科學的世紀

“科學的世紀”是指稱近代科學全面繁榮的19世紀。19世紀科學發展的規模和成熟遠遠超過17世紀的科學革命，熱力學、光學、電磁學、化學、地質學、生物學、人類學等學科都取得了重大的突破，並大都進入到理論綜合的階段，新學說、新理論如雨後春筍，使19世紀成為名副其實的科學世紀。

基本介紹

• 中文名：科學的世紀（十九世紀的科學）
• 分類：自然、電學、光學、天文學等
• 世界科技包括：義大利、法國、英國、德國
• 指代：近代科學全面繁榮的19世紀

理論自然

電磁學理論

光學

熱的本質

物理和化學原子論

天文學

生物進化論

醫學

物理學-電學

1）電磁效應的發現與安培定則

1820年7月21日丹麥物理學家奧斯特觀察到當磁場裡有電流經過附近電線時指南針出現輕微偏差，由此確認電流的磁效應。法國物理學界長期信奉庫侖關於電、磁沒有關係的信條，這個重大發現使他們受到極大的震動，以阿拉果(1786-1853)、安培等為代表的法國物理學家迅速作出反應。八月末阿拉果在瑞士聽到奧斯特成功的訊息，立即趕回法國，九月十一日就向法國科學院報告了奧斯特的實驗細節。安培聽了報告之後，第二天就重複了奧斯特的實驗，並於九月十八月向法國科學院報告了第一篇論文，提出了磁針轉動方、向和電流方向的關係服從右手定則，以後這個定則被命名為安培定則。

安培對電磁學的貢獻最主要的成就是1820～1827年對電磁作用的研究。1820年7月，H.C.奧斯特發表關於電流磁效應的論文後，安培報告了他的實驗結果：通電的線圈與磁鐵相似；9月25日，他報告了兩根載流導線存在相互影響，相同方向的平行電流彼此相吸，相反方向的平行電流彼此相斥；對兩個線圈之間的吸引和排斥也作了討論。通過一系列經典的和簡單的實驗，他認識到磁是由運動的電產生的。他用這一觀點來說明地磁的成因和物質的磁性。他提出分子電流假說：電流從分子的一端流出，通過分子周圍空間由另一端注入；非磁化的分子的電流呈均勻對稱分布，對外不顯示磁性；當受外界磁體或電流影響時，對稱性受到破壞，顯示出巨觀磁性，這時分子就被磁化了。

2）歐姆定律

在同一電路中，通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻阻值成反比，這就是歐姆定律，基本公式是I=U/R。歐姆定律由喬治·西蒙·歐姆提出，為了紀念他對電磁學的貢獻，物理學界將電阻的單位命名為歐姆，以符號Ω表示。

1826年4月歐姆發表論文，把歐姆定律改寫為：x=ksa/ls為導線的橫截面積，K表示電導率，A為導線兩端的電勢差，L為導線的長度，X表示通過L的電流強度。如果用電阻l'=l/ks代入上式，就得到X=a/I'這就是歐姆定律的定量表達式，即電路中的電流強度和電勢差成正而與電阻成反比。為了紀念歐姆對電磁學的貢獻，物理學界將電阻的單位命名為歐姆，以符號Ω表示。1歐姆定義為電位差為1伏特時恰好通過1安培電流的電阻。

從1820年起，喬治·西蒙·歐姆開始研究電磁學。歐姆的研究工作是在十分困難的條件下進行的。他不僅要忙於教學工作，而且圖書資料和儀器都很缺乏，他只能利用業餘時間，自己動手設計和製造儀器來進行有關的實驗。1826年，歐姆發現了電學上的一個重要定律——歐姆定律，這是他最大的貢獻。這個定律在我們今天看來很簡單，然而它的發現過程卻並非如一般人想像的那么簡單。歐姆為此付出了十分艱巨的勞動。在那個年代，人們對電流強度、電壓、電阻等概念都還不大清楚，特別是電阻的概念還沒有，當然也就根本談不上對它們進行精確測量了；況且歐姆本人在他的研究過程中，也幾乎沒有機會跟他那個時代的物理學家進行接觸，他的這一發現是獨立進行的。歐姆獨創地運用庫侖的方法製造了電流扭力秤，用來測量電流強度，引入和定義了電動勢、電流強度和電阻的精確概念。

3）電磁感應定律

17世紀除，現代電和磁現象的鼻祖吉爾伯特在《論磁》中斷定：電和磁是兩種截然不同的現象，18世紀80年代末，庫倫根據電荷可傳導、磁荷不可傳導的事實進一步肯定電和磁是不相同的實體。19世紀處的物理學家如安培等人，也認為電和磁不會有任何聯繫。19世紀20年代，這種“電磁老死不相往來”的陳舊觀念首先被丹麥物理學家奧斯特打破。從此拉開了電磁學大發展的帷幕。

1820年7月21日他發表了題為《關於磁針上電磁碰撞的實驗》的論文，這篇論文簡介地報告了他的實驗，向科學界宣布了電流的磁效應，它揭開了電磁學的序幕，標誌著電磁時代的到來。

完成這一偉業的是法拉第，1831年8月，經過10年的努力，法拉第終於獲得了成功，他在一個圓形軟鐵環兩邊繞上A、B兩組線圈，在A組線圈同伏打電池接通或切斷的瞬間，B組線圈中感生出電流，法拉第把這叫做“伏打電感應”。10月，又發現，磁鐵和導線的閉合迴路有相對運動，迴路中會產生感生電磁，法拉第稱之為“磁電效應”，隨後，法拉第又提出“場”和“力線”的概念，用來描繪電磁作用的傳遞過程。

法拉第經過反覆試驗把產生感應電流的情形概括為5類：變化的電流，變化的磁場，運動的恆定電流，運動的磁鐵，在磁場中運動的導體，並把這些現象正式定名為電磁感應。進而，法拉第發現，在相同條件下不同金屬導體迴路中產生的感應電流與導體的導電能力成正比，他由此認識到，感應電流是由與導體性質無關的感應電動勢產生的，即使沒有迴路沒有感應電流，感應電動勢依然存在。後來，給出了確定感應電流方向的楞次定律以及描述電磁感應定量規律的法拉第電磁感應定律。並按產生原因的不同，把感應電動勢分為動生電動勢和感生電動勢兩種，前者起源於洛倫茲力，後者起源於變化磁場產生的有旋電場。

電磁感應定律：若閉合電路為一個n匝的線圈，則又可表示為：式中n為線圈匝數，ΔΦ為磁通量變化量，單位Wb，Δt為發生變化所用時間，單位為s.ε為產生的感應電動勢，單位為V.

麥克斯韋是電磁學的集大成者，他在總結法拉第等人的科學成果的基礎上，建立了完整的電磁理論體系，是物理學的有一次大綜合。1855年，他在精心研究法拉第提出的“力線”的基礎上，發表了關於電磁理論的第一篇論文《論法拉第的力線》。這篇論文用嚴格的數學方式說明了法拉第的力線，使法拉第的力線嚴密化，形式化和數學化了。1862年，麥克斯韋發表了電磁研究的第二篇論文《論物理力線》，不僅進一步發展了法拉第的思想，而且得出了新的結果：電場與磁場的相互轉化，並創造性地提出“位移電流”的概念，預言了電磁波的存在。1864年，麥克斯韋的第三篇論文《電磁場的動力學理論》發表，該文從幾個基本事實出發，運用場論的觀點，以演繹法建立了系統的電磁理論，著名的“麥克斯韋方程組”就是在該文中提出的。1873年，麥克斯韋出版了《電學和磁學論》一書，這本書全面地總結了19世紀以來的電磁學成就，建立了完整的電磁理論體系。除了電磁學領域的巨大貢獻外，麥克斯韋還在氣體分子運動論、統計物理學、熱力學、天體物理學等領域做出過突出貢獻。

1888年1月，魯道夫·赫茲發表《論動電效應的傳播速度》一文。赫茲實驗公布後，轟動了全世界的科學界。由法拉第開創，麥克斯韋總結的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。

4）電磁波

從科學的角度來說，電磁波是能量的一種，凡是高於絕對零度的物體，都會釋出電磁波。且溫度越高，放出的電磁波波長就越短。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣，除光波外，人們也看不見無處不在的電磁波。電磁波就是這樣一位人類素未謀面的“朋友”。由德國物理學家魯道夫·赫茲，於1888年首先證實了電磁波的存在。並對電磁學有很大的貢獻，故頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。由此產生的光電效應，光照射到某些物質上，引起物質的電性質發生變化。這類光致電變的現象被人們統稱為光電效應。金屬表面在光輻照作用下發射電子的效應，發射出來的電子叫做光電子。光波長小於某一臨界值時方能發射電子，即極限波長，對應的光的頻率叫做極限頻率。

1898年，馬可尼又進行了許多實驗，不僅證明光是一種電磁波，而且發現了更多形式的電磁波，它們的本質完全相同，只是波長和頻率有很大的差別。

物理學-光學

1）交叉的兩種學說

波動說

簡介：1800年，T.楊提出了反對微粒說的幾條論據，首次提出干涉這一術語，並分析了水波和聲波疊加後產生的干涉現象。楊於1801年最先用雙縫演示了光的干涉現象（見楊氏實驗），第一次提出波長概念，並成功地測量了光波波長。他還用干涉原理解釋了白光照射下薄膜呈現的顏色。1809年E.L.馬呂斯發現了反射時的偏振現象（見布儒斯特定律），隨後A.-J.菲涅耳和D.F.J.阿拉戈利用楊氏實驗裝置完成了線偏振光的疊加實驗，楊和菲涅耳藉助於光為橫波的假設成功地解釋了這個實驗。1815年，菲涅耳建立了惠更斯-菲涅耳原理，他用此原理計算了各種類型的孔和直邊的衍射圖樣，令人信服地解釋了衍射現象。1818年關於阿拉戈斑（見菲涅耳衍射）的爭論更加強了菲涅耳衍射理論的地位。至此，用光的波動理論解釋光的干涉、衍射和偏振等現象時均獲得了巨大成功，從而牢固地確立了波動理論的地位。19世紀60年代，J.C.麥克斯韋建立了統一電磁場理論，預言了電磁波的存在並給出了電磁波的波速公式。隨後H.R.赫茲用實驗方法產生了電磁波。光與電磁現象的一致性使人們確信光是電磁波的一種，光的古典波動理論與電磁理論融成了一體，產生了光的電磁理論。把電磁理論套用於晶體，對光在晶體中的傳播規律給出了嚴格而圓滿的解釋。19世紀末，H.A.洛倫茲創立了電子論，他把物質的巨觀性質歸結為構成物質的電子的集體行為，電磁波的作用使帶電粒子產生受迫振動並產生次級電磁波，根據這一模型解釋了光的吸收、色散和散射等分子光學現象。這種經典的電磁理論並非十全十美，因在關於光與物質相互作用的問題上涉及微觀粒子的行為，必須用量子理論才能得到徹底的解決。波動光學的研究成果使人們對光的本性的認識得到了深化。在套用領域，以干涉原理為基礎的干涉計量術為人們提供了精密測量和檢驗的手段（見干涉儀），其精度提高到前所未有的程度；衍射理論指出了提高光學儀器分辨本領的途徑（見夫琅和費衍射）；衍射光柵已成為分離光譜線以進行光譜分析的重要色散元件；各種偏振器件和儀器用來對岩礦晶體進行檢驗和測量，等等。所有這些構成了套用光學的主要內容。

惠更斯在1678年給巴黎科學院的信和1690年發表的《光論》一書中都闡述了他的光波動原理，即惠更斯原理．惠更斯原理認為:對於任何一種波，從波源發射的子波中，其波面上的任何一點都可以作為子波的波源，各個子波波源波面的包洛面就是下一個新的波面。他認為每個發光體的微粒把脈衝傳給鄰近一種瀰漫媒質（“以太”）微粒，每個受激微粒都變成一個球形子波的中心．波動說認為，光是依靠充滿於整個空間的連續介質——以太做彈性機械振動傳播的．為了驗證以太的存在，1887年，美國物理學家麥可遜和莫雷使用當時最精密的儀器，設計了一個精巧的實驗．結果證明，地球周圍根本不存在什麼機械以太．沒有以太，光波和電磁波是怎樣傳播的呢？

微粒說

牛頓是這樣認為的：光是由一顆顆像小彈丸一樣的機械微粒所組成的粒子流，發光物體接連不斷地向周圍空間發射高速直線飛行的光粒子流，一旦這些光粒子進入人的眼睛，衝擊視網膜，就引起了視覺，這就是光的微粒說．牛頓用微粒說輕而易舉地解釋了光的直進、反射和折射現象．它的局限是無法解釋為什麼幾束在空間交叉的光線能彼此互不干擾地獨立前時，為什麼光線並不是永遠走直線，而是可以繞過障礙物的邊緣拐彎傳播等現象

托馬斯·楊在物理學上作出的最大貢獻是關於光學，特別是光的波動性質的研究。1801年他進行了著名的楊氏雙縫實驗，證明光以波動形式存在，而不是牛頓所想像的光顆粒（Corpuscles），該實驗被評為“物理最美實驗”之一。二十世紀初物理學家將楊的雙縫實驗結果和愛因斯坦的光量子假說結合起來，提出了光的波粒二象性，後來又被德布羅意利用量子力學引申到所有粒子上。同時提出的還有菲涅爾。1849年，法國物理學家菲索利用轉動的齒輪方法，在實驗室中測定了光速。數值雖然不太準確，但畢竟是在實驗室里測定光速的第一次創舉。此前的羅伊默和布拉德都是以天文觀測為依據測量的。1850年，另一位法國物理學家傅科改進了菲索的方法，用旋轉鏡的方法準確的測定了光速，從而發現米戒質（水）中光的傳播的速度較小。這就是實驗上對微粒說和波動說之爭支持波動說的實驗證據。

波動說與微粒說之爭：波動說可以解釋不少光學現象，但由於它很不完善，解釋不了人們最熟悉的光的直進和顏色的起源等問題，所以沒有得到廣泛的支持．再加上當時受實驗條件的限制，還無法測出水中的光速，便無法判斷牛頓和惠更斯關於折射現象的假設誰對誰錯．尤其是牛頓在學術界久負盛名，他的擁護者對波動說橫加指責，全盤否定，終於把波動說壓了下去，致使它在很長時間內幾乎銷聲匿跡．而微粒說盛極一時，居然在光學界稱雄整個18世紀。

2）光譜的研究

1666年，牛頓把通過玻璃稜鏡的太陽光分解成了從紅光到紫光的各種顏色的光譜，他發現白光是由各種顏色的光組成的。這是可算是最早對光譜的研究。[2]在1814～1815年之間，夫琅和費公布了太陽光譜中的許多條暗線，並以字母來命名，其中有些命名沿用至今。此後便把這些線稱為夫琅和費暗線。

實用光譜學是由基爾霍夫與本生在19世紀60年代發展起來的；他們證明光譜學可以用作定性化學分析的新方法，並利用這種方法發現了幾種當時還未知的元素，並且證明了太陽里也存在著多種已知的元素。光學和光譜學的發展帶給我們就是照相術，豐富了生活的。

物理學-熱力學

1）熱的本質（熱學和能量守恆定律）

熱質說在18世紀一直占統治地位，儘管一些科學家根據摩擦生熱，撞擊生熱等現象提出熱是物質運動的一種表現的觀點，但並沒有真正推翻熱質說。第一個對熱的本質進行科學研究的是法國物理學家、工程師卡諾。

在19世紀初，蒸汽機已得到廣泛套用，但效率很低。原因是對熱機將熱轉變成機械運動的基礎理論研究一直沒有突破，工程師們無法找到提高熱機效率的根本途徑。1821年起，卡諾就從理論上對熱機進行研究。1824年，卡諾發表了《關於火的動力的考察》一書，提出了“卡諾循環”理論，明確了熱效率的界限，從而奠定了熱力學的理論基礎。

發現熱力學第二定律的是開爾文和克勞修斯，開爾文早期信奉熱質說，直到1851年才改變立場，提出了熱力學第二定律，他認為：不可能用無生命的機器，把物質的任何一部分冷至比周圍最低溫度還低，從而獲得機械功，這就是熱二定律的“開爾文表述”。

對熱力學第二定律進行了系統研究的是德國物理學家克勞修斯。1865年，克勞修斯把熵的概念引入了熱力學，用以說明熱力學第二定律，所以熱二定律又稱“熵增原理”。後來，克勞修斯把熱二定律推向宇宙這個大系統，得出宇宙的“熱寂說”。克勞修斯悲觀的“熱寂說”揭示熵增加的方向，指出了世界有自發地向著無序化的方向發展的趨勢，而達爾文進化論則揭示了生物由簡單到複雜，又低級向高級進化的方向發展的趨勢，對於熱二定律和進化論之間的矛盾，許多人構想各種方法試圖調和它，最著名的是麥克斯韋設計的一個叫“麥克斯韋妖”的“妖怪實驗”。麥克斯韋構想有A、B兩室，中間用隔板隔開，隔板上裝有一個閥門。“麥克斯韋妖”是一個想像的能看見分子而又十分靈活的妖怪。這個妖怪操縱者把A、B兩室隔開的閥門，當快分子來時，妖怪就打開閥門，令其通過；慢分子來時，妖怪就關上閥門，不準通行。這樣，快分子就都進入B室，慢分子就都留在了A室。A、B室就出現了溫度差。A室溫度低，B室溫度高。這樣，麥克斯韋就克服了熱了學第二定律揭示熵增加的方向。但麥克斯韋的“妖怪實驗”是經不住推敲的。

麥克斯韋妖

第一個在這方面做出重大貢獻的是發過青年軍官和工程師薩迪卡諾。他十分熟悉蒸汽機的設計，又有較好的數理訓練，於1824年發表了《關於或的動力以及產生這種動力的機器的研究》一文，分析蒸汽機中決定熱產生機能的各種因素，得出結論：熱機必須工作於兩個熱源之間，熱從高溫熱源轉移到低溫熱源時才能做功，熱機做功的數值與工作物質無關，僅僅決定於兩個熱源之間的溫度差。這一原理後來成為了熱力學第二定律的基礎。卡諾之後，德國生理學家莫爾在1837年發表了《熱的本質》一文，也表述了類似的思想。

2）熱力學三大定律

熱力學第一定律

一個熱力學系統的內能增量等於外界向它傳遞的熱量與外界對它做功的和。（如果一個系統與環境孤立，那么它的內能將不會發生變化。）

表達式：△E=-W+Q

△E=△U+△KE+△PE

熱力學第二定律有幾種表述方式：發現者：德國物理學家克勞修斯

克勞修斯表述　熱量可以自發地從溫度高的物體傳遞到較冷的物體，但不可能自發地從溫度低的物體傳遞到溫度高的物體；

開爾文-普朗克表述　不可能從單一熱源吸取熱量，並將這熱量變為功，而不產生其他影響。

熵表述　隨時間進行，一個孤立體系中的熵總是不會減少。

兩種表述的共同點：熱機在工作過程中不可能把從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為有用功，總要把部分熱量傳給低溫熱源，這就是理想熱機的效率不可能達到100%的原因。

熱力學第三定律通常表述為絕對零度時，所有純物質的完美晶體的熵值為零。或者絕對零度（T=0K）不可達到。

R.H.否勒和E.A.古根海姆還提出熱力學第三定律的另一種表述形式：任何系統都不能通過有限的步驟使自身溫度降低到0k,稱為0K不能達到原理。

化學

1）原子---分子時代的化學（原子論）

基本要點：1、元素的最終組成稱為簡單原子，他們不可見、不能創造、不能毀滅和分割他們在一切化學變化中保持其本性不變。2、同一元素的原子，其形狀、質量及各種性質相同；不同元素的原子，其形狀、質量及各種性質不同。每一種元素以及其原子的質量為其最基本的特徵。3、不同元素的原子以簡單數目的比例相結合便形成了化學中的化合現象。

原子論最早產生於古希臘，但那時只是一種思辨的猜測。到了近代，波義耳、牛頓也都曾提出過原子論觀點，但近代原子論的真正奠基者是道爾頓。1808，道爾頓出版了《化學哲學的新體系》一書，該書是化學史上的奠基之作。在該書中，道爾頓系統地闡述了他的化學原子論。道爾頓的原子論，從微觀原子的層次把各種化學現象和化學規律統一起來，從而也說明了物質世界的統一性。但是，道爾頓的原子論也有許多缺陷，例如，當時他並不明白分子概念，而將它理解成複雜原子，並說複雜原子可以分為簡單原子，這在後來的阿弗加德羅的分子學說提出後得到了克服。從而建立了科學的原子---分子學說。

化學哲學新體系

就在原子論風靡全球時，法國化學家蓋-呂薩克突然給道爾頓的原子論提出了一道難題，使道爾頓陷入了困境。蓋-呂薩克在一次實驗中偶然發現：用二體積氫氣和一體積氧氣化合，得到的水蒸氣竟然不是三體積，而是二體積，按照原子論的觀點，這個關係也意味著粒子間的關係，應該是 2粒子氫+1粒子氧=2粒子水。如果粒子就是原子，那么1個氧原子怎能產生2粒子水呢？這必定假定有半個原子存在。原子不可分，而蓋-呂薩克的發現又是事實，這使道爾頓原子論進退維谷。

就在這危急之際，義大利一位名叫阿伏伽德羅的年輕化學家，一舉解決了這個難題，使道爾頓原子論走出了困境。阿伏伽德羅仔細研究了道爾頓原子論和蓋-呂薩克的發現，提出了原子分子學說，但是分子學說遇到了大多數化學家的反對，直到1860年9月在德國卡爾斯魯厄召開的首次國際化學會議上被義大利化學家康尼查羅介紹給大家，使得原子-分子論得到了化學界的公認。

道爾頓的原子論提出後，人們對元素的概念更加清晰了，為了更深入地了解元素內部的關係，許多化學家嘗試將這些元素排列成表來探究元素的性質。早在1789年，拉瓦錫就把當時所確認的32種元素分為氣體、非金屬、金屬、土質四大類。1829年，德國化學家德貝萊納提出了“三元素組”分類法。1864年，德國化學家邁爾提出了“六元素表”，已有了周期表的輪廓。1865年，英國化學家紐蘭茲提出了“八音律”。在這些早期分類方法的基礎上，門捷列夫最終發現了元素周期表。

門捷列夫的元素周期表

1824年．貝采里烏斯的學生、德國青年化學家維勒為了製取氰酸氨，把氰酸和氨水混合起來，觀察其反應，但無論用什麼方法都得不到氫化氨，但混合物經蒸發後卻得到一種結晶體---尿素。尿素的合成具有重大意義。19世紀以前，化學界多有機化合物的生成問題普遍流傳著“生命力說”，也稱“活力說”，認為有機物和無機物不同，它的生成歸根到底要靠動植物生命體，所以人們只能使有機物轉變成無機物，而無法從單質元素出發合成有機物。維勒的尿素合成成功，第一次證明了有機物和無機物之間沒有不可逾越的鴻溝，動搖了“生命力說。”對有機化學的理論開始逐步發展起來，1832年，維勒和李比希首先提出了“基因論”。1843年，日拉爾提出了“類型論”。1858年，德國著名化學家凱庫勒提出了碳的四價學說，他還因發現苯的分子結構而著稱於世。不久，俄國化學家布特列洛夫系統地提出了有機結構理論。這樣，有機化學的基本理論已經確立，從而為後來有機化工以及高分子的快速發展奠定了堅實的基礎。

他將當時已知的63種元素依原子量大小並以表的形式排列，把有相似化學性質的元素放在同一行，元素周期表的雛形。經過多年修訂後才成為當代的周期表。在周期表中，元素是以元素的原子序排列，最小的排行最先。表中一橫行稱為一個周期，一列稱為一個族。

原子半徑由左到右依次減小，上到下依次增大。

按照元素在周期表中的順序給元素編號，得到原子序數。原子序數跟元素的原子結構有如下關係：

質子數=原子序數=核外電子數=核電荷數

2）有機化學的誕生

弗里德里希·維勒（1800年7月31日－1882年9月23日），德國化學家。他因人工合成了尿素，打破了有機化合物的“生命力”學說而聞名。

1828年他發表了“論尿素的人工製成”一文，引起了化學界的震動。這被認為是第一次人工合成有機物，對當時流行的生命力學說是巨大的衝擊，並開創了有機合成的新時代。他還曾研究苦杏仁油，發現了氫醌、尿酸，古柯鹼等。

在無機化學領域，他也有不少貢獻。1827年和1828年發現了鋁和鈹兩種元素。對硼、鈦、矽的化合物進行了廣泛研究並發現了矽的氫化物。

李比希作過大量的有機化合物的準確分析，改進了有機分析的若干方法，定出大批化合物的化學式，發現了同分異構現象發展了有機化學定量分析發。他在化學上的重要貢獻還有：1829年發現並分析馬尿酸；1831年發現並製得氯仿和氯醛；1832年與F.維勒共同發現安息香基並提出基團理論，為有機結構理論的發展作出貢獻；1839年提出多元酸理論。1840年以後的30年裡，他轉而研究生物化學和農業化學。他用實驗方法證明：植物生長需要碳酸、氨、氧化鎂、磷、硝酸以及鉀、鈉和鐵的化合物等無機物；人和動物的排泄物只有轉變為碳酸、氨和硝酸等才能被植物吸收。這些觀點是近代農業化學的基礎。他大力提倡用無機肥料來提高收成。他還認為動物的食物不但需要一定的數量，還需要各種不同的種類，或有機物或無機物，而且須有相當的比例。他又證明糖類可生成脂肪。還提出發酵作用的原理。

李比希深知，作為一個真正的化學家僅有哲學思辨是不夠的，化學知識只有從實驗中獲得。而這種實驗訓練在那時的德國大學中還得不到。於是李比希下決心借鑑國外化學實驗室的經驗，在吉森建立一個現代化的實驗室，讓一批又一批的青年人在那裡得到訓練，從中培養出一代化學家。吉森實驗室是一座供化學教學使用的實驗室，它向全體學生開放，並在化學實驗過程的同時進行講授。

天文學

1）恆星周年差的觀測

由於地球的公轉，使得觀測者發生移動，而使恆星在天球上的位置發生改變，人們把在太陽上觀測的恆星在天球上的位置作為他的平均位置，從地球上觀測到的恆星的實際位置，同這個平均位置比較起來，總存在一點的偏離。恆星的周年視差是當地日連線同星地連線垂直時，同一恆星的視差位移達到極大值，該極大值被稱為該恆星的周年視差。

望遠鏡和其他儀器為恆星周年視差的觀測提供了可能。在19世紀30年代，德國天文學家貝塞爾使用了一種叫星雲做量日儀的新儀器，因為這種儀器最初是想用來精密地測量太陽的直徑的。但用它同樣能夠測量天體間的其他距離，貝塞爾就用它來測量兩個恆星之間的距離。貝塞爾月復一月地注意這些距離的變化，終於成功地測出了一個恆星的視差。他選擇的是天鵝座的一顆小星，叫做天鵝座61星。在貝塞爾成功後僅兩個月，英國天文學家亨德森就算出了半人馬座a星的距離。1840年，在德國出生的俄國天文學家斯特魯維宣布了天空中第四顆最亮的星織女星的視差。　　

恆星周年差

2）康德,拉普拉斯星雲說

1754年，康德發表了論文《論地球自轉是否變化和地球是否要衰老》，對“宇宙不變論”大膽提出懷疑。

1755年，康德發表《自然通史和天體論》一書，首先提出太陽系起源星雲說。康德在書中指出：太陽系是由一團星雲演變來的。這團星雲由大小不等的固體微粒組成，“天體在吸引力最強的地方開始形成”，引力使微粒相互接近，大微粒吸引小微粒形成較大的團塊，團塊越來越大，引力最強的中心部分吸引的微粒最多，首先形成太陽。外面微粒的運動在太陽吸引下向中心體下落是於其他微粒碰撞而改變方向，成為繞太陽的圓周運動，這些繞太陽運轉的微粒逐漸形成幾個引力中心，最後凝聚成繞太陽運轉的行星。衛星的形成過程與行星相似。

康德的星雲說發表後並沒有引起人們的注意，直到拉普拉斯的星雲說發表以後，人們才想起了康德的星雲說。

《太陽系起源》一假說，1796年拉普拉斯在《宇宙體系解說》附錄中提出。他認為太陽系最初是一個灼熱旋轉的星雲，因冷卻凝縮，旋轉速度加快，使星雲呈扁平狀，赤道部分突出。當離心力超過引力時逐次分裂出許多壞狀物。現知土星、天王星、木星和海王星有這樣的環狀物便是證據，這種環叫拉普拉斯環。最後星雲中心部分凝聚成太陽，各個環狀物碎裂並凝結成為圍繞太陽運行的地球和其他行星；月球和其他衛星以相同方式由行星分裂而成，這假說自然解釋太陽系的形成和主特徵，這按物質運動自身發展規律的觀點是科學的唯物論的宇宙觀。

3）洛克耶的恆星演化理論

1887年，英國洛克耶根據恆星光譜的不同，提出了第一個恆星演化理論，認為恆星是不斷變化的，把天體演化學由僅限於對太陽系的起源和演化研究推進到對一般恆星的研究。洛克耶的理論成為現代恆星起源和演化學說的理論淵源。今天人們公認的恆星起源和演化分為四個階段：引力收縮階段——恆星的幼年期；主序星階段——恆星的中年階段—；紅巨星階段——恆星的老年期；白矮星和中子星——恆星的臨終期。這種認識結果與洛克耶的恆星演化理論一脈相承。

災變說

生物學與醫學

1）細胞學說

從1665年英國物理學家羅伯特·胡克(RobertHooke)發現細胞到1839年細胞學說的建立，經過了170多年。在這一時期內，科學家對動、植物的細胞及其內容物進行了廣泛的研究，積累了大量資料。1759年C·F·沃爾夫在《發生論》一書中已清楚地描述了組成動、植物胚胎的“小球”和“小泡”，但還不了解其意義和起源的方式。1805年德國生物學家L·奧肯也提出過類似的概念。1833年英國植物學家R·布朗(RobertBrown)在植物細胞內發現了細胞核；接著又有人在動物細胞內發現了核仁。

到19世紀30年代，已有人注意到植物界和動物界在結構上存在某種一致性，它們都是由細胞組成的，並且對單細胞生物的構造和生活也有了相當多的認識。在這一背景上，德國植物學家施萊登(MatthiasJakobSchleiden)在1838年提出了細胞學說的主要論點，翌年施旺(TheodorSchwann)提出“所有動物也是由細胞組成的”對施萊登提出的“所有的植物都是由細胞組成的”的觀點進行了補充。這就是《細胞學說》(Celltheory)的基礎。20年後另一位德國科學家魏爾肖（RudolfVirchow)作出了另一個重要的論斷：所有的細胞都必定來自已存在的活細胞。至此，以上三位科學家的研究結果加上許多其他科學家的發現，共同形成了比較完備的細胞學說。

細胞學說是1838~1839年間由德國植物學家施萊登(MatthiasJakobSchleiden)和動物學家施旺(TheodorSchwann)最早提出，直到1858年才較完善。它是關於生物有機體組成的學說。

意義：細胞學說論證了整個生物界在結構上的統一性，以及在進化上的共同起源。細胞學說揭示了細胞的統一性。這一學說的建立推動了生物學的發展，並為辯證唯物論提供了重要的自然科學依據。革命導師恩格斯曾把細胞學說與能量守恆和轉換定律、達爾文的自然選擇學說等並譽為19世紀最重大的自然科學發現之一。

主要內容：

1.細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發育而來，並由細胞和細胞產物所構成（不可描述成“一切生物都是由細胞和細胞產物構成”，因為病毒並不是細胞構成，1886年，在荷蘭工作的德國人麥爾（Mayer）把患有花葉病的菸草植株的葉片加水研碎，取其汁液注射到健康菸草的葉脈中，能引起花葉病，證明這種病是可以傳染的。通過對葉子和土壤的分析，麥爾指出菸草花葉病是由細菌引起的。）；2.所有細胞在結構和組成上基本相似；3.新細胞是由已存在的細胞分裂而來；4.生物的疾病是因為其細胞機能失常；5.細胞是生物體結構和功能的基本單位；6.生物體是通過細胞的活動來反映其功能的；7.細胞是一個相對獨立的單位，既有它自己的生命，又對與其他細胞共同組成的整體生命起作用。

2）微生物與現代醫學的誕生

路易斯·巴斯德（公元1822-1895年），法國微生物學家、化學家。他研究了微生物的類型、習性、營養、繁殖、作用等，奠定了工業微生物學和醫學微生物學的基礎，並開創了微生物生理學。循此前進，在戰勝狂犬病、雞霍亂、炭疽病、蠶病等方面都取得了成果。英國醫生李斯特並據此解決了創口感染問題。從此，整個醫學邁進了細菌學時代，得到了空前的發展。美國學者麥克·哈特所著的《影響人類歷史進程的100名人排行榜》中，巴斯德名列第12位，可見其在人類歷史上巨大的影響力。其發明的巴氏消毒法仍被套用。

3）生物進化論

生物進化論，簡稱進化論，是生物學最基本的理論之一。

物種起源

近代生物進化的思想是在18世紀中葉才開始萌芽的。18世紀中葉以前，人們受宗教神學或形上學世界觀束縛，普遍認為物種是不變的。18世紀中葉之後，隨著地質學、比較解剖學，胚胎學的發展，生物物種是進化而來的思想是進化而來的思想才被人提出來，然而從進化思想的萌芽到達爾文進化論的確立，經歷了100多年的時間。

法國科學家布豐是進化論的先驅者之一，發表了不少的進化論觀點。在《自然史》中，他試圖描繪一個以恆星、太陽繫到地球，再到地球上生物界和非生物屆這樣一個完整的自然發展史和現實的自然圖景。布豐認為，物種是可變的，生物變異的原因在於環境的變化，環境變了，生物會發生相應的變異，而這些變異會遺傳給後代。

法國科學家拉馬克在對動物和化石研究的基礎上，認為今天的生物是與古代生物進化來的，並提出“用進廢退”和“獲得性遺傳”學說。拉馬克的進化論是法國進化思想發展的高峰，然而他的進化論在當時並沒有被人們廣泛接受，其中原因除了他拿不出更多事實證明他的學說，還因為他遇到了一個強有力的反對者---居維葉。

1859年11月，英國博物學家達爾文出版了《物種起源》一書，在這本書中，他確立了具有劃時代意義的進化論，在《物種起源》中，達爾文用大量而豐富的資料系統全面地闡述了他的進化論思想。《物種起源》的出版引起了人們的激烈爭論，特別是在進化論著和宗教界的鬥爭更是如火如荼。1860年6月28日，在教會和一些保守科學家的策劃下，英國科學協會在牛津大學召開了為期3天的討論會，名為討論達爾文的學說，實際則是攻擊進化論，這場論戰以教會的特創論的失敗、進化論的勝利而告終。

物種起源

達爾文的生物進化論思想可以概括為：1、生物是進化來的，既不是上帝創造的，也不是一成不變的。2、變異是生物普遍存在的現象，變異的基本原因是生活條件的改變。3、通過人工培育可以產生新種。4、相似的生物起源於一個共同的祖先，義氣生物的最終起源是單一的。5、在自然界中，生物物種是通過自然選擇產生的；自然選擇是通過生存鬥爭實現的；生存鬥爭的結果是“物競天擇，適者生存”，優勝劣汰，這是生物進化的基本規律。達爾文所指的生存鬥爭包括種內鬥爭、種間鬥爭和自然環境的鬥爭。6、達爾文還認為，生物不僅有變異，而且有遺傳，它不僅保證種的繁衍，而且保證把有利的變異傳給後代。有利的變異在世代的傳遞中逐漸積累，最終可以產生出新種。總之，達爾文對生物進化做了規律性的解釋。達爾文的進化理論，從生物與環境相互作用的觀點出發，認為生物的變異、遺傳和自然選擇作用能導致生物的適應性改變。它由於有充分的科學事實作根據，所以能經受住時間的考驗，百餘年來在學術界產生了深遠的影響。

進化論有三大經典證據：比較解剖學、古生物學和胚胎髮育重演律。

不足：1是缺少過渡型化石；2是地球的年齡問題；3三個困難是最致命的：達爾文找不到一個合理的遺傳機理來解釋自然選擇

補充：新達爾文主義產生於19世紀末，創立者是德國生物學家魏斯曼。美國遺傳學家T.H.摩爾根、英國遺傳學家J.A.湯姆遜也是有影響的新達爾文主義者。1896年，G.J.羅馬尼斯首次將這種理論稱為“新達爾文主義”。

4）遺傳學

現代遺傳學之父孟德爾通過豌豆實驗，發現了遺傳規律、分離規律及自由組合規律。

在孟德爾以前，孩子為什麼像父母這樣的遺傳現象沒有明確的科學解釋，孟德爾為以後的遺傳因子理論奠定了框架基礎，這一發現具有歷史性的意義。可惜在孟德爾生前，這一發現沒有得到充分的矚目。但是也沒有完全被埋沒，大不列顛百科全書1881年版已經有了對孟德爾研究的介紹。孟德爾通過豌豆實驗，獨立分配定律的發現孟德爾將豌豆高矮莖，有無皺紋等包含多項特徵的種子雜交，發現種子各自的特點的遺傳方式沒有相互影響，每一項特徵都符合顯性原則以及分離定律，這被稱為獨立分配定律。另外值得一提的是在孟德爾死後，發現這一定律只在一定的條件下方能成立。

魏斯曼

魏斯曼第一次把種質（即生殖細胞）與體質（即體細胞，如神經細胞、肌肉細胞）區別開來，並強調種質起生殖和遺傳作用，具有穩定性和連續性，可以世代相傳；而體質只能自行繁殖，產生與自然相同的細胞，它的功能是從事各種營養活動。這一理論對生物學的發展起了一定推動作用。他的主要代表作：《種質論》《進化論演講集》。

魏斯曼通過對蠅類的進化、水蚤的生殖行為、切割鼠尾對遺傳的影響進行研究，於1892年提出種質連續學說。基本觀點：1、生物體是由種質和體質組成的，遺傳必須通過種質，與體質無關；而獲得性狀是體質的變化，不能遺傳。2、他認為自然選擇是進化的唯一機理自然選擇的對象是種質。

各個時期進化與進化論的總結圖

地質學

1）災變說——代表人物居維葉

居維葉是法國著名的古生物學家，是古生物學和比較解剖學的創始人，提出了器官相關律。在科學史上，居維葉以其災變論著稱，1798年，居維葉對巴黎附近的許多化石進行了研究，發現了許多今天已經絕跡的植物和動物的化石，而且還發現，在不同的地層中，分布著不通過的動植物化石。地層時代越古老，化石就越簡單，跟現代生物差別也越大。19世紀的最初幾年，有人在西伯利亞的凍土層中發現了大批猛獁的遺體，皮肉還十分新鮮。有人認為，是西伯利亞氣候的突然變冷造成了大量猛獁的死亡，以致屍體還未來得及腐爛便被冰凍封存起來。在對這些現象解釋的基礎上，居維葉提出了系統的災變論。居維葉的災變論，在19世紀中葉之前影響是非常大的，連賴爾和達爾文早期都信奉災變論的，雖然居維葉反對進化論，但他的研究成果在客觀上為進化論的發展提供了證據。

2）漸變說——代表人物賴爾

創始人：英國業餘科學家赫頓，他既是火成論者，又是漸變論者。他認為，合股是河流沖刷而成的，河流衝下的泥沙經過沉積變成平原；平原再硬化變成岩石；而底層的變化都是現在仍在其作用的自然力造成的。

代表人物：英國著名地質學家：賴爾。他的簡便了思想主要體現在《地質學原理——參照現在起作用的各種原因來解釋地球表面過去發生的變化的嘗試》一書中。該書截至他去世，共出了12版。在書中，賴爾闡明了他的地質漸變論觀點：1、地球是緩慢進化而來的。2、地球地殼的變化，是由於最平常的自然力，如風、雨、溫度、水流等，在漫長的時間裡逐漸形成的。3、地殼的上升、下降運動的根本原因在於地球內部物理、化學、電力、磁力的作用的結果。4、較古老岩石與較新岩石的結構差別是歷史造成的。5、明確提出“現在是認識過去的鑰匙”，創造了將今論古的歷史比較法。

思想主要缺陷：1、只強調連續的漸變，忽視了間斷的激變。2、他一面承認地球、地殼是進化的，一面又堅持物種不變的觀點，前後矛盾，這個矛盾直到他的《地質學原理》出第10版時才糾正過來。

工程發明

1831年,英國物理學家法拉第發現了電磁感應原理.

1866年,德國工程師西門子發現了切實可用的發電機.

1870年,比利時格拉姆發明了電動機.

1879年,美國科學家愛迪生髮明了電燈.

19世紀80年代,巴黎出現了電力鐵路.

隨後又出現了電影、汽車、電話等一系列發明人類邁進了電氣時代.

1882年，愛迪生建立了一個小發電廠

1860年，英國發明家貝爾發明了電話

實驗科學

1）培根-笛卡爾-伽利略

在哲學上充當近代實驗科學發言人的是培根，他的主要著作是在1620年出版的《學術的偉大復興》，但這部巨著只完成了兩部分，即《論科學的價值和發展》和《新工具論》，前者確立了科學研究的對象、意義，並對科學進行了分類；後者針對亞里士多德的《工具篇》，實際上是針對中世紀經院哲學的邏輯，闡明了自然研究的新方法---歸納邏輯。但是培根所主張的對經驗加工主要是指以實驗為基礎的歸納，因而對數學和演繹的作用估計不足乃至採取不信任的態度。

《新工具論》：培根《新工具》的主要寫作目的是倡導一種新的方法論—歸納法,為了更好的論證培根式的歸納法,培根引用了很多實驗,而正是在這些實驗的論述中,顯現了培根科學研究思想的亮點,可以說是培根的“副業”的研究為整個科學事業做出的偉大貢獻。培根以探究科學方法—歸納法為主線,在《新工具》中論述了很多具體科學研究,其中有很多實驗還是培根自己親自做過的。在那個特定的年代,培根的這種做法很有開拓精神.而且培根最終的離世也是為了親自做冷凍的實驗而不幸感染風寒去世,可以說培根最終還是把自己的生命奉獻給了科學研究事業。書中講了熱動說、物質不滅原理、聲的波動說、對吸力的判別、針對動物、光和顏色的研究等內容。

與培根相同時代的法國哲學家和科學家笛卡爾的思想也對近代實驗科學的發展有重要影響。儘管他對經驗的作用估計不足，但對數學的貢獻和強調數學方法的意義卻對後來的實驗科學家有重要的幫助和啟示。笛卡爾主張科學起始於懷疑，他認為必須懷疑被信以為真和一般被當作真理的東西，但這種懷疑並不是目的，而是為了保證認識的基礎絕對可靠而沒有錯誤。笛卡爾倡導科學研究中的演繹法。他認為必須從幾個不證自明的公里出發，一步一步推出其他原理，直至構成一個能夠自圓其說的知識體系，而推理的每一步都要清楚明白，只有這樣才能達到真理。笛卡爾強調演繹看輕歸納，這是片面的；但是實驗科學家普遍重視歸納方法的條件下，使人們充分注意到運用演繹法論證進行科學研究又有著積極的意義。

近代實驗科學大師伽利略把培根所倡導的實驗方法和笛卡爾所推崇的數學方法、邏輯演繹方法在自己的科學實踐中有機地結合起來，在天文學、力學、物理學等學科的研究中，開創了科學實驗與數學方法相結合的新的研究途徑。這種新方法在為研究自然開闢了無限廣闊的天地，而且成為日後自然科學研究中的典型方法，即設計適當的實驗對自然過程進行研究，探尋規律性的聯繫，然後把所發現的規律用數學語言寫下來，形成公式。

2）機械自然觀的興盛與衰落

在資本主義生產的推動下，16-18世紀自然科學擺脫了宗教神學的束縛，得到飛速發展並取得了巨大的成就。尤其是以力學運動三定律與萬有引力定律為核心建立起來的完整力學理論體系，把地球上的物體運動規律和天體運動規律概括在一個統一的理論之中，實現了以力學為中心的物理科學的第一次理論大綜合，從而排除了上帝創世說，並給予宗教神學自然觀以致命的打擊。然而與這一時期自然科學發展狀況相適應，卻形成了形上學的機械自然觀。

近代形上學自然觀以實驗科學材料為基礎，基本上克服了古代自然觀中的直觀性、思辨性、猜測性的缺陷，而力圖用比較乘數的科學知識來解釋自然現象，這無疑是一個進步。但近代自然觀由於缺乏辯證法，把自然界看成是一成不變的，這比起古代自然觀那種把自然界看成是不斷發展變化的觀點來，則又是一個退步。

18世紀下半葉以來，隨著自然科學從經驗領域進入理論領域，自然科學本身的辯證性質和機械自然觀的形上學性質的矛盾逐漸激化。自然科學的一系列重大成就，在機械自然觀的壁壘上打開了一個又一個缺口，為辯證唯物主義自然觀的產生準備了條件。18世紀下半葉以來自然科學的巨大進展表明；過去被看作是孤立的、割裂的自然現象，被證明是統一的物質運動的不同形式。它們不僅在空間上展示出多樣性，而且在時間上有其發生、發展和消亡的歷史。

3）科學共同體的形成

早期的自然科學，是人們出於對大自然的敬畏和好奇而從事的一種自發的業餘愛好和興趣運動。儘管近代科學革命以後，科學從哲學的母體中分離開來，以經驗為基礎，以實驗為手段走上了自身獨立發展的邏輯軌道，但是在一個較長的歷史時期，近代科學研究的範圍和規模都比較窄小。科學家往往以單槍匹馬、幽居獨思的活動方式為主。

隨著科學的進步，熱心科學的人數迅速增加，科學家成為一種社會職業，科學共同體在這種背景下應運而生。科學共同體形成的標誌，便是學會和學院的紛紛成立，會員常常聚會，討論新問題並推進新學術。這類學會中最早的一個，1560年出現在那不勒斯，名叫“自然奧秘學院”。1603---1630年，“猞猁學院”成立於羅馬，伽利略便是其中的一員。1651年梅迪奇貴族們在佛羅倫斯成立了“西芒托學院”。

19世紀開始，科學有了長足的進展，科學以其令人心悅誠服的成果、獨一無二的價值和功能，吸引了為數眾多的人踏上科學之路，科學研究呈現出職業化和結構化的特徵。1826年，德國大化學家李比希創建了吉森化學實驗室，吉森實驗室標誌著科學家組織由學會型結構向專業型結構的過渡。1874年著名的英國劍橋大學卡文迪許實驗室的出現，不僅是近代科學向現代科學的肇始，也是科學研究傳統和主體轉換的標誌。

世界科技中心的轉移

義大利

近代科學技術在競相發展過程中出現了三次大轉移。17世紀中期科學家技術中心從義大利轉移到英國；18世紀後半期科學技術中心從英國轉移到法國；19世紀末科學技術中心從法國轉移到德國。這三次轉移揭示了近代科學技術的發展呈現出後浪推前浪、一浪高一浪的發展趨勢。

從15世紀下半葉到17世紀初，資本主義關係首先在義大利萌生並得到迅速發展，工商業的繁榮促進了文化的繁榮，文藝復興運動也首先在義大利興起，從而為義大利近代科學技術的產生和發展奠定了基礎。

16世紀以後歐洲的經濟、政治、文化等發生了很大的變化。由於新航線的開通，貿易中心已經從地中海沿岸移向大西洋沿岸，義大利外貿經濟急劇下降。又由於戰爭的破壞，義大利的國土四分五裂，經濟上遭到破壞，政治上受西班牙控制，義大利的文化的科學技術收到嚴重摧殘，科技人員流落他鄉。從此，義大利失去科學技術中心繼續存在、發展的條件。

英國

英國曾是近代科學的主要策源地，牛頓的故鄉。道爾頓對化學，戴維對電化學，托馬斯，楊對波動光學，賴爾對地質學，焦耳，法拉第，麥克斯韋對電學，達爾文對生物學。

17世紀中葉英國發生了資產階級革命。資產階級政治統治的確立為資本主義生產方式的發展掃清了道路，這是英國科學技術得以興起的根本原因。勝利了的英國資產階級為了鞏固自己的政治經濟地位，加強自己的實力，獲取更大利潤，迫切需要藉助科學技術的力量，科學技術作為資產階級的寵兒，備受鼓勵和提倡，英國政府採取了獎勵科技發展的政策，具體有以下幾個方面。

（1）引進技術，廣招人才

英國十分注意提高技術水平，國家採取了有利於吸收國外先進技術的政策，大批由於政治動亂和宗教迫害而逃到英國來的工匠壯大了英國的技術力量。為了加快技術引進的消化吸收，英國採取了許多措施，如為鼓勵造船業吸收外國先進技術，國家決定給造船工業以財政補貼，並歡迎外國工匠、航海家和學者到英國工作，並給予優厚的待遇和更多的關照。

（2）興辦教育，創立學會

12-13世紀英國就建立起牛津大學和劍橋大學。早期它們受教會控制，為教會培養人才，算術、幾何、天文等科目仍在沿襲中世紀經院學派的傳統。到17世紀中葉，這些大學除了數學又陸續開設了物理學、植物學、天文學等科學講座，培養了一批科技人才。

（3）注重科研，獎勵發明

加速科技發展，最重要的是增強本國的科研實力。為此英國政府積極支持科研活動，獎勵發明創造，給予科學家和發明家以極高的榮譽和社會地位。

法國

法國幾乎與英國同時開始了工業化進程。法國在技術創新方面、資金運用方面和工業化模式上都最大限度地借鑑了英國的經驗，並有所創新，這就使法國從18世紀後半葉到19世紀前期成為繼英國之後的近代科學技術中心。

啟蒙運動與法國的革命為法國科學發展開闢了道路。大革命帶來了法國科學院的改組，廢除名譽院士制度，統一度量衡，創立了巴黎高等師範學校和巴黎綜合工科學校。18世紀法國分析力學首屈一指，數學方面也有很多傑出人才，大革命後法國科學轉向了實用性，技術性，卡諾關於熱力學研究是這一時期最出色的物理研究19世紀科學衰落，首先是法國政局的動盪多變，拿破崙四處征戰。另一個重要的原因是因為科學活動的高度集中性制約了科技大發展。科學管理集中也出現了軍閥統治的現象

其次，法國大革命後，資產階級政府採取了一系列措施扶持可續技術事業，包括：

重大科技成果	英國	法國
1751~1800（年）	37	54
1801~1850（年）	92	144

（1）對科學家委以重任，使各項事業依靠科技進步的軌道

大革命期間和拿破崙時代，也即18世紀90年代和19世紀早期，一大批科學家被任命為革命政府的重要官員。如數學家蒙日擔任過海軍部長，數學家拉扎爾-卡諾擔任過陸軍部長，化學家克魯阿擔任過火藥局長和教育部長。

（2）強化科研組織，發展科學教育

1794年法國國民議會決定實現國家工業化，並且改造舊的皇家科學機構，使之從宮廷走向整個社會。

科學的職業化使科學在社會中獲得重要地位，也是法國在科學建制方面的一項創舉，巴黎科學院的院士成了真正的職業科學家，享有豐厚的薪金和待遇，初步確立了一些制度，如科學教授職位、某些科學系科的設定等。法國人認為自由是每個公民的神聖權利，而改革後的科學和教育機構更為這種自由提供了充分的保證，如教師、科學家可以自由聽課，同時擁有進行科學研究的自由權利。

（3）大力引進技術，推行拿來主義

法國科學家技術發展起步較晚，特別是和英國相比有很大差距。為了迅速趕超英國，法國派出許多留學生出國深造，引進吸收外國的先進科學技術成果，同時主義引進機器，大量招聘外國技工。大革命以後，儘管英國政府禁止機器、圖紙和熟練技工出國，但法國政府仍然採取種種辦法將英國的新技術偷運回國。法國政府為了大量引進，還運用國家的力量來獎勵機器入口和資助來法開業的英國人，為他們開業、辦廠礦提供有利的條件，以優厚的條件招聘熟練的技術工人，充實和提高國內各個工業部門的技術水平。這使得法國在較短時間內完成了工業化進程。

德國

1830年以後，法國由於政局的動盪多變及其他社會原因，作為科學中心的地位開始喪失，法國科學出現了相對停滯的局面。而這時的德國科學後來居上，出現了科學技術革命的高潮，湧現出一批世界著名的科學家。在19世紀40年代之前，德國還遠比法國、英國落後，可是經過了19世紀前50年的基礎科學發展之後，特別是在60年代和70年代的技術科學的興盛之後，德國已在理論科學、技術科學、工業生產以及社會經濟方面迅速崛起，1875年前後世界科學中心轉移到德國。在德國的自然哲學中，包含有豐富的辯證法思想，這對於自然科學是有益的。

德國自然哲學在社會政治領域裡主張“國家主義”，要求強化國家的權威，在公共事物領域實行政府管制，這一主張十分符合當時德國當局的立場。在這種理念指導下，德國政府動員國家資源支持科學技術和教育的發展，並採取了一系列發展額開學和教育的制度和措施。

（1）大力實行教育體質創新

1809年洪堡和其他人發起建立了柏林大學。大約19世紀20年代末30年代初，德國大學真正開始改革；1870年左後，德國科學研究和科學人才培訓已取得卓越成就。德國的科學和教育中心分散在許多大小城鎮，如薩克森弗萊堡的礦業學院、波恩大學、萊比錫大學、慕尼黑大學、海德堡大學、圖賓根大學等，德國的實驗室和研究所都由政府資助，德國科學與教育模式超過法、英和其他國家，被公認為19世紀最優越的制度。

（2）結合生產實踐進行科學研究

德國為了深入持久地進行自主科學研究，根據生產發展的需要陸續建立了各種研究。1873年建立了國立物理研究所，1877年建立了各種研究所，1879年建立了國立機械研究所。在科學研究上，提倡科學家之間互相交流，取長補短，共同提高。

重大科技成果	美國	法國	英國	德國
1851~1900（年）	33	75	106	209

（3）有選擇地引進國外先進科技

德國在發展自己科學技術的道路上十分注意吸取了英國、法國起飛的經驗教訓。為迅速縮短差距、迎頭趕上，德國採取抓住主要成果、最新成果有選擇地引進的方法。選派留學生也是有目的、有針對性的，這樣有利於調動留學生的學習積極性。在學習外國先進技術方面，也是有組織地進行的。德國還派人到英國學習鋼鐵技術，帶回本國消化吸收，使鋼鐵工業在技術與產量上獲得了飛速發展。德國在向外國學習時不墨守成規、生搬硬套，而是既有繼承又有發展，吸收最好的適用的成果，促進本國的科研和生產。同時又根據本國的特點，建立自己的生產體系和管理制度，最大限度地發揮科學技術的效能。

美國

年輕的國家偏重於實用科技發明，1861年爆發的南北戰爭，四年後美國工業迅猛發展，基礎科學十分落後，知道二戰以後，許多科學家的到來由聯邦支持，才快速發展成頭號科技強國。

俄國

19世紀，俄國的工業已有長足的發展：制約科學發展的教育事業有了新的起色。1804年，莫斯科大學進行改組和重建，在原來的哲學，法律和醫學戰歌記得基礎上增設了數學物理系。此外還有新的大學，如彼得堡大學，喀山大學，敖德薩大學，基輔大學。這些新興的大學對於俄國科學技術的發展起了直接的推動作用。

俄國數個世紀的學習引進工作，終於在19世紀解出來果實。1826年，俄國數學家羅巴切夫斯基獨立穿見了北歐幾何。1869年，俄國化學家門捷列夫發現了元素周期率。這是俄國人第一次在科學史上寫下的壯麗篇章。