，「也就不可能同時期望對老的綜合性科學亦即自然哲學有深刻的瞭解。」
另一位對其他的科學革命進行過探索的是史學家休·卡尼（1964，151-155）。他暗示說，古代中國和由希臘的「科學活動」「也許可以不無公正地被看作是場革命」，而且，自牛頓時代以來，「還發生過別的科學革命。」他發現，在19世紀末20世紀初曾經發生過一次與哥白尼革命、伽利略革命以及牛頓革命等相類似的偉大革命：「這場科學革命的伽利略，是蘇格蘭人克拉克·麥克斯韋，它的帕多瓦（Padua）「是劍橋大學的卡文迪什實驗室，它的開普勒則是愛因斯坦。提到這場革命，人們還會聯想到另外一些人，如瑞利勳爵，）盧瑟福，玻爾，薛定諤以及海森伯等、」在這段論述中，卡尼的以下陳述非常有意思：「無論你對第一次科學革命中大學的重要性持什麼觀點，第二次革命中大學的傑出作用看起來是毋庸置疑的。」他還指出，「政府對科學的贊助與第二次科學革命的關係也值得我們注意。」最後，在書的「跋」中他提出了這樣一種見解，「在19世紀中還發生過第三次科學革命，其特點與法拉第和克拉克·麥克斯韋的領域中所發生的革命毫無共同之處。」對此他作了如下的解釋：「19世紀還經歷了一場同樣徹底的時間探討方面的革命……首先是地球的年齡，其次是人類的年齡，再次是宇宙的年齡，這些最終都被看作是歷史探討的新的範疇。在對宇宙探討方面的這場方式獨特的革命，像17世紀的數學革命一樣，有著深遠的意義。」但是，與卡尼的第二次革命不同，這第三次科學革命並不包括專業機構的革新。而且，在他的介紹中也不包含偉大的達爾文革命，他的介紹只限於物理學領域。不過，他確實提出了一個非常重要的論題，亦即，到了「2O世紀中葉」，史學家不再認為，「哥白尼、伽利略和牛頓等人的成果」「能構成一場獨特的人類歷史上前所未有的科學革命。」
在埃弗雷特·門德爾松論述「19世紀科學的來龍去脈」的一篇文章中（瓊斯1966），也有對第二次科學革命的陳述。在這部分陳述中，門德爾松強調了「19世紀科學的社會結構中」的變化，他把注意力集中在新的雜誌、新的科學協會和這樣兩種組織的發展上：一種是基礎廣泛的科學組織如不列顛協會，另一種是新興的致力於對科學特定的分支學科進行專門研究的組織。談到「在其中進行科學實踐的社會機構中的那些變化」時，他認為，也許可以把它們稱之為「第二次科學革命」。對他來講，這場革命可稱作是典型的科學工作者所具特徵方面的根本性改變。門德爾松指出，在17－18世紀，科學家們大都是業餘愛好者。也就是說，他們並非依靠科學實踐來謀生，他們或者是一些富有的無需為生計操勞的人，或者是在一些完全不同的行業（如醫療、商業貿易、船舶建造等等）中謀生的人。到了19世紀，科學家們逐漸開始從中層甚至中下層的社會中產生，因而，「在科學本身的實踐過程中，19世紀的科學家們不得不為他們所從事的科學活動尋求支持。」這種變化中的一個明顯的特徵就是，科學共同體要「考慮其成員的職業需要」，結果，「在尋找對科學家的認可和支持上花費了大量的時間。」
歷史學家斯蒂芬·布拉什（1982）也對兩次科學革命提出了他自己的看法。他認為，第一次科學革命「發生在1500-1800年之間，它是哥白尼、伽利略、牛頓和拉瓦錫等人研究工作的產物；」第二次革命發生在1800-1950年之間，它是「由道爾頓、達爾文、愛因斯坦、玻爾、弗洛伊德以及其他許多人引起的。」他斷言，「我們的文明世界只遇到過兩次全面的具有如此重大意義的革命。」我認為，布拉什所說的第二次科學革命，是人們業已指出的有史以來所發生的各種革命中持續時間的長度居第二位的革命；它恰好是歷時最長的此類革命的一半，最長的革命，即魯帕特·霍爾首先指出的那場從1500年到1800年綿延了300年的事件。就像他能洞察到哥白尼贊同地壓體系和愛因斯坦贊同狹義相對論有著相似的理由一樣，布拉什把達爾文和達爾文主義與20世紀的「物理學革命」相比較也給人帶來了煩惱。不過，考慮這些問題以及布拉什對未來可能的第三次科學革命的總結性評論，也許會使我們離題太遠了。無論如何，在我看來，把1500到1800年間的事情不加區分地混在一起，說它們構成了具有重要意義的單一的科學革命，似乎太過分了。
恩裡克·貝龍寫過一部有關「第二次科學革命的研究」的書，該書的總標題為《論著中的世界》（意大利文版1976；英譯版1980）。很難用幾句話說清楚貝龍所構想的第二次科學革命到底是什麼。在他看來，這場革命起源於18世紀末到19世紀初的幾十年間的某一時期。「逐漸認識到徹底改變機械論式的世界觀的必要性，」是這場革命的一個組成部分。他發現，「要推翻科學上的這種世界觀，其前提」就是要對「各種自然現象」進行一系列的調查研究，這使得人們對「那種把宇宙理解為無始無終的宇宙鐘的信念」產生了懷疑。從「這場革命」中產生了一種「新的世界觀，依據這種世界觀來看，事物不再是按照循環的模式重複出現的，而且也不再受一成不變的規則支配了。」相比之下，這種新的世界是「受一種進化的過程制約的，這種進化過程對有機的和無機的物質形式都會產生影響。」為闡述這種新思想所揭示出的「機械論傳統中的」那些問題和矛盾，人們做出了「不懈的努力」，這些努力「以及它們引起的對科學解釋的思考」，就是「這第二次科學革命」的基礎。
這場革命始於「熱力學、輻射理論、電磁場理論以及統計力學等新的理論的出現。」貝龍發現，所有這些理論有一個共同之處，這就是，它們都「提出了物質結構和物理學定律的真正意義的問題，」並且通過這種方式改變了伽利略-牛頓傳統。儘管這基本上是一場物理學革命，包括「對力學基礎的全面反思，」但19世紀的歷史表明，這種「物理學領域中的新的世界觀」已經「對其他科學，如生物學、化學和幾何學』產生了深遠的影響。
貝龍說，他的「意圖」就是「要證明19世紀經典物理學的革命性，」儘管他堅持認為，這「並非必然會貶低人們通常所說的相對論和量子力學所具有的創新性。」他甚至認為，「我們這個世紀的物理學」應當被看作是「始於18世紀末和19世紀最初十年的那場革命中最棘手的問題的產物。」貝龍得出結論說，「這場第二次科學革命今天仍然在進行著。」
在對貝龍此書的一篇富有洞察力的評論中，』和斯蒂芬·布拉什一開始就對「這場『第二次科學革命」』的定義，提出了他自己的看法——第二次科學革命就是「把量子力學和相對論看作是物理學的基礎，並用它們取代牛頓物理學的那些歷史事件。」大部分科學家和科學史家認為，這些事件是從1887年開始到1927年為止這段時期內的一段時間中發生的（但未必都稱它們是一場「第二次科學革命」，甚至未必稱它們是一場連續的「科學革命」）——在1887年和1927年邁克爾遜-莫雷實驗的結果和海森伯的測不准原理先後發表了。布拉什在描述中把貝龍的解釋與更為常見的分析進行了對比。通常，人們著重考慮的是「機械論的或決定論的世界觀的失敗，以及令人驚訝的實驗結果的激增，這些結果迫使人們放棄古典的空間、時間、物質和能量概念。」然而，正如布拉什指出的那樣，貝龍論證說，「第二次科學革命實際上早在19世紀以前就開始了。」而且，這場革命「並非是機械論的衰落或某一組專門實驗導致的結果，而是作為科學問題和客觀知識本源的數學理論的出現所孕育的產物。」
庫恩和貝龍是依據數學與物理學的關係來認識第二次科學革命的（顯然他們所說的並非是同一場革命），他們絲毫未提具有革命性的機構變化。哈恩則強調指出，機構變化是第二次科學革命的一個重要特徵。門德爾松也強調了第二次科學革命所具有的機構特徵或社會學特徵。卡尼主要關心的是物理學中的變化，但他注意到，在19世紀，不同的民族有著不同的科學傳統，而政府對科學的支持也是因國而異的。只有伊恩·哈金在認識上實現了卓越而大膽的飛躍，他指出了觀念上的第二次科學革命與機構上的第二次科學革命之間的聯繫。
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