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到蒸汽机的相对无限的动力，工业革命完全有可能在仅仅增加纺织品生产的速度后便渐渐消失，就象发生在中国那样；在中国，早几个世纪时曾取得类似的技术进步。
19世纪前半世纪中取得进步最多的一门科学是化学，这在一定程度上是因为化学与组织工业有密切联系，纺织工业在那数十年间经历了非常迅速的发展。化学可追溯到人类文明的最早阶段，追溯到出现烹调技艺和金属加工技术、出现药草的采集和药物的提取时。从一开始起，人们就因寻找把戏金属变为黄金的手段、寻找可以发现治愈人类一切病痛的长生不老药的方法而转移了化学的目标。虽然这些试图注定要失败，但它们仍然揭示了许多化学物质和化学反应。这些东西后来被传到西欧人那里，主要是从中国和穆斯林世界传去的。
那时以前，希腊人已提出一种理论体系，该体系认为有四种基本元素——土、火、气、水，它们以循环的方式依次转化 18世纪期间，大部分注意力集中在燃烧问题上——物质燃烧时会发生些什么呢？由于物质消失在烟和火焰中、留下了灰烬，人们断定，无论如何，在燃烧过程中有某种东西释放出来。这种东西长期被称为硫，并被赋予燃素即火的要素的名称。在对气体的研究揭示出空气是一种较向来所想象的要复杂得多的物质以前，这观念一直支配着化学思想。科学家们被吸引到气体问题上，是由于矿井和沼泽中存在着能用气泡加以收集并能燃烧的易燃空气。早在1755年，爱丁堡的约瑟夫·布莱克就通过加热石灰石而成功地分离出二氧化碳。然后，1781年，亨利·卡文迪什证明水是由两份氢和一份氧组成。接着，约瑟夫·普里斯特利（1733－1804年）又取得重要进展；他分离出氧，并证明正是氧元素在燃烧和呼吸中被消耗。他还进一步证明，在日光下，绿色植物从它们吸收的二氧化碳中分解出氧。从而，他解决了由产氧的植物与产二氧化碳的动物的平衡引起的碳循环的问题。
从气体研究工作中引出完备结论的是杰出的化学家安托万·洛朗·拉瓦锡（ 1743…1794年），他在法国革命期间牺牲于断头台。拉瓦锡的典型的氧化实验非常简单。他将汞放在一个装有空气的密封罐子里加热，发现他得到了氧化汞，并发现空气的量减少了五分之一，亦即失去了空气中氧的成分。然后，拉瓦锡加热氧化汞，再一次获得汞加氧。他极仔细地称其所有物质的重量，发现每道步骤后失去或获得的重量等于燃烧过程中增加或减去的氧的重量。因而，他能摒弃传统的燃索说，用其著名的平衡原理来取代。
我们可以规定这样一个无可否认的原理：在技术和自然界的全部活动中，没有什么东西被创造出来；在实验以前和实验以后，存在着同样分量的物质；种种元素的质量和分量正好依然如故；除了这些元素的结合方面的变化和改变以外，没产生什么东西。
这样，拉瓦锡使化学先前的所有混乱现象变为一条元素结合定律。他在自己于 1789年出版的教科书《化学大纲》中，提供了至今仍被使用的全新的术语。拉瓦锡将化学安置在坚固的科学基础上，因此，他的后继者知道了他们正在做什么、正在朝哪里进发。
在拉瓦锡的后继者当中，杰出人物要数约翰·道尔顿（ 1766…1844年）和瑞典化学家乔恩斯。雅各布。贝采利乌斯（1779…1848年）。道尔顿正式提出了有关物质的原子论（氧原子与氢原子结合而形成水）；贝采利乌斯通过把电流应用于化合物、将它们电解（金属移向阴极，非金属移向阳极），分离出许多新元素。贝采利乌斯还将近代符号系统引入化学，从而极大地促进了化学工作。他利用诸元素的拉丁名字的第一个字母或前两个字母作为元素的符号。
19世纪的另一重要进步是出现了有机化学。原来，化学家们认为有机化合物——由生物产生的碳氢化合物——是由一种“生命力”以某种方式控制的。但是，随着化学家们发现有机化合物能用合成法合成，这一看法被抛弃了。1828年，弗里德里希·维勒取得了第一个成功，合成了见于尿中的有机物质尿素。他没有借助于肾，是通过普通的化学方法从无机化合物中获得尿素。他的朋友贾斯特斯·冯·李比希（1803…1873年）做了非常宝贵的工作，他证明植物从土壤中摄取的养料是由氮、磷酸盐和盐组成的。因而，他能制备出他曾用来使一块荒地肥沃并成为多产的园圃的化合物，为大规模的肥料工业的发展扫清了道路。
对工业的另一重要贡献由英国化学家威廉·亨利·珀金（ 1838－1907年）作出。1856年，他在寻找奎宁的代用品时，偶然发现了第一种人造苯胺染料——品红。他的发现在英国受到忽视；在英国，化学仍仅仅是少数人的业余消遣，化学行业以“注重实际”而自豪。然而，德国工业界较关心科学的厂长们看出，珀金的发现能为气体工业一向作为废品的煤焦油提供一条宝贵的出路。由于他们资助这项研究，许多合成染料给制造出来，提供了巨大的利润。到第一次世界大战时，德国人已拥有世界上最先进的化学工业，实际垄断了合成染料的生产。
对工业来说，同样重要的是法国杰出的化学家路易·巴斯德（ 1822…1895年）的工作。他在里尔大学工作期间，当地酒厂老板曾纷纷向他请求帮助，因为他们在从甜菜中提取乙醇时遇到了麻烦——果浆往往莫名其妙地变坏了。巴斯德没有找到化学上的解释，就用显微镜检查麦芽浆，发现上面满是奇怪的、伸长的生长物，而未受损害的麦芽浆上则是圆的小球。通过实验室证明，他指出了如何才能控制这些有害的生长物、阻止它们妨碍发酵。由于这一经历，他做了进一步的实验，使他能驳斥传统的生物自然发生说，提出现在公认的生源论——生物只能通过生物的繁殖产生——来取代。为了证实生源论，他指出，通过排除空气中看不见的微生物，能够使肉体物质和植物性物质不腐败。这一点后来成为大规模的罐头食品制造工业的基础。
1865年，巴斯德接受了一个更艰巨的任务。法国蒸蒸日上的丝绸工业由于蚕的一种神秘的疾病而正遭到毁灭的威胁。当巴斯德开始调查研究时，他并不知道蚕是什么东西，也不知道一条丑陋的毛虫以后会变成一只美丽的蛾。但是，经过一段时期的深入细致的探究，他发现疾病是由生活、成长在蚕体内的一种微生物引起的。他很快找到了治疗办法，丝绸工业得救了。巴斯德接着为家畜的炭疽病、特别惊人的是为人的狂犬病制备血清。此外，由于他的疾病病菌说的普及，人们采取了卫生预防措施，使有可能控制由来已久的灾祸——伤寒、白喉、霍乱、鼠疫和疟疾。这些医学上的进步产生了深远的影响，首先是在欧洲，然后是在全世界，导致人口迅速增长。
五、生物学革命， 1850—1914年
正如牛顿因发现支配宇宙中的物体的定律而统治 17世纪的科学那样，查尔斯·达尔文（1809—1882年）因发现支配人类本身进化的规律而统治19世纪的科学。
然而，进化的思想对达尔文来说，决不是新的：在他以前，这思想已被提出并应用于科学的各领域。让·德·拉马克（ 1744－1829年）较早时候就已向一种传统的观念挑战；这种观念认为，一度被创造出来、此后一直存在下去的物种具有不可改变的稳定性。拉马克想象有一种从蠕虫到人类的全面进化，并试图用获得性理论来解释这一进化过程。马由于需要迅跑而获得敏捷的腿，长颈鹿由于需要吃高处的树枝而获得长脖子。任何这类身体上的变化通过遗传过程被传下去，成为下一代的起点。
拉马克以后，还有查尔斯·赖统地出版了有名的《地质学原理，三卷（ 1830—1833年），普及了有关地球表面的形成的“均变论”或渐变论。以往，人们一向认为地球表面是由过去的灾变如火山、地震和洪水等造成的。存在于高山地区的海贝被简便地认为是挪亚时的洪水留下的。相反，赖尔认为，现在的地球表面是亿万年间诸如冰蚀、风和水的侵蚀、冰冻和融化之类的地质力量活动的产物。
当时，进化的思想不但在自然科学中，而且在社会科学中也是突出的。从 19世纪40年代起，卡尔·马克思就写道，所有社会制度都处于不断的变化过程中。自人类有史以来，一种社会已让位于另一种社会——原始的部落制让位于古代的奴隶制、奴隶制让位封建农奴制、农奴制让位于现代资本主义制度，所以，他满怀信心地预言，资本主义制度将让位于未来的社会主义制度。那时，有影响得多的是赫伯特·斯宾塞（1820—1903年）提出的包括一切的进化学说。他将其学说应用于所有的事物，包括物质的、生物学的、文化的和社会的。斯宾塞在1857年发表的《进步：其规律及原因》一书中写道，“无论是在社会的发展中还是在政治、制造业、商业、语言、文学、科学及艺术的发展中，这种由简单经过连续的变异而进入复杂的同样的进化始终保持着。”
这就是达尔文创立其划时代的理论时的环境。达尔文出生于一个在他以前已有两代人显露科学才能机他起又有两代人显露科学才能）的家庭。他上剑桥大学时，将时间更多地不是用在学习上，而是花费在收集和研究动物及昆虫方面。有位教授认识到他的潜力，推荐他到政府的即将开始环球科学考察的“比格尔号”船上当不拿薪水的博物学家。这次远航从 1830年持续到1836年；远航期间，达尔文对在个别物种身上观察到的许多变异印象极深。例如，在与世隔绝的加拉帕戈斯群岛上，他发现了一些显然是起源于在大陆的祖先但不知怎么地已渐渐变得不同的物种。这一点粉碎了古老的物种不变论，但是，变异是怎么发生以及为什么会发生的问题仍未得到解答。
考察回来的两年后，他认托马斯·马尔萨斯写的一本书中得到了启示；马尔萨斯在那本书中提出了一种理论：如果不消除过剩的人口，人口要比食物增长得快。
1838年10月，我为了消遣而偶然读到了马尔萨斯的人口论，而我由于长期不断观察动植物的习惯，对这种到处都在进行看的生存斗争，思想上早就容易接受，现在读了这本书立刻使我想起，在这些情况下，有利的变异常常容易保存，而不利的变异就常常容易消灭。它的结果就会形成新的物种。这样我终于得到一个能够说明进化作用的学说了。
达尔文以其通常的谨慎和不辞劳苦的细心发展这一学说。 1839年，他开始拟草稿；3年后，它仍仅仅是一份用铅笔写成的35页的提纲。到1844年，他已将它扩展成230页的论文。那年，他给一位朋友写信说：
……我己阅读了大量的农艺和园艺方面的书，从未停止过搜集事实。终于来了一点光明，我几乎确信（和我开始对的看法完全相反）物种并不是（这就象供认一件谋杀罪似的）永远不变的。上帝不让我相信拉马克的一个“进步的趋向”、“源于动物的缓慢的意欲的适应”之类的废话。但是，我得出的结论并非全然不同于他的结论，只是更换的方法完全不同于他的。我想我已发现（这里是推测！）物种微妙地适应各种结局的简单方式。
然而，达尔文仍不能使自己发表其研究结果。他继续进一步按集证据，直到 1858年收到另一位博物学家艾尔弗雷德·拉塞尔·华莱土（1823—1913年）的一封惊人的信时。华莱士曾居住巴西和荷属东印度群岛多年，在那些地方吸收了极大量的动物学知识。1858年2月，当他在摩鹿加群岛的特尔纳特岛上患疟疾卧床休息时，他想到了他也读过的马尔萨斯的著作，突然，最适者生存是实现进化的途径这一念头在他脑子里掠过。华莱士的脾性和达尔文完全不同，他立即将自己的思想诉诸文字。当天夜里，尽管仍受着发烧的折磨，他还是起草了自己的新学说。以后两晚，他将它写成文章，然后寄给了达尔文；他与达尔文是经常通信的。
1858年6月，达尔文收到了这份手稿；他因读到的是一份他已写成的东西的概要，惊呆了。“我从未见过比这更惊人的巧合”，他给查尔斯·赖尔去信说，“即使华莱士已得到我在1842年写下的手稿，他也不可能写出比这更好的简短提要！甚至他的话现在�