七、近代科学诞生
欧洲文艺复兴孕育了自由、理性的探索精神，人们开始摆脱宗教的枷锁，以新的方式追寻宇宙的奥秘。科学的进步，使人们能够依据新发现的科学原理创造前所未有的新技术。人类的发明活动开始摆脱对经验的依赖，建立在科学发现基础之上。
科学对神学的挑战是从天文学开始的。
公元１５１２年，波兰天文学家哥白尼（公元１４７３～１５４３年），在他隐姓埋名撰写的一本小册子中，提出一种新的宇宙观，这种新的宇宙观简称“日心说”，认为已经流传１４００年之久，被基督教视为经典的托勒密宇宙体系是错误的；地球不是宇宙的中心，而是同别的行星一样，围绕太阳旋转，太阳才是宇宙的中心；地球每年绕太阳一圈，每天又自己旋转一周。哥白尼这本名为《概要（拉丁文名称是Ｃｏｍｍｅｎｔａｒｉｏｌｕｓ）》的小册子手抄本，只在天文学家之间流传。
与哥白尼 “日心说”相对立的托勒密体系认为，地球是不动的，是宇宙的中心，月亮、太阳、行星都围绕地球旋转，这种宇宙观简称“地心说”。
托勒密（约公元９０～１６８年）是亚历山大城的天文学家，他曾在其巨著《天文学大成》中，提出完整的宇宙“地心说”。欧洲中世纪教会视“地心说”为不可冒犯的真理。
哥白尼出生在波兰一个水陆交通便利的城市，就像古希腊哲人泰勒斯一样，少小之时，他便有机会接触多种多样的思想。１８岁时他进入当时波兰的都城克拉科夫大学学习医学，然而却对天文学产生了兴趣；２３岁来到意大利博洛尼亚大学学习法律、医学和神学，后来进入帕多瓦大学，结识了天文学家诺瓦拉（公元１４５４～１５４０年），并从他那里学到了天文观测技术，接触到古希腊天文学理论。
１５０６年，哥白尼回到祖国，开始从事天文观测和研究工作。当时，欧洲航海活动正热火朝天，人们要求天文学家编制更加详细准确的星表。在此背景下，哥白尼潜心分析了他能够得到的所有天文观测数据，发现天上的星星并非依照“地心说”的规则运动，尤其是从地球上看行星，它们经常行为怪异，有时迎着地球而来，有时又逆向退回，有时干脆停在天空不动（天文学家称之为“顺行”、“逆行”和“留”）。
在研读古希腊天文学典籍时，哥白尼注意到阿基米德曾经在一份手稿中写到，亚历山大城的天文学家阿里斯塔克（公元前３１５～２３０年），曾经提出地球和行星都围绕太阳旋转，地球每天自西向东旋转一周。然而，人们认为这不合常理，因为鸟儿向东飞和向西飞没有什么差别，而且，垂直下落的物体，其落地点并不向西偏移；还有，如果地球以那样高的速度旋转（当时已经测出地球的半径，如果地球每天旋转一周，可以直接算出在赤道上旋转的速度是一个很大的数值），人在地球上岂不都被甩出去？当时的天文学家认为，如果地球真的绕太阳旋转，那么每隔６个月，应该观察到遥远恒星位置的变化（称为“恒星视差”），可是人们从未观察到这一点。因此，阿里斯塔克的理论彻底被人们遗忘。
作为天文学家，哥白尼不会在意普通人的感觉，他对天文学家一直没有观测到“恒星视差”作出这样的解释：因为宇宙的范围比人们想象的要大得多，恒星非常遥远，当时天文观测受到视觉分辨力限制，不可能发现这种视差。他认为阿里斯塔克的理论是正确的，宇宙应该服从一种简约和谐的运动规律，地球和人在宇宙中，并不应该占有特殊的位置。哥白尼提出的理论主要有两点：
１． 地球和所有的行星都围绕太阳作圆轨道运动，太阳位于稍微偏离圆心的地方；
２． 行星距离太阳越远，绕行一周所需时间越长，而且它们按顺序排列，呈现出非常明显的规律性。
哥白尼在他的宇宙体系里，重新安排人们已经发现的五大行星（水星、金星、火星、木星和土星）的位置，并把地球纳入其间。他指出，距太阳最远的行星是土星，它的公转周期（围绕太阳运行一周所需时间）是３０年（实际为２９．４６年）；其次是土星，公转周期１２年（实际为１１．８６年）；再其次是火星，公转周期２年（实际为１．８８年）；之后是地球，公转周期为１年。月球作为地球的卫星绕地球旋转，并同地球一道绕太阳旋转；地球之后是金星，公转周期为９个月（实际为２２５天）；距太阳最近的是水星，公转周期为８８天。
哥白尼当时提出的数据与后来的观测结果完全相符。
哥白尼的这一理论在当时的天文学家中引起巨大震动，使许多人看到了探索天体奥秘的新途径；原来神秘莫测、不可思议的天体行为，在这种宇宙体系中突然变得十分明白且容易理解。
由于当时波兰的条件限制，哥白尼本人并没有发明新的天文观测仪器，也没有获得超越前人的新观测结果。但是，他比此前所有的天文学家都更加关注天文学的根本问题，看到了隐藏在浩如烟海的天文观测数据之后的宇宙奥秘。
哥白尼深知自己的理论与宗教观念严重冲突，故直到临终前才正式出版完整地阐述这种新宇宙观的著作《天体运行论》。１５４３年５月２４日，刚刚印好的新书送到哥白尼的床前，中风卧床已多年的哥白尼虚弱地伸出手臂轻轻抚摸了一下新书的封面，不久便离开了人世。
《天体运行论》全书共分６卷，第一卷是“日心说”的总体概述；第二卷到第六卷是应用“日心说”的理论，分析解释在地球上观测到的行星运动。这是人类科学史上第一部以充分的科学论据阐述新宇宙观的科学文献，它无声地揭开了科学革命的序幕。
哥白尼的“日心说”动摇了神学教义的核心基础，被教会视为大逆不道的邪说。当时，即使是基督教内部最富于革新精神的新教领袖马丁·路德（公元１４８３～１５４６年），也坚决反对哥白尼的学说。他说：“人们正在注意一个突然发迹的天文学家，他力图证明是地球在旋转，而不是太阳在旋转。这个蠢才竟然想把整个天文学连底翻过来。”
哥白尼在世人惊愕与愤怒的目光中逝去之后，赞同并支持“日心说”的学者相继遭到教会迫害。意大利学者布鲁诺（公元１５４８～１６００年）充满激情地传播哥白尼的学说。１５９２年，他被教会逮捕，经过８年审讯之后，于１６００年２月１７日被烧死在罗马鲜花广场。行刑前，教会派人用特制的钳子把他的舌头从嘴里拉出来用木头夹住，使他不能再向公众讲话。
那时，许多天文学家也不赞同哥白尼的学说，其中包括非常有名气的天文学家第谷·布拉赫（公元１５４６～１６０１年）。１５７６年，第谷·布拉赫在丹麦国王支持下建立两座大型天文台，以前所未有的精度观测天象，其测定星星在天空的方位，能精确到１／１５度；在天空中一段１５０度的弧线上，可以分辨星星２０００颗以上。第谷·布拉赫连续观测记录天象达２０年，积累了极为丰富的数据。他认为所有的行星都围绕太阳旋转，但是太阳又围绕地球旋转，地球是不动的。
１５９７年，２２岁的德国天文学家开普勒（公元１５７１～１６３０年）担任第谷·布拉赫的助手，布拉赫将毕生观测所得数据交给开普勒，希望他继续编制世界上最精确的行星运行表。两年后第谷·布拉赫去世。具有深厚数学功底的开普勒经过２０年的研究后发现，依据哥白尼的理论，这些浩繁的数据可以归纳为描述行星运动的三条简单明晰的定律。
这三条定律是：
１． 行星沿椭圆轨道绕太阳运动，太阳位于椭圆的一个焦点上（每个椭圆都有两个焦点）；
２． 连接太阳和行星的线段，在相等的时间内扫过相等的面积；
３． 行星绕太阳运动，椭圆轨道平均半径的立方与周期的平方成正比。
这三条定律对太阳系中所有的行星都适用，也包括地球。根据这三条定律，还可以通过数学计算，预报行星在天空中的位置，而且预报与观测的结果十分相符。
１６１８年，开普勒出版《宇宙的和谐》一书，全面阐述他的发现，从此确定了哥白尼学说在科学史上的地位。
有趣的是，第谷·布拉赫一直反对哥白尼的理论，然而正是他的观测数据，最有力地支持了“日心说”。开普勒发现的行星运动三定律，增强了人们理解宇宙的信心，同时也提出一个新的问题：行星为什么会这样？
正当天上的事情闹得沸沸扬扬的时候，一批欧洲学者开辟了探究地上事物的新途径。他们抛弃了自亚里士多德以来，凭直觉演绎推理的思维习惯，赞赏先哲曾经有过的观念：“研究自然，实验是获得真知最可靠的依据。”以伽利略（公元１５６４～１６４２年）为代表的物理学家，深信实验是自然科学的基础，并使这一哲学论断成为可以操作的科学方法。
伽利略１５６４年出生在意大利，１７岁时进入比萨大学学医，然而使他着迷的是数学和物理学，他没有毕业就离开了比萨大学，专心研究欧几里德的几何学与阿基米德的物理学。１５８９年，２５岁的伽利略获得比萨大学数学教授职位，而当时数学教授薪金是医学教授的１／３０。
伽利略对亚里士多德的物理学理论总是持有怀疑态度，认为那些貌似有理的论断，常常阻断人们追求真理的道路。１５９０年，伽利略在比萨大学进行了有名的自由落体实验，证明亚里士多德关于物体下落的论断是错误的（相传他还在有名的比萨斜塔上做过这类实验）。亚里士多德这位古希腊百科全书式的学者曾经说过：“物体越重，下落的速度越快。”２０００多年来，世人对此深信不疑。然而，伽利略的实验结果表明，在不考虑空气阻力的情况下，物体无论轻重，下落的速度都一样。这项没有任何功利目的的实验意义深远，它动摇了亚里士多德物理学的权威地位，让人们看到，实验是开辟真理之路的犀利武器。
１５９２年，伽利略转至帕多瓦大学任教。医学院的一位朋友请他帮忙发明一种能够探测病人是否发烧的温度计，这对诊断和治疗十分重要。然而，这项发明对当时的学者来说十分困难，因为温度是一种看不见的物理量，且每个人的感觉器官对温度的反应各不相同，这种感觉无法相互比较，无法凭感觉说出温度的具体数值。
正当伽利略一筹莫展的时候，罗马教皇召他进宫审查一种新奇的“永动机”。这是一件由玻璃吹制成的复杂装置，水在密封的容器中不需要任何能源，便可以周而复始地循环流动。伽利略观察了３天，告诉教皇：“这不是‘永动机’，是昼夜温差引起气体膨胀产生的压力变化在驱动水循环”。在返回帕多瓦大学的路上，伽利略突然产生一种联想，可以通过温度变化引起液位移动来测量温度。于是，他请玻璃工匠做了一段带有刻度的玻璃管，一端开口，另一端吹制出一个可以用手握住的空心圆球。将玻璃管开口的一端插入盛水的碗中，让病人用手心握住圆球；病人的热度愈高，圆球中的空气就膨胀得越厉害，玻璃管中的液面也就下移得越多；根据液位在刻度上的变化，可以客观地比较病人体温的变化。
这是世界上第一支依据科学原理制成的温度计，从此人们可以客观地测量并记录温度。
温度是一个基本物理量，自然界的一切过程和生命活动都与温度密切相关，温度计的发明使人类获得了一把打开自然密室之门的钥匙。这件发明的意义还在于，借助与人无关的自然现象，把人类无法感知的物理量变成可以识别的信号，它标志着一种新科学仪器的诞生。
科学仪器拓展了人类感知世界的能力，借助科学仪器进行的实验，能够有效地揭示自然界的因果关系。科学仪器能够以数据形式将自然现象特征记录下来，可以比较在不同的地域和时间进行的实验结果，可以采用数学方法对数据进行演算，并通过严密复杂的逻辑推理，发现深藏在现象背后的规律。
１５９５年，伽利略发现了单摆的等时性定律。他发现，当一段长长的绳子吊着一件重物小角度自由摆动时，周期（摆动一次的时间）与摆动幅度大小无关，与物体重量无关（又与常识不一样），与摆长的平方根成正比，这是人类发现的第一个动力学定律。
根据单摆周期的变化，人们可以测量地球上不同地方重力的大小，估算地球的几何形状；时间测量一直是困扰人们的难题，精确的计时装置必须有一个稳定不变的时间基准，具有等时性的单摆正好可以完成这一使命。由于伽利略的这一发现，使得时钟的走时精度迅速提高，促进了航海事业和物理学研究的进展。
１６０２年，伽利略利用自己设计的实验装置和仪器，研究发现了重力加速度和惯性定律。他发现，在不受外力的情况下物体将保持自身惯性，作匀速直线运动。他还计算出物体抛射出去之后的运动轨迹，指出当抛射角为４５°时，抛射的水平距离最远，为弹道的设计计算奠定了理论基础。
１６０９年，伽利略把荷兰人利帕希发明的３倍望远镜改进到２０倍，第一次用它指向天空，发现了月球的环形山、金星的盈亏圆缺、木星的卫星、土星的光环和组成银河系的不可胜数的遥远星体。在伽利略之前，天文学家只能用肉眼观测星体，由于受视力分辨能力的限制，人类能够看到的天体数目非常有限。采用２０倍望远镜之后，人们在天空中识别星体的分辨能力提高了４００倍，在视觉感受中星体的亮度也增加了４００倍，通过望远镜可以看到的星体的数量，比以前增加了10万倍以上。望远镜拉近了人类与星体的距离，许多遥远、黯淡的天体进入人们视野，天文学从此进入一个新阶段。
伽利略在天空看到的一切，进一步丰富和证实了哥白尼的学说。月亮的环形山表明天界和人间区别很小，都不那么完美；金星的盈亏圆缺只有按哥白尼的理论才能解释；木星也有４个小“月亮”围绕自己旋转；地球和木星简直像同一家族的成员。在望远镜里发现的宇宙范围，远远比人们估计的要大，没有观察到恒星视差是必然的事，并不能成为反对哥白尼学说的理由。
１６１０年３月，伽利略将他的新发现写成一本小册子，名为《星空信使》。人们欢呼：“哥伦布发现新大陆，伽利略发现了新宇宙！”然而，当时许多哲学家和天文学家告诫人们：“伽利略从望远镜里看到的是虚假的东西，那是幻觉。”他们自己则坚决不看伽利略的望远镜。就在这本小册子出版的第二年，伽利略的名字上了宗教裁判所的黑名单。
１６３０年，伽利略用当时人们全能看懂的意大利文（当时学者写书，只用少数人能看懂的拉丁文），写出了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书，进一步阐述哥白尼理论，详细描述用望远镜在月球上看到的情景，讨论月球表面的地质构造，用运动的相对性原理回答人们对地球自转的诘难，用地球绕太阳公转说明四季星空变化的原因。
这本书于１６３２年３月获准出版，同年８月即被列为“禁书”。第二年的３月１２日，伽利略在罗马宗教法庭受审，６月２２日被宣判终身监禁，罪名是“反对《圣经》，宣扬‘日心说’”。
伽利略在被监禁期间，仍然继续他所钟爱的学术研究。１６３７年写出名为《两种新科学》一书，详细阐述了在材料力学和运动力学方面的研究结果。５年之后，早已双目失明的伽利略，在监禁中离开了他一生都在探索的世界。
４００年后，爱因斯坦（公元１８７９～１９５５年）在评价伽利略时说：“他的发现和他所应用的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。”
就在伽利略去世的同年，牛顿（公元１６４２～１７２７年）诞生。
１７世纪，探究自然在欧洲一些国家开始成为一种风气。人们欣赏伽利略的风格而厌恶夸夸其谈的雄辩。许多敏锐的探索者不仅具有丰富的想象力，也擅长实验，他们常常设计出非常有智慧的实验方案，让大自然显露其秘密。在不同的学科领域，人们相继发现了许多重要的现象和定律。这时，人类的发明活动开始摆脱对经验的依赖，建立在科学发现基础上的新技术发明，使人们有可能完成从前无法企及的工作。
１６４３年，即伽利略去世后的第二年，他的学生托里拆利（公元１６０８～１６４７年）发现了大气压力，使人们开始研究身边无时不在的空气。
当时，在欧洲的一些地方，人们已经注意到用水泵抽水时，水只能上升到１０米高。以前人们一直用亚里士多德的理论解释水泵的工作原理，认为是水泵活塞的提起带走了空气，而大自然厌恶真空，水才会自动上升填充空气原来占有的地方。然而，一些人产生了疑问，为什么在１０米以上的地方，大自然就不“厌恶真空”呢？
托里拆利认为，一定是一种有限的力在推动水柱上升，他想用一个实验测量这个力的值。于是，他和助手准备了一个盛有水银的盘子，用玻璃制做了一根１．２米长，且在一端封口的细管；先在管里注满水银，用指头封住水银的出口，把管子倒过来插在盘子里，松开手指头，玻璃管中的水银就开始向下流动；当水银柱上端液面下降到７６０毫米时，就停住不动了。托里拆利马上做了一个简单的计算，发现７６０毫米水银柱产生的压力，正好相当于１０米水柱的压力（水银的密度是水的１３．６倍）。原来是空气产生的压力托起了管中的水银柱，也是同样的力使水沿着抽水机管道上升。
托里拆利更换不同长度的玻璃管进行试验，结果发现水银柱总是停留在７６０毫米的地方。他还发现天气变化时，水银柱的高度会有微小变化。
在这个实验中，托里拆利获得了３项重要结果：
１． 用最简单的办法造成了真空（真空是没有任何物质的空间），从水银柱上端液面到玻璃管顶部的空间就是没有任何物质的真空，大自然并不“厌恶真空”。真空的发现，为２５０年后电子学诞生准备了最重要的条件；
２． 证实了大气压力的存在，而且非常方便地测出了它的数值，一个盘子和装有水银的玻璃管就是气压计。
３． 大气压力是变化的。
通过一个简单的实验便获得如此丰富的信息，可谓科学的幸事。数百万年来人类一直生活在大气之中，然而直到这项实验进行之后，人们才知道大气压力的存在。大气压力的发现，对理解地球上发生的各种自然现象，以及了解生命活动，都具有极为重要的意义。
大气压力的发现迅速引发了一系列新的探索活动。
１６４９年，德国工程师盖里克（公元１６０２～１６８６年）发明了真空泵，利用真空泵可以抽出密封于容器中的空气。他受托里拆利实验的启发，在装满水的木桶上连接抽水机，设想当木桶中的水被抽走，就会形成真空。然而，由于木桶不够结实，在抽水的过程中漏气，有时甚至还会被外面气体的力量压破，因而总是失败。盖里克把木桶换成结实的厚壁铜球，这项试验才获成功。
虽然这是一种十分不方便的抽气机，不过，像任何新事物一样，第一件发明物品肯定是最先进的，然而又是最不好用的。后来，盖里克模拟水泵的原理，在一段圆形金属管光滑的内壁中装上可以往复运动的活塞，且活塞前后各有一个可以单向开启的阀门，当一个阀门打开的时候另一个就会闭上；把这样的金属管连接在容器上，往复移动活塞，容器中的气体就会越来越稀薄，这样就做成了实用的真空泵。
盖里克发现，在抽去空气的容器里，小动物不能存活，蜡烛不能燃烧，食品却可以长久保持新鲜。这些发现启发人们思索空气的成份，空气与人的关系，促进了化学、生物学和医学的发展。
１６６０年，盖里克经观察发现，坏天气到来的前两三天，气压计的读数会发生微小变化，水银柱大约会下降１～２毫米，于是他开始用气压计预测风暴和降雨。这是人类最早的科学气象预报，因为气压降低会造成空气升腾，产生强烈的空气流动，这是形成风和雨的先决条件。
盖里克后来担任德国马德堡市的市长，在任３５年。为了让人们相信大气有压力，１６５４年他当面为德国皇帝和国会议员进行了历史上传为佳话的“马德堡半球实验”。这是一次极具戏剧性的科学实验，他把两个直径５０厘米的铜质半球沿口涂上油脂对接，抽去球中的空气，在大气压力作用下，两个半球紧紧扣合在一起，半球上焊有结实的铜环，他让两支马队朝相反的方向分别用力拉两个半球，结果用了１６匹马才把它们拉开。
今天，人们知道，在海平面附近，大气压力在１平方厘米面积上产生的力量，大约相当于１千克物体产生的重力，大气压力使马德堡半球结合在一起的力量，大约相当于２．４吨重物产生的压力，确实需要那么多的马才能将其拉开。
而盖里克以市长和科学家双重身份邀请公众观赏科学实验，也是一大发明。
托里拆利发现大气压力的消息传到法国巴黎，使一位具有哲学头脑与数学才干的年轻人产生了新的思考。他认为意大利物理学家用水银柱量出的大气压力，实际上是空气重量产生的力。根据大气压力有限的数值，他推测围绕地球的空气也应该是有限的，而且随着高度上升，大气的压力会逐渐减小。他让人带着水银气压计登上高山观察气压计读数的变化，当实验者带着两个气压计登上当地一座海拔１６００米的山峰时，气压计水银柱液面下降了７．５厘米，这表明山上的大气压力与山下相比减少了１０％，实验者又多次重复进行试验，结果完全一样。哲学和数学赋予实验物理学家获得的结果以新的涵义，使人们获得了更多的与大气有关的知识。同时，根据大气压力变化和高度的关系，人们发明了用气压计测量高程的方法。直到今天，旅行者和飞行员仍喜欢使用这种方法测量高程。
这位聪明的年轻人就是法国杰出的学者帕斯卡（公元１６２３～１６６２年），他不仅是哲学家、数学家、物理学家，还是一位发明家。
１６４２年，帕斯卡１９岁时发明了最早的机械计算器，该计算器利用齿轮和精巧的传动机构组合，能够进行加减运算，而不需要使用笔和纸演算，也不需要记录计算的中间过程，只需操作机械按钮，便可以直接得出计算结果。这是人类最早借助机器进行脑力劳动的发明。
同时，帕斯卡还致力于流体静力学的研究，发现了继阿基米德的浮力原理之后另一条极为重要的定律：静止流体中压强处处相等。他的这一发现使得人们通过技术发明，可以产生从未有过的巨大的力。例如，在与密闭液体容器相连的直径１厘米的管道中，安装一个活塞，用手轻轻按压活塞施加相当于１千克物体重量的推力，在容器另一端直径１米的管道中的活塞可举起１０吨重的物体。阿基米德发明了通过杠杆放大力的技术，帕斯卡则发明了通过静止的液体增大人类力量的方法。今天，能够使巨大的钢铁工件迅速改变形状的万吨水压机，以及使人们轻而易举托起汽车的油压千斤顶，都源于帕斯卡的发现。
毫不夸张地说，科学可以使人成为巨人。
帕斯卡是一位具有公民意识的科学家，他提出并亲自实践了最早的城市公共交通设想。１６６０年，在去世的前两年，他与合伙人创建了巴黎的公共马车营运机构，巴黎的５条线路，每条线路有７辆８座马车循环运行。
托里拆利发现大气压力的消息传到英国，一位深受伽利略影响的青年学者对空气产生了浓厚兴趣。他以一种特殊方式研究无处不在的空气，同时发现了空气运动变化所遵循的基本物理定律，发现了空气与生命活动之间不可分割的联系，他就是有名的英国科学家波义尔（公元１６２７～１６９１年）。
波义尔把托里拆利当年使用的玻璃直管换成一端封口的Ｕ形管，从开口一端向管内注入水银。水银把存留在Ｕ形管中的空气挤压到一边形成空气柱，水银注入越多，空气柱的高度就越小。根据注入的水银量可以算出空气柱承受的压力，精确测量压力和空气柱高度间的关系。他发现，残留在密闭管中的空气体积与压力成反比，这表明空气有弹性，是可以压缩的。这项实验还表明，如果不断减小压力，一定量的空气可以无限扩张，渗透到很大的空间范围。
这是科学家发现的第一个关于气体物理性质的定律。波义尔的这一发现，使人们可以设计制造更好的抽气机和空气压缩机，可以理解和研究自然界中气体的运动，启发人们发明多种多样以空气为介质的工具和机器，还为蒸汽机的发明奠定了重要的理论基础。
波义尔还观察到空气压力对水沸点的影响。空气压力越小，水沸腾的温度愈低；空气压力愈大，水沸点愈高。这项研究直接导致真空干燥技术和高压锅出现。
波义尔是一位科学家，又是一位发明家。１６５４年，他和英国物理学家胡克（公元１６３７～１７０２年）一道改进了德国人盖里克发明的真空泵，这种新的真空泵抽气快、真空度高。波义尔用它进行了许多研究，并从木材的蒸馏物里得到了丙酮与甲醇。他还用密封管改进了伽利略发明的温度计，消除了大气压力变化对温度测量的影响。
波义尔是一位具有哲学家气质的科学家，在观察分析纷乱复杂的化学反应时，他提出了元素的概念，并且首次区分了化合物和混合物，为近代化学奠定了重要基础。波义尔还是一位淡泊名利的学者，他拒绝了英国王室授予的贵族爵位。热爱他的人在他的墓碑上刻下这样一行字：“化学之父，伯爵的叔父”。
科学的进步增加了人们了解世界的能力，许多新的测量技术应运而生，使得人们能够超越感觉器官的生理极限，获取不曾知道的大自然信息。
１６００年，曾担任英国王室掌印大臣的哲学家弗兰西斯·培根（公元１５６１～１６２６年）向科学家提出，可否根据观察远处大炮的火光和听到大炮声音的时间差，测量声音的速度。１６４０年，梅塞尼利用精确的计时仪器完成了这项实验，测得声音在空气中传播的速度大约每秒钟３００米。
遗憾的是，弗兰西斯·培根没能看到这一实验结果。虽然他不是职业科学家，但其一生都主张人们通过实验研究自然。
１６２６年，６５岁的弗兰西斯·培根想知道防止食物腐败需要多么低的温度。在寒潮袭来的一个大雪天，他在室外把雪塞进鸡的肚里做试验，因感受风寒而患重感冒，后来转为肺炎，不久便离开了人世。
１６１３年，沙伊纳通过望远镜观察太阳黑子方位的变化，发现了太阳自转现象并测定其周期为２５天。
１６５０年，盖里克发明了抽气机，此后，他又测量密封容器抽空前后重量的变化，得出空气比重是每立方米约１千克，比人们想象的重得多。
１６５７年，荷兰物理学家惠更斯（公元１６２７～１６９５年）改进了伽利略设计的单摆时钟，按照精确的数学计算令钟摆划过一条不同于圆弧的曲线（数学家称其为摆线）控制擒纵机构，使时钟走时误差从每天１小时减至５分钟。１６７５年，他把决定走时精度的钟摆换成“摆轮”，这是一个精巧的小轮子和纤细的弹簧连在一起，随着弹簧张驰，周期性地改变转动方向，利用它控制时钟齿轮的运动。用摆轮代替钟摆，时钟处于水平位置也能使用，而且走时误差可以减至每天两分钟。这种精巧的时钟体积可以做得非常小，以便放在衣袋里，人们称它为“怀表”。从此，时钟由一种庞大的计时仪器变成普通人的日常生活用品，能以更加有效的方式影响和规范人们的活动。
有了精确的计时仪器，人们便可更加准确地观察并研究自然界的运动变化过程，并且有条件做到对自然的探索，从空间关系的描述发展为对时间过程的追踪，这有助于人类揭示更多的奥秘。
早在弗兰西斯·培根提议测量声音速度时，人们曾认为光速非常快以至无法测量，无论光从多远的地方发出，总会“立即”到达观察者的眼前，人们看见光的时间并未滞后。７５年之后，一位天文学家使人们改变了这种看法。
１６７５年，丹麦天文学家罗默（公元１６４５～１７１５年）用望远镜连续观测木星后发现，绕木星旋转的４颗卫星在不同的月份，隐去（它们发出的光被木星遮挡）和复现的时间间隔并不相同。作为天文学家，他清楚地知道木星和地球绕太阳运行的轨道，在不同的时刻，地球与木星的距离发生变化，这种时间上的差异，只能是由于光以有限的速度传播所致。经对天文观测数据进行仔细分析，罗默计算出光的速度是每秒２２．７万千米，比今天测量出的光速小１／４。他发现光速是有限的，而且测出了它的值，这是自然历程中人类认识的一次飞跃，对人类形成正确的宇宙观，理解自然界更深层次的规律，创造崭新的技术，意义都非常深远。
古往今来，人类渴望了解自己。这既出于治疗疾病的需要，又源于解开生命之谜的强烈内心需求。然而了解人类自身比洞察身外的事物困难得多。因为生命过程极为隐秘复杂，而且人类有一种天性，不情愿解剖同类的遗体。在漫长的欧洲中世纪，尸体解剖被视作罪孽，只有在救治伤员进行外科手术，或法医为弄清事实真相进行尸检时，才可以获得关于人体的零星知识。长期以来，包括医生在内，人们对人体构造和器官组织的了解非常少。
１４世纪，欧洲淋巴腺鼠疫流行，造成近１／３人口死亡，为了查清病因，教会第一次允许进行尸体解剖。１５３１年，教皇克莱门蒂７世正式批准，尸体解剖合法。从此，有关人体的解剖研究相继在意大利和法国巴黎的几所大学开展起来，博洛尼亚大学还专门建立了一座有数百个台位的露天环形解剖教室。
１５４３年，出生在比利时的维萨留斯（公元１５１４～１５６４年），出版了他的著作《人体结构》，这本书共分７卷，包括“骨骼系统”、“肌肉系统”、“血液系统”、“神经系统”、“消化系统”、“脑感觉器官”与无法归入上述系统的其他器官（统称“内脏系统”）。
维萨留斯担任过军医，处理过许多由火器造成的严重外伤（当时，欧洲的枪炮已经开始取代冷兵器），又曾在帕多瓦大学担任解剖学教授，后来到西班牙担任宫廷御医，具有丰富的医学知识。他曾经说：“只有勤于思考才能拯救人类，否则一切事物都将面临死亡。”
文艺复兴时期，著名画家提香的学生卡尔卡也是一位造诣极深的解剖学家，他为《人体结构》一书绘画了所有插图。这套图文并茂的书为西方医学奠定了重要基础。
这一时期，从事解剖学研究的其他学者，也已不再局限于对人体器官组织的形态描述，而开始探究它们对人体生命活动的意义。
１５５３年，出生在西班牙的塞尔维特（公元１５１１～１５５３年），发现心脏右下方小室（医学上称为右心室）中的血液，通过与肺相连的动脉进入肺叶，尔后通过肺静脉回流到心脏左上方的小空腔（医学上称为左心房），再流向全身。这种从心脏到心脏的血液流动过程，被称为“肺循环”。这一发现使人们第一次弄清肺和心脏的关系。塞尔维特在秘密出版的《基督教的复兴》一书中陈述了这一发现，教会认为它与相关教义抵触，便于１５５３年４月４日逮捕了塞尔维特。后来，塞尔维特逃出监狱，但又在日内瓦被新教的首领加尔文（公元１５０９～１５６４年）抓住。加尔文操纵２６人组成的法庭，秘密判决塞尔维特火刑。１５５３年１０月２７日，塞尔维特被押往日内瓦南面的尚贝尔山活活烧死，死前被残忍地用火烤了近半个小时。
１６０３年，意大利医生法布里修斯（公元１５３７～１６１９年），发现人体静脉壁有许多仅能单向打开的小瓣膜，它们使血液只能沿着回到心脏的方向流动。如果血液逆流，瓣膜就会立即关闭。
１６１６年，英国医生哈维（公元１５７８～１６５７年）发现了血液循环的完整过程。并于１６２８年出版《心血运动论》一书，详细地论述心脏功能和血液在人体中循环运动的规律，为医学和生命科学奠定了最重要的生理学基础。
此前，人们一直相信罗马帝国的御医盖伦（公元１３０～２００年）关于人体血液的理论。盖伦出生在希腊，曾做过斗兽场的外科医生。１４００年来，盖伦的学说一直被奉为医学经典。他认为，人体肝脏产生的血液，通过静脉的潮汐运动到达心脏，心脏使血液进入动脉被人体吸收。
哈维通过对心脏的解剖研究，发现心脏是由４个小室构成的空腔，两侧上下腔之间由瓣膜相连，而左右腔互不相通。从静脉流入心脏的血液不可能直接进入动脉。他测量了人体心脏的实际体积，发现心脏可以容纳的血量最多只有０．５升左右。如果每次心脏搏动排出０．２升血液，以每分钟搏动７２次计算，１小时排出的血液大约有８６４升，已经超过了普通成年人的体重，人体不可能在１小时内造出如此多的血液（人体全部血液大约５升左右），因此他判断血液应该在人体中循环流动，而心脏的作用相当于一个泵。
在《心血运动论》中，哈维陈述了这样的景象：人体的血液由静脉流入心脏右上方的小腔（现在称为右心房），通过下方的瓣膜进入右下方的小腔（右心室），右心室肌肉收缩时推动血液流入肺动脉进入肺部，这时上方的瓣膜关闭。从肺部回流的血液又进入心脏左上方的小腔（左心房），通过瓣膜进入左下方的小腔（左心室）。左心室肌肉收缩，推动血液通过主动脉流向全身，这时，上方的瓣膜关闭，防止血液回流到左心房。心脏就是这样周而复始地工作，实现人体的血液循环。
当时，哈维不能解释的是，在人体内，流入动脉的血液如何进入静脉。直到１６６０年，意大利医生马尔比基（公元１６２８～１６９４年）在显微镜下发现，密布于人体的毛细血管把动脉的末稍和密如蛛网的静脉连接起来，才最终完整地阐释了人体血液循环的全部过程。血液循环的发现，标志着近代医学的诞生。基于这一重大发现，与人类健康相关的新药物与医疗技术新发明相继出现。
这时，一件科学仪器把医学和生命科学推向新的领域。它就是显微镜。显微镜帮助人们发现了从未见过的微小世界。在显微镜下，世界变得比望远镜里的星空更加不可思议，更加复杂。人眼的分辨极限大约是０．２毫米左右，最小只能看清发丝一般粗细的物体。而显微镜使人眼的分辨能力提高了数百倍。
最早的显微镜出现在１５９０年，与第一架望远镜问世的时间相近。但是由于显微镜片磨制极为困难，它的焦距很短，光像常常产生严重的变形，直到６０多年以后显微镜才进入实用阶段。１６６５年，英国物理学家胡克发表其在显微镜下观察昆虫和植物组织的结果，并且首次使用了“细胞”一词。此后不久，荷兰科学家斯旺麦丹（公元１６３５～１７０３年）采集了３０００种昆虫标本，在显微镜下进行仔细观察，而且还在显微镜下进行昆虫解剖研究，为现代昆虫学奠定了基础。他利用显微镜还发现，以往被人们认为“生命自然产生的地方”都有肉眼看不见的小卵，指出生命不可能“无中生有”。
１６７５年，出生在荷兰的“业余科学家”列文虎克（公元１６３２～１７２３年）用其磨制的单镜头显微镜在１滴雨水中看到了单细胞原生动物。他磨制镜片的技巧高超，磨制出的镜片能将物体放大２８０倍。１６８３年，列文虎克从自己的牙齿上随意取了一点食物残渣在显微镜下观察，发现了比原生动物还要小的细菌。１６８８年，他在显微镜下看到了人血和哺乳动物血液中的红血球。
细胞的发现使人类找到了生命活动的基本单元，细菌的发现则使人类看到了许多种隐形致病元凶的真身。显微镜的发明对生命科学和医学的进展，具有不可估量的意义。
当人们专心研究地上事物的时候，有一个英国人在沉思：天上的星星是否也遵循地上物体运动的规律？如果有普遍遵循的规律，这个规律是什么？这个人就是后来发现物体运动定律和万有引力定律的物理学家艾萨克·牛顿。
牛顿认真分析了意大利物理学家伽利略关于物体惯性和自由落体的研究结果，他想象月亮之所以不即不离周而复始绕地球运动，应该有一种来自地球的吸引力约束它。地球吸引一切物体落下的力量，会延伸到遥远的空间作用于月球，就像用绳子系着一块小石头，手握绳子的另一端甩动绳子，石头就会做圆周运动一样。其实在牛顿之前，已经有很多人产生过类似的联想，但是他们都没有回答这种力有多大？服从什么规律？这种思考仅仅限于哲学的范畴。
牛顿注意到，伽利略曾经测量出在地球表面上物体自由下落时，在重力作用下产生的加速度与高度有关，海拔愈高，重力产生的加速度愈小。这表明地球对物体的吸引力，随着物体到地心距离的增加而减少。在一部古希腊天文学文献中，牛顿注意到天文学家希帕恰斯（公元前１９０～１２５年）曾经根据月全蚀地球阴影掠过月面的时间，估算出月球到地球的距离是地球半径的６０倍，地球的引力使月球产生的加速度，应该比在地球表面的重力加速度小得多。
牛顿的数学修养很深，尤其擅长运用几何与代数相结合的计算方法（今天人们称为解析几何学），根据希帕恰斯得到的月地距离的数据和月球绕地球运动一周所需要的时间（２７天７小时４３分），计算出地球的引力使月球产生的加速度，正好是地球表面重力加速度的３６００分之１，３６００正好是６０的平方。这种巧合，使牛顿做出一个大胆的假定：任何两个物体之间都存在相互吸引的力量，引力的大小与这两个物体距离的平方成反比。牛顿还提出另外一个假定：力是引起物体运动的原因。物体受力运动时遵循一条简单的规则，力等于质量乘以加速度。
根据这两条假定，牛顿运用自己创造的微积分数学方法，成功地解释了被称为天体运行之谜的开普勒行星运动３定律。基于这两条假定，牛顿计算出的水星、金星、火星、木星和土星的运行轨道，与天文观测的结果完全符合。
牛顿上述研究工作是从１６６６年开始的，２０年之后他建立了自己的理论体系。１６８７年，牛顿《自然哲学的数学原理》一书出版，全面阐述了他所发现的关于宇宙间物体运动和相互作用力的规律，把早年的２条假定变成了４条定律。前３条说明力如何改变物体的运动状态，第４条以数学形式表述存在于一切物体之间的引力（简称万有引力）。
关于运动的三条定律是：
１． 物体在不受外力作用的情况下，保持匀速直线运动；
２． 外力引起物体运动状态改变，力等于物体质量与加速度的乘积；
３． 当物体相互作用时，作用力和反作用力分别施加在两个不同的物体上，大小相等，方向相反。
万有引力定律是：任何两个物体之间都存在相互吸引力，力的大小与这两个物体质量的乘积成正比，与距离的平方成反比。
运用牛顿的理论，人们虽然能够满意地解释许多与运动和力相关的自然现象，能够用严密的数学方法推算出神秘的开普勒行星运动３定律，但人们还是不相信自然界有如此简洁普遍的规律。
１７２７年牛顿去世。后来发生的３件事，最终消除了人们对牛顿力学提出的天体运行规律的疑虑。
１７世纪，人们已经注意到钟摆摆动的周期（摆动一次的时间）在接近地球赤道的地方会变长，而在靠近两极的地方会加快，就是说，地球的引力在赤道附近略有减少，而在两极附近略有增加。人们推断，如果牛顿万有引力定律是正确的，那么，地球的形状不应该是一个理想的球体，它应该更像一个桔子，赤道附近向外凸出。
１７３５年，法国科学院命两支考察队分别到秘鲁临近赤道的地方和北极圈附近斯堪的那维亚半岛北部的科普兰，精确测量地球子午线上１度的弧长，因为它能够表明地球的形状变化。如果地球确实向外凸起，弧长会减小，如果地球变得扁平，它会增大。１７３８年，北线考察队公布了在北极圈附近的测量结果，子午线上１度的弧长与其在巴黎的值相比，大约增加了千分之七；１７４５年，南线考察队公布在赤道附近测量的结果，却比巴黎的值小。两队的报告都以《地球的形状》为题，证明地球确实是扁的。
牛顿在《自然哲学的数学原理》第３卷中曾经提到，有的彗星也按椭圆轨道运行，由于它们距离地球非常远，因而只有当它们距太阳最近的时候才能被人们看见（这样的位置称为“近日点”）。１７０５年，英国天文学家哈雷（公元１６５６～１７４２年）用牛顿提出的理论分析几颗最亮的彗星的天文观测数据，发现１６８２年出现的那一颗与１６０７年、１５３１年出现的十分相似，它们都按照扁长的椭圆轨道运动。这些椭圆具有极为相近的共同特征，他推断它们应该是同一颗星，并预言下一次它将在１７５８年出现。他说：“如果１７５８年它果然再现，后代人应该记住，发现它的功劳应当归功牛顿。”
１７４２年哈雷去世，曾经参加斯堪的那维亚半岛北部子午线长度测量的法国天文学家克莱罗，按照牛顿提出的方法精心计算，预测１７０５年哈雷预言过的这颗星，将于１７５９年４月中旬重新出现在天空（到达它的“近日点”）。１７５９年３月１４日，人们在克莱罗预指的天空方位发现了这颗星，与这位天文学家预言的时间仅差１个月。后来，人们建议把这颗星称为“哈雷彗星”。１８３５、１９１０和１９８６年，哈雷彗星都准时再现，科学家预计它下次出现的时间将是２０６１年。
正确的科学理论不仅应该合理地解释已经观察到的自然现象，还应该预见未来将会发生的事情。１８４５年，牛顿的理论再一次经受科学的检验，科学家利用它预言一颗行星的存在，天文学家的观测结果证实了这一预言。
１７８１年３月１３日，赫歇尔（公元１７３８～１８２２年）用望远镜偶然发现了太阳系的第６颗行星——天王星。人们用牛顿力学计算天王星的轨道，预报它的位置，但是总与实际观测不符。有两个人认真分析了理论计算值与天文观测数据的差异，此后各自独立地提出：可能存在另一颗行星，它的引力干扰了天王星的运动，并且算出这颗想象中的行星的质量和轨道。他们中的一位是英国大学生亚当斯（公元１８１９～１８９２年），另一位是法国天文学家勒威耶（公元１８１１～１８７７年）。勒威耶把他的计算结果告诉了柏林天文台，１８４６年９月２３日夜间，柏林天文台在勒威耶预言的方位发现了一颗新行星，天文台的工作人员以平静的语气告诉勒维耶：“先生，您说的那颗星，它在那儿。”这是天文学史上第一颗通过理论计算发现的行星，天文学家以希腊神话中一位神的名字为它命名，称为“海王星”。海王星的发现，是牛顿力学和万有引力定律最有力的证据。这时，牛顿离开人世已经１１９年。
２０世纪初，美国天文学家洛威耳根据类似的计算，预言海王星之外还应该有一颗行星，后来也被天文观测证实，这颗行星被称为“冥王星”。
牛顿使人类对自然的认识达到前所未有的高度。人们惊奇地看到，地上的尘埃和天上的星星居然遵从共同的运动法则。科学通过细致的观察实验与严密的逻辑推理，揭示出自然界普遍存在的规律。科学不仅帮助人们理解自然现象，而且有可能预见自然界将会发生的现象，并赋予人们前所未有的能力解决面临的实际问题。神学在科学面前黯然失色。
人们把１６８７年牛顿《自然哲学的数学原理》一书出版，作为近代科学诞生之年。近代科学的诞生，成为人类发明活动的分水岭。
