Ⅳ. 十八世紀
        第十八世紀沒發生新的革命。牛頓的理論變成很多人都知道也能瞭解的，
    也有很多新的應用和計算方式發展出來。哲學家和神學家覺得因為牛頓的定律
    解釋了那麼多事情，好像幾乎沒什麼事情需要神來做，許多人也就開始偏向無
    神論。

        十八世紀末有一些很重要的發現。 美國的 Benjamin Franklin 和歐洲的
    幾個人發現靜電。   William   Herschel   於  1781  年在英國發現天王星
    (Uranus) ，給太陽系增加一顆比土星還遠的新行星。


    Ⅴ. 十九世紀
        很久以來天文學家都在想，為什麼火星和木星的軌道之間有那麼大的空格
    ，好像在那空格裡面應該有多一顆行星。他們花很多時間去尋找它，結果沒找
    到單獨一顆大的行星，卻找出很多小的，叫做「小行星」 (asteroids) 。 義
    大利人 Giuseppe Piazzi 在 1801 年 1 月 1 日， 十九世紀的第一個晚上，
    發現第一顆小行星。

        天文學家已經知道恆星離我們的距離至少有很多光年。這是說我們所看到
    從恆星來的光線是走了很多年的路才到達我們的。但還沒有觀測任何一顆星的
    距離。 當儀器終於發展到靈敏度夠高到能測出那麼小的夾角的時候， 他們在
    1838年用視差測出最近星球的距離是二十光年以下。

        天王星運動觀測的結果出現有一點偏離了牛頓定律所預測的。兩個歐洲很
    出名的數學家就用這偏離的數據來預測比天王星還遠有另外一顆行星，也估計
    它的位置。 結果天文臺在 1846 年發現海王星 (Neptune) 在所預測的位置。
    這就給牛頓定律很大的驗證，表示這些定律真的是萬有的。

        科學家也繼續研究電和磁的現象，發現這兩種現象互相有關係。 在 1865
    年 Maxwell 發表他的出名的 Maxwell's 電磁學方程組。他的理論表示光是一
    種電磁波，所以將光學跟電磁學合併在一齊。

        化學家發現很多有關不同材料之間的反應的規則，但沒什麼理論能夠解釋
    這些規則。元素的週期表就提供了元素和化合物的觀念。反應裡面所觀測到很
    準的比例，就導致「物質是由原子組成的」這觀念。

        十九世紀末，科學家開始發覺有時候一些特殊的原子會射出帶電的粒子，
    就推論原子是由帶正負電荷的粒子組成的。這就表示「原子」這名稱，在希臘
    文的意思是「無法切開的」，是錯的，原子不是最小而不能切開的粒子。

        有了這些發現，就可以解釋「天為什麼是藍色的」。這似乎是很簡單的事
    實，事實上很不簡單，為了解釋它要知道天是什麼，是空氣，空氣是由原子組
    成的，原子是由帶電的粒子組成的。也必須要知道光和顏色是什麼，光是電磁
    波，不同顏色的光有不同波長，也必須要知道光和原子之間有什麼相互作用。

        熱力學的觀念和定律被發展出來。     第一定律，     「能量不滅」（
    conservation of energy ），是物理的最基本定律之一， 應用到所有已知的
    現象。這定律說不能白吃午餐，不能創造能量，只能把能量從一種狀態轉換到
    另外一種。 第二定律，「熵不減」（ increase of entropy ），跟第一一樣
    寬廣，不只說沒什麼免費的東西，也說無法避免浪費，宇宙中能用到的能量一
    直在減少。任何物理系統的變化過程都要使系統的混亂性漸增。

        地質學的岩層研究逐漸發現地表的年齡至少有 10,000,000年， 不只是幾
    千年而已。

        在生物學裡一種革命性的新觀念得到大部分的人的認同， 1859 年，「達
    爾文」（ Darwin ）出版「物種源起」，介紹進化論和天擇的觀念來解釋生物
    的存在。這當然跟基督教的聖經立場有很大的差別。


        在遺傳學有兩個重要的突破。第一個是「孟德爾」（ Mendel ）的「遺傳
    學定律」。雖然這是在 1859 年以前已經被發現也發表了，而且在達爾文的辦
    公室有一份登載這篇文章的期刊，但他從未看過。他去世以後，有人發現那份
    期刊還是封住的。第二個，別人也發現突變的現象。

        光譜學的儀器和數據正在發展中。任何一種材料可以燃燒或加熱使它發光
    ，就可以用「光譜儀」將光分成不同波長。結果，各種化學元素和化合物都有
    它不同的光譜，這樣可以得知一個未知的樣品的成份。有了實驗室觀測而來的
    這種資料，就可以分析從天體來的光線。雖然我們無法走到行星和星球那邊，
    卻還是能夠得知它們的化學成分。

        在十九世紀末，科學家都因為他們驚人的進步而覺得很很驕傲，科學好像
    「大功告成」，只剩下幾個「小問題」他們還沒想辦法用那時候所知的物理定
    律來解釋，但他們有把握這些問題過不久就會解決。這些問題是：
              Michelson-Morley 實驗，光速不會變
              黑體輻射光譜（blackbody radiation）
              原子的結構、穩定性、線光譜
              輻射性元素所發射的α、β、γ 輻射線
              光電效應，光和物質之間的互作用

        我們現在知道他們太過自信了。那些「小問題」在二十世每一個都導致了
    革命性新的發現。在 1900 年以前所知道的物理定律現在叫做「古典物理」，
    在二十世紀所發現的定律叫做「近代物理」。現在沒有一個科學家敢預測說科
    學工作有做完的一天。

    Ⅵ. 二十世紀
        在 1905 年，「愛因斯坦」（Einstein）在瑞士發表三篇文章：
          「狹義相對論」（special relativity）：四度時空、能量-質量對換
          「伯朗運動」（Brownian motion）：原子和分子
          「光電效應」（photoelectric effect）：光的能量是量子化的

        這三篇中每一篇都是物理上歷史性的突破。愛因斯坦的相對論是一個全新
    的時間空間觀念，重新改寫了運動和電磁定律。他對伯朗運動的分析是最先表
    示原子和分子存在的直接觀測方法。他對光電效應的解釋是量子物理的開始。
    這三篇文章是牛頓停課的那一年之後在新思想上最大的進步。

        在 1915 年愛因斯坦發表「廣義相對論」（ general relativity ）有不
    變的法則，時間－空間－物質之間的關係式，這就對萬有引力提供了新解釋。

        在 1909 年， Ernest Rutherford 發現原子核， 原子裡面的一個小物體
    ，原子的質量幾乎都集中在它裡面，正電也都在這裡面。以後原子核的研究就
    發現兩種新的力，弱力和強力。

        量子物理學源自於 1920 年代，成功地解釋原子的結構和它們所發射的光
    譜。它基於幾個基本觀念，包括「波粒雙重性」和「測不準原理」。從牛頓的
    時候，物質被認為是一個簡單、準確的系統，但並不是。


        「電弱統一理論」源自於 1960 年代，把電磁和弱力合併在單獨一個理論
    。這在往把所有分開的物理定律合併成單獨一個理論的目標的路上，是又一個
    里程碑。現在物理學家正在尋找「統一場論」（ Grand Unified Theory, GUT
    ），希望強力和萬有引力也能夠包括在其中。

        高能物理從研究輻射性元素所發射的輻射線和宇宙射線開始。以後就作粒
    子加速器，發現很多新的粒子，當初令他們覺得很迷糊但以後導致現在「夸克
    」（ quark ）的理論，說很多粒子是夸克組成的。 但按這理論，夸克是看不
    見的，不可能在那些包含它們的粒子的外面分開出來觀測它們。從來沒有這種
    理論，這就引起了一些很有趣的哲學問題。有一些理論也牽涉到「多度空間」
    ，說可能在我們所看見的三度空間以外（或說四度，包括時間）事實上還有很
    多度，可能十度以上。這有什麼意義呢？這幾度空間是真的存在嗎？我們所謂
    「真的」是什麼意思呢？一個理論是什麼？

        在 1980 年代有人發明「掃描穿透顯微鏡」，這就是第一次能夠直接看得
    出個別的原子。

        在二十世紀末就看到「混沌理論」（ chaos theory ）的發展，能夠處理
    很複雜的，以前的方法無法分析的問題，包括不可預測的系統和亂流。

        在 1930 年，美國人 Clyde Tombaugh 尋找幾年以後就「按預測」發現冥
    王星（ Pluto ）。 這之前有人基於海王星的運動似乎有一點點偏差就預測另
    外一顆行星的存在，就像海王星是因為天王星的偏差而預測的。但冥王星太小
    ，不能造成任何干擾，天文學家發現所謂的干擾其實只不過是很小的觀測誤差
    而已。

        天文學家對宇宙的瞭解繼續進步，因為做更大的望遠鏡和靈敏度更高的儀
    器就漸漸可得知銀河系的結構及大小，是一個「星系」（ galaxy ），一個扁
    的圓形的直徑約 100,000 光年的系統，太陽距離中心很遠，至少 25,000光年
    。一光年就是光線在一年的時間所走的距離， 10,000,000,000,000 公里。

        但這仍不是宇宙的端點。在十九世紀觀察到「螺旋星雲」，它們的本性是
    一個困惑。 在 1925 年，蓋完 100 英吋的望遠鏡就終於證明螺旋星雲是銀河
    系之外別的星系， 距離達到 100,000,000 光年以上，而且宇宙的邊界還是看
    不到的。宇宙多大？還是無限大嗎？

        他們繼續觀察星系就在 1930 年發現它們光譜上的紅位移。這是說它們的
    光譜很像實驗室裡面的材料的光譜，但整個光譜往紅色的方向移過來了。到現
    在所提出來唯一合理的解釋是說星系都背著我們走，這就拉長了它們光的波長
    也造成紅位移。越遠的星系走得越快，這種情況是所謂的「宇宙的膨脹」。

        這表示宇宙不是永遠靜止不變的，  而且有一個開始或說一個起源。  在
    1940 和 1950 年代這就導致「大爆炸論」（ Big Bang ）的發展， 說宇宙源
    起於一個高溫高壓的爆炸。這樣就能夠解釋元素的由來和星球的形成和演化。


        但在那個時候很多天文學家還沒有接受這理論，一個原因是有一各很重要
    預測的觀測， 若大爆炸真發生過，那從天空各方向都應該收到「 3 K 宇宙微
    波背景輻射」。但儀器還沒有發展到夠高的程度去做這觀測，看是否有這種輻
    射。 終於在 1965 年，  Bell 電話公司的兩個工程師，  Arno Penzias  和
    Robert Wilson ，觀測到這輻射線。之後除很少數的人以外天文學家都認為這
    驗證了大爆炸論。

        對宇宙和星球來源的瞭解有了這樣的進步，    就能估計太陽系的年齡約
    4,700,000,000 年，宇宙的年齡約 15-20,000,000,000 年。

        生物學家把達爾文和孟得爾的理論合併做成比較新的生物起源的理論，叫
    做「新達爾文合論」（ neo-Darwinian synthesis ）。

        生物學家一直研究越來越小的系統，終於達到分子的規模，這就是生物最
    基本的構成單位，分子生物學就源自於此。結果就發現有生命物質的浩大複雜
    性，有蛋白質、酵素、 DNA 結構及它在遺傳上的角色。

        當科學家發覺到這宇宙剛好適合生物的存在是多麼驚人的事，他們開始討
    論「 anthropic 原理」，想要知道宇宙為什麼會這樣。 也有人懷疑是否有很
    多其他的宇宙。

        因為很多科學家採取進化論的前提，這就使他們相信在宇宙中應該有生物
    存在於很多地方， 所以他們開始尋找「外星智能者」（  SETI, Search  for
    Extra-terrestrial Intelligence ），到現在還沒找到。

        在二十世紀開始時，「科學」就是自然科學。但在二十世紀中也有「社會
    科學」的發展，包括心理學、社會學、人類學。

    Ⅶ. 結論
        西方文明邁進十七世紀的時候，認為人類是擺在上帝所指
    定的小小宇宙的中心點。但到了二十世紀末，科學界認為人類只不過是在一個
    測不盡又無意義的機械宇宙中，一種微不足道之意外副產品。