近代境遇中的科学技术

中世纪西欧经济、社会与科技发展缓慢，到14世纪末15世纪初，资本主义生产关系开始在封建社会内部萌芽。一些新技术，如水力、风力、脚踏纺车和织布机得到利用。中国的火药、指南针和造纸术也传到欧洲，工商业得到逐步发展。随着新航路的开辟和欧洲殖民国家的海外扩张，极大地刺激了欧洲商业、矿业、冶金、机械、钟表、纺织、造船、海运、玻璃等工业和金融业的发展。与此同时，欧洲历史上还兴起了著名的“文艺复兴运动”和“宗教改革运动”。文艺复兴以复兴古典文化为手段，歌颂人性，反对神性；提倡人权，反对神权；提倡个性自由，反对宗教禁锢；赞美世俗生活，反对来世观念和禁欲主义。文艺复兴运动高扬的人文主义实际上是对整个中世纪神学精神的否定。1517年，马丁·路德开始的宗教改革运动则在政治上反对罗马教会至高无上的权威，要求把人们从教会的束缚中解脱出来。路德主张信仰高于一切，只需心中有对上帝的信仰，就能得到拯救，而不必通过罗马教会这个中介。虽然文艺复兴更关心书本知识而不是对自然的第一手研究，而宗教改革的领袖至少也像天主教一样容不下异端，但人们开始从中世纪基督教思想桎梏中逐渐解放出来，由对神的信仰转向对科学的追求，而这正是中世纪思想与近现代思想最大的差异。

我们知道，作为宗教改革的结果，新教开始在欧洲各国盛行。由于新教主张人们通过自己现实的社会生活，通过自己的工作努力，得到上帝的恩宠，从而得救。通过对上帝的杰作，即对自然界的具体研究，来达到赞美上帝的目的，这是新教徒从事科学研究的动力之一。

在资产阶级革命和文艺复兴运动等多种社会因素的共同推动下，近代科学产生并且逐渐兴起。经过16—17世纪摆脱神学统治的斗争，自然科学走上了独立发展的道路，经过16—19世纪近400年的努力，才初步建成了近代自然科学的体系。近代自然科学诞生的标志，是哥白尼日心说的提出。1543年，波兰天文学家哥白尼出版《天体运行论》，提出太阳中心说。哥白尼学说的提出，是人类思想史上最重大的事件。从科学上讲，日心说的创立是近代科学史上划时代的事件，它恢复了地球是普通行星的本来面目，推翻了一千多年来占统治地位的地心说。虽然哥白尼的体系在观察上并不优于托勒密体系，但他以天体的真正运动代替基于日常经验的视运动，使人类对太阳系的结构、各天体的位置与运动有了比较正确的认识，为近代天文学的发展奠定了基础。在哲学意义上，它不仅标志着自然科学从神学中解放出来，而且还从根本上动摇了中世纪以来神学关于上帝创造世界的理论基础，为人们提供了自然观念上的根本革命。在哥白尼之后，特别是一些新的自然科学发现，与神学的自然观念格格不入，经过布鲁诺、伽利略、波义耳等人的工作，宗教神学的自然观逐渐被人们抛弃了。

近代科学技术的发展与古代科学技术相比截然不同。古代科学主要是建立在直接观察基础上，而近代科学从自然哲学中分离出来，首先突破经院哲学的桎梏，提倡实验的方法，并建立起实证科学方法论的传统。其次，实验作为近代科学认识自然的研究方法，在许多方面优越于观察和生产实践。所以，以科学实验为认识基础的自然知识就获得了新的科学形态，即实验科学。实验科学是近代自然科学的基本形态。首次引入“实验科学”一词的是罗吉尔·培根，他强调真理的获得应依靠经验和实验，而不是引经据典。伽利略是最早自觉地、系统地把科学实验方法应用于自然科学研究的人，第一次把数学语言总结的自然规律的公式与科学实验结合起来。正是基于此，他被爱因斯坦称为近代物理学之父——事实上也是整个近代科学之父的原因。而对实证科学方法的确立起到重要作用的另一个伟大人物是英国哲学家弗朗西斯·培根，他在其《新工具》一书中对自然科学的实验研究方法从哲学方面作了系统的总结和倡导，对实证科学方法传统的确立作出了卓越贡献。所以马克思视培根为英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖。18世纪末以前的自然科学，除力学、数学得到较大发展、光学取得重大成就外，其他科学尚处于搜集材料的阶段。当时自然科学的特点是分门别类地进行研究，并力图用机械力学的理论来解释自然现象，人们所获得的科学材料还不足以说明各种自然现象之间的联系、变化和发展，不能说明自然界各种事物的过程性。

近代科学作为知识并没有分化成各种各样的门类，而是被视为一个整体。当时科学和哲学还没有分离，所以近代的哲学家更关注科学、反思科学，而忽视技术。那么，为什么技术没有引起近代早期哲学的关注呢？德国技术哲学家F·拉普在《技术哲学导论》中，回答了这一问题。F·拉普认为，除了具体的历史情况外，忽视技术的根本原因就在于西方学术界历来有重视理论研究的传统，而视技术为不需要更多知识的技艺、手艺。换句话讲，技术只是对科学发现的一种实际应用，所以哲学没有必要对它进行研究。尽管在16—18世纪期间，技术发展速度还比较缓慢，但也有很多思想家关注技术、重视技术，并高度评价技术。文艺复兴时期的伟大画家、哲学家、建筑师、雕刻师、物理学家和思想家达·芬奇非常崇尚实验精神，重视发明创造，把发明人视为沟通人与自然的人。培根反对否认技术作用的哲学观念，他在谈到技术的作用时说，技术是在一个物体上产生和加上一种新的性质或几种新的性质，这是人的力量的工作和目的。英国机械唯物主义者霍布斯认为技术对人类社会的进步是有益的。为此，他提出人类最大的利益，就是各种技术，也就是衡量运动和物质的技术，推动建筑的技术，航海的技术，制造具有各种用途的工具的技术，等等。关于技术概念的基本含义，18世纪法国机械唯物主义哲学家狄德罗有过明确的界定。在狄德罗主编的《百科全书》中，他指出，技术是一个包含各种工具和规则的体系，这个体系在某一个共同目的下，共同协作而组成的。这就表明，技术应该是有目的性的，一个技术不是孤立的，而是需要社会协同合作来完成的。技术作为一个体系，就应该包括工具、规则、工艺方法，等等。

在第一次工业革命以前，科学和技术分别在各自的轨道上缓慢前行，科学更注重理论研究，探索自然的奥秘，而技术被看作是改变物质的技能，更强调自身的实用性。所以，18世纪的工业革命是在没有多少科学理论的介入下产生和发展的，但自此之后科学和技术之间的关系越来越紧密，并形成了相互促进的反馈循环机制，人们也就开始逐渐用科学技术来通称科学与技术。

直至今日，科学技术的发展速度已今非昔比，它们更深入地介入到人与自然关系的现实世界构建之中。因此，德国学者冈特·绍伊博尔德在《海德格尔分析新时代技术》一书中明确指出，新时代技术已经成为普遍的、对人与自然和世界加以规定的力量。近现代科学技术以及工业的迅猛发展，不仅提高了社会生产力，而且也为生产力系统增添了新的内容。今天，科学技术作为生产力系统的技术性要素，正在不断地被应用于生产过程、渗透在生产力诸基本要素之中而转化为实际生产力。所以，我们要了解近代以后科学技术对人类社会发展的深远影响，就应该对16世纪近代自然科学体系建立以后，科学技术发展的状况以及产业革命有清晰的认识。

第一节 近代境遇中的科学技术

大约自公元10世纪开始，欧洲的学术界出现了第一次复兴。在这期间，古希腊和阿拉伯的自然哲学著作不断被译成拉丁文，人们通过阅读这些古典文献，开始重新认识古希腊璀璨的文化。由于中世纪拉丁语社会的形成和发展，教会与国家的分离成为可能，所以中世纪大学作为一个独立的团体被教会和国家所认同。中世纪大学形成后，就有了专门讲授科学、自然哲学、逻辑学等学科的专门机构，古希腊很多译著开始担任讲授人。在这个过程中科学和自然哲学就被制度化，成为以后500年里中世纪大学学生学习的核心科目，比如，亚里士多德的著作就是巴黎大学课程的基础。在当时西欧的大学里，逐渐形成了神学家—自然哲学团体，他们普遍相信自然哲学对于正确阐明神学是很重要的。当时的神学家和教会支持中世纪大学开设科学、逻辑和自然哲学的课程，从此西欧开始长期对科学问题和科学思想进行了持续不断的研究。正是上述这些情况营造出了一种有利于科学研究的氛围，这样就为近代科学的诞生提供了必不可少的前提条件。

到了欧洲中世纪末期，正统的神学观念遭到怀疑。唯名论与唯实论之间的争论加速了基督教神学的衰落。威廉·奥卡姆认为，唯实论者从一般抽象观念（如神）导出个别具体物的存在，使简单问题复杂化。他主张，针对同一理论或者同一命题的论证，会存在多种解释和证明，步骤最少最为简洁的证明是最有效的。这使得理性的上帝这个抽象实体成为不必要的假设，而要求人们转而重视直接感官的对象。奥卡姆的工作标志着经院哲学独霸中世纪的结束，迎来了近代科学诞生的曙光。科学仪器在17世纪也有了很大的改进，发明和使用了至少6种科学仪器：显微镜、望远镜、气压计、抽气机、摆钟和温度计，从而完善了科学研究者的科学观察，使研究结论更加准确可靠。科学仪器的不断改进为近代以后的科学的发展打下了基础，为人类认识自然提供了有力的手段。16—17世纪，近代科学技术发展起来，人类社会由农业社会进入工业社会，即迎来了美国学者托夫勒所讲的第二次浪潮。

一、近代科学的诞生：知识就是力量

要了解近代科学的产生和发展，我们就需要知道它诞生的历史背景。关于这个问题，恩格斯在《自然辩证法》中有过这样精辟的论述：这个时代，我们德国人由于当时我们所遭遇的不幸而称之为宗教，法国人称之为文艺复兴，而意大利人则称之为五百年（即16世纪），但这些名称没有一个能把这个时代充分地表达出来。这是从15世纪下半叶开始的时代。拜占庭灭亡时抢救出来的手抄本，罗马废墟中挖掘出来的古代雕像，在西方面前展示了一个新世界——希腊的古代；在它的光辉的形象前面，中世纪的幽灵消逝了；意大利出现了前所未见的艺术繁荣，这种艺术繁荣好像是古典古代的反照，以后就再也不曾达到了。旧的世界的界限被打破了；只是在这个时候才真正发现了地球，奠定了以后的世界贸易以及从手工业过渡到工场手工业的基础，而工场手工业又是现代大工业的出发点。因此，要了解近代科学的产生和发展，首先我们就需要回到文艺复兴时期，看看人性的解放、神性的衰落对科学产生的影响。

意大利的文艺复兴运动，不仅是一场古典文化的复兴运动，而且也是一场高扬人文精神的启蒙运动，它用人权反对神权，用人性反对神性，解放了人们的思想。文艺复兴复活了那些反对中世纪观点的古代思想，激起了人们研究自然现象的兴趣。在中世纪的时候，由于重视天启，把自然知识看成是从属于天启的，所以对自然现象没有什么兴趣。因此就一定意义而言，近代早期的科学是借助古代学术而复活的，例如，古代流传下来的天文学、生物学、数学、阿基米德的力学，等等。作为近代科学的基本特征之一的实验，到文艺复兴时期开始被大家所接受。

发端于德国的新教改革运动，冲击了教会对中世纪欧洲心灵的禁锢，破除了神对人的统治。在这种背景下，人与自然的关系开始发生根本性转变，以往加载于各种自然物身上的神秘性、宗教性的观念意义已经被科学技术消除，事物的自身构成已经不是神秘的、不可触及的领域，而是可以被科学认知和技术塑造的。至此，在人类文明化的进程中，近代科学知识就成为力量的化身，形成了有别于古代和中世纪的新的知识传统、新的科学精神。近代的科学精神强调，科学研究的目的不再是要理解自然秩序，科学也不再是以追求智慧为目标，科学成了控制自然的力量。在17世纪末期，这一新的知识传统的建立是得益于人类自然观念的转变以及方法论的更新。在自然观方面，借助牛顿经典力学体系近代机械自然观形成，世界机器的观念替代了古代有机的、有生命的、精神性的自然观念。在方法论上，通过伽利略、弗朗西斯·培根以及笛卡儿的工作，实验—数学方法建立起来。

从16—18世纪上半叶，近代自然科学发展的主要工作是搜集、积累材料。除了经典力学发展成熟外，其他学科的发展相对比较缓慢。由于天文学研究的实际需要，光学得到一定发展。除此之外，对于声、热、电、磁物理学只是进行了初步研究。才从炼金术中脱胎出来的化学，信奉的是燃素说，氧化学说还没有真正确立，道尔顿的化学原子论在1803才提出。地质学和矿物学还没有真正地分开。处于搜集、整理材料阶段的生物学，对植物和动物仅仅进行了粗浅的分类。人们除了对自然界最简单的运动形式——机械运动有了比较系统的认识外，对其他的运动形式还不能给予科学的说明。经典力学在自然科学中占据中心地位。牛顿力学解释机械运动获得了巨大成功，使人们用力学的观点去说明一切自然现象，把一切运动形式都归结为机械运动。正是由于经典力学认为不论物体的质量和速度有多大，力学定律都是适用的，机械论就认为经典力学是全部科学的基础，各种运动变化都可以用机械力学来说明，导致形成自然观上的机械性：单一的运动形式，机械的运动图景，自然界的一切包括人都是机器。唯理论的创始人笛卡儿认为，自然图景是一种受精确的数学法则支配的完善的机器。18世纪法国唯物主义的代表拉美特利则进一步说明，不仅动物是机器，而且人也是机器。人和动物的差异，仅仅在于人比动物多几个齿轮，再多几条弹簧，它们之间只是位置的不同和力量程度的不同，而绝没有性质上的不同。

在研究方法上，近代自然科学对于实验的强调是它同中世纪知识传统的一个重要区别。其主要的代表人物是英国著名的哲学家弗朗西斯·培根，他反对传统经院哲学只重视对古籍内容进行逻辑的修补，却不注重事物本身。在1605年发表的《学术的进展》中，弗朗西斯·培根高度评价了技术发明，认为中国古代的四大发明改变了世界的面貌。他讲过，在所能给予人类的一切利益中，最伟大的莫过于发现新的技术、新的才能和以改善人类生活为目的的物品。并在此基础上，进一步提出了“知识就是力量”这句家喻户晓的名言。在《新工具》中，提出了科学的经验方法论，发明了归纳法。而在研究方法上，笛卡儿虽然赞同培根关于知识源于经验的观点，但他反对归纳法，坚持数学演绎方法论。

总体来看，分析还原方法在这个时期自然科学的研究上占了主导地位。这种方法主要是把整体分解为各个部分，把复杂事物还原为简单要素，通过简化、还原的手段暂时割断其间的联系，排除无关因素和次要因素，让主要因素单独发挥作用，这样有利于找出事物的本质、规律和因果联系。分析还原方法，对于当时自然科学从自然哲学中分化出来，分门别类去研究自然界，从对自然界的笼统把握到精确认识是十分必要的。至此，17世纪下半叶牛顿力学的物理体系的建立及1803年道尔顿提出的化学原子论宣告，人类科学史上的第一次科学革命基本完成。在这一时期，人类自然观念发生了重要的转变，古代朴素的自然图景被取代，科学知识成为我们掌握自然、征服自然的力量。在这个基础上，从18世纪后期开始了近代第一次技术革命，从理论渊源来看，这次技术革命是以牛顿经典力学理论的应用为基本特征。与这次技术革命相伴随的则是近代第一次产业革命，从而使人类从农业、手工业时代开始进入机器大工业时代。近代第一次技术革命和产业革命使人类的物质生产方法发生了质的飞跃，从以手工劳动为主的农业生产一跃而为以机器为主要劳动工具的工业生产，同时也带来了18世纪后期到19世纪发生在欧洲各国的一场社会变革，它以科学革命为先导，以技术革命为条件，引起了社会、经济的深刻变化。

二、18世纪工业革命：科学与技术结合的开端

18世纪60年代发生的第一次工业革命，是以牛顿力学为科学前提，以工作机和蒸汽机的发明和使用为重要标志的第一次技术革命。人类社会从手工劳动时代进入了机械化时代，从畜力时代进入了蒸汽时代，在此基础上发展了纺织、冶金、煤炭、机械制造和运输等资本密集的新兴产业，形成了第一产业（农业）和第二产业（工业）的产业结构，把以农业为主体的社会推进到以工业为主体的农业—工业社会。

资本主义经济的发展又促进了自然科学的进步，使近代自然科学经过将近四个世纪的搜集材料阶段，开始进入到系统地整理材料和上升到理论概括的阶段。事实上，这时自然科学主要是搜集材料的科学，关于既成事物的科学。前人在技术、科学等领域的成就都被这一时期的学者恰当地吸收和继承。在数学方面，英国数学家和欧洲大陆数学家分别继承和发展了由牛顿和莱布尼茨各自发明的微积分。在天文学方面，有了关于太阳系起源的康德—拉普拉斯星云假说。康德1755年提出的关于太阳系起源的星云假说，把太阳系理解为一个运动、变化、发展的过程。可惜康德的看法没有引起人们的注意。在康德之后，拉普拉斯用完善的数学描述解释了太阳系的稳定性问题，并重新提出星云假说。这一时期，对地球的演化主要集中于地质学的研究中。地质学家对地球的形成有水成派和火成派之争，对地貌变化有渐变论和灾变论之争。英国地质学家赖尔提出地球渐变说，他认为地球有其时间上的发展变化历史，地球表面的变迁是各种自然力的缓慢作用引起的，并不是超自然的力量如上帝的惩罚而突然造成的巨大灾难引起的。赖尔的地质观的提出导致了物种可变的思想，因为既然地壳是逐渐生成的、不断变化的，那么在它上面生活的一切生物也必然是进化发展的。赖尔的地质观铺平了达尔文进化论的道路。达尔文承认，赖尔的《地质学原理》引导他得出物种进化的结论。17世纪，由于显微镜的发明和应用，人们对生物的认识逐渐深入到微观结构领域。

18世纪下半叶到19世纪，由于蒸汽机的应用，欧洲经历了技术革命和产业革命，实现了由工场手工业到机器大工业的转变，生产力和生产关系均发生了巨大的变革。产业革命的关键，是在生产领域中使用机器来代替人力。这一时期一大批新的技术发明出现，如在英国纺织行业中，生产工具的不断革新。这些新的工具被运用到实际的生产劳动过程后，劳动生产率大大提高，整个社会的工业发展突飞猛进。英国的产业革命是从新兴的棉纺织业开始的，首先改进织布，后改进纺纱。1733年，约翰·凯发明的飞梭，改进了织布技术，织布的效率和质量有了大幅度提高。织布的速度变快，但纺纱的速度相比之下就显得慢了。生产的需求直接推动技术的发明，1738年约翰·惠特和路易斯·保罗共同发明了滚轮式纺织机，1765年哈格利夫斯发明了立式多滚轮纺纱机——珍妮纺织机问世。这时纺织的速度大大地提高了，到1785年动力纺织机就出现了。正是在这些技术发明的推动之下，英国的纺织行业才能在后来的发展中成为世界的第一大轻工业。

从14到17世纪在能源方面，人类经历了从使用木材到使用煤的过程。煤炭的大量需求推动了采矿业的发展。在矿山的开发利用过程中，随着矿井越开越深，传统的利用人力和畜力排水的提水机械跟不上了生产速度。动力机械的发明和使用已经迫在眉睫。而在亚历山大里亚时期，发明家、物理学家和数学家希罗就曾经利用蒸汽的反撞力制造了最早的蒸汽机。在这一思路的启发下，1712年纽可门就制造出第一台应用型常压蒸汽机。1755年，瓦特在改进纽可门蒸汽机的基础上，成功研制出第一台蒸汽机样机。在技术发展史上，瓦特的蒸汽机具有重要的现实意义，因为它是孕育了一系列各种各样的机器分支的开创性发明。大约到了18世纪80年代，蒸汽机技术日趋成熟，蒸汽机开始得到广泛应用，机械制造业由此出现。正是因为解决了动力问题，到了19世纪40年代机器工业在各主要部门代替了以手工业技术为基础的工场手工业，从而形成了工厂制度。工业革命不仅使生产力迅猛发展，而且也使生产关系发生了重大变化。例如，1824年发明了自动细纱走锭精纺机，减少了对技术娴熟、报酬很高的纺纱工人的需求。因为使用自动精纺机进行生产活动，不用纺织工人的帮助就能纺棉纱，工人的工作就是修整断纱、上润滑油、保养机器。这次以工具机的发明及使用为起点的，经过能源动力的革新而出现的第一次产业革命，是现代技术的历史起点。在工业革命的带动下，整个资本主义社会迅速发展起来。通过对近代科学革命、技术革命和第一次工业革命的研究，我们发现这次产业革命不是在科学与技术共同促进下产生的，但是自此之后科学—技术却形成了一个相互影响、相互促进的循环机制。科学不再像古代社会所理解的那样，仅是理性和智慧的化身，而越来越面向社会，和技术共同成为推动社会前行的力量。

三、第二次科技革命：科学成为生产力要素

自第一次工业革命之后，技术和生产的飞速发展，在它们的共同推动下，18世纪下半叶近代科学进入全面发展的阶段，生物学和物理学的理论分别出现了两次大综合，特别是由于电磁理论的建立和发展，直接导致了以电机的发明为重要标志的又一次技术革命，并由其应用导致产业结构的又一次重大变化。结果是以电力工业为开端，发展起了电力、化学、汽车、飞机、拖拉机等技术密集的新兴产业，使生产过程从机械化进入电气化，把农业—工业社会推进到工业化社会。

19世纪生物学上出现了两次大的理论综合：细胞学说和生物进化论的建立。1838年，施来登提出细胞是一切植物结构的、基本的、活的单位，次年施旺把施来登的学说扩大到动物界，认为细胞是动植物有机体构造发育的基础，一切有机体都是由细胞按一定法则构成的集合物。这样就在细胞层面上为生物界的统一提供了自然科学基础。而对不同物种之间关系的研究表明，生物界按同一规律进行演化。1809年，法国博物学家拉马克在《动物学哲学》中，首先提出“生物是从低级到高级逐步进化的”，并提出了“获得性遗传”和“用进废退”的法则来解释生物的进化。之后，英国的生物学家达尔文在环球考察和研究家养动植物的过程中获得了大量的第一手材料基础上，他通过对古生物学、胚胎学和地质学等方面相关资料的研究，在1859年发表《物种起源》一书。在这本书中，达尔文提出了生物进化论，而自然选择理论是这一学说的核心。变异和异常、生存竞争和选择等概念构成了自然选择理论的基本内容。变异是选择的原材料；在生存竞争上，有利的变异被保存下来，有害的变异被淘汰；有利的变异在物种内经过长期的积累，最后形成新物种。生物就这样通过自然选择缓慢进化。达尔文的进化论学说，经过赫胥黎、海克尔、斯宾塞等人的努力，进化的观念超出科学之外，逐渐家喻户晓，成为一种有广泛影响的社会思潮。科恩认为，进化论摧毁了以人为中心的宇宙观，而且在人的思想中引起了一场自文艺复兴时期科学以来，比任何其他科学进步更伟大的变化。

19世纪热力学的发展，开始把时间问题引入物理学，人们开始考虑演化问题，克劳修斯通过对热机的研究发现，对于一个封闭的系统，其熵是趋于增加的，即无序性加大。这样，热力学第二定律就突出了物理世界的演化性、方向性和不可逆性，给出了与牛顿宇宙机械图景完全不同的世界图景。

19世纪，自然科学经过长期的知识积累，开始呈现理论化和综合化的趋势。尤其是物理学上出现了两次大的理论综合，即能量守恒与转化定律和电磁转化定律的建立。能量守恒与转化定律的发现，是生产实践的产物。蒸汽机在19世纪被大量使用，为提高热机工作效率，要求对热机的工作原理进行理论说明。法国工程师卡诺构造了一台“理想热机”，阐述了热能与机械能之间的变换关系，认为热机之所以做功是因为热是由高温热源流向低温热源，而且理想热机的热效率与高低温热源之差成正比。卡诺还认为热能向机械能转化是守恒的。1840年，德国医生迈尔在《关于无机界能量的说明》一文中，提出能量守恒与转化原理，并求出热功相互转化的当量关系。与此同时，英国物理学家焦耳通过大量严格的实验，精确地测定了热功当量，提出了热与功之间的关系式。到德国物理学家赫尔姆霍茨的《论力的守恒》发表之后，建立在焦耳实验基础上的能量守恒原理得到公众的认同。赫尔姆霍茨系统严格地阐述了能量守恒原理。他认为，自然界中一切物质都有能量，能量有机械的、热的、电磁的、光的、化学的、生物的等各种不同的形式，其中每一种形式都可以在一定条件下，以直接或间接的方式转化为其他各种形式，在转化过程中，能量的总和保持不变。

电磁转化理论的诞生，源于科学家们对电和磁现象的实验研究。1786年意大利的生理学家伽伐尼在做青蛙解剖实验时，偶然发现了电流。1800年伏打制成第一个化学电池，通过化学反应产生电流。尔后人们又发现电流可以产生热、光及电解现象。1820年丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应。1831年英国物理学家法拉第发现电磁感应现象，即变化的磁场产生电场。1865年在《电磁场的动力学理论》一文中，英国物理学家麦克斯韦对前人和自己的工作进行概括，提出了被称为麦克斯韦方程的电磁场方程，而且给出电磁波概念。认为变化着的磁场和变化着的电场共同形成统一的电磁场，电磁场以横波的形式在空间传播，形成了电磁波。麦克斯韦后来进一步认为，光也是一种电磁波。这样，电磁转化理论的建立，揭示了电、磁、光的统一性，实现了人类对自然界认识的又一次伟大综合。这一理论提出一种新的实在：磁力线和场。磁力线和场是不同于实体实在的另一种存在，这种存在测不出它的静止的质量，它只有能量特征，而无质量特征。电磁场理论打破了实体实在论的世界是静止的、不可再分的观念。

19世纪上半叶法拉第、麦克斯韦创立的电磁场理论，宣告了第二次科学革命的到来。这次革命以20世纪初爱因斯坦的相对论提出为标志，爱因斯坦强调了我们面临两种实在：实体和场。场相对于实体更基本，场是唯一的实在。爱因斯坦提出质能守恒转化定律E=MC²，认为物质和能量可以相互转化。这是近代科学的第二次深刻的变革，是深入到化学、物理学与生物学三大领域中科学观念的变革。这次科学革命和工业革命有着密切的联系。工业革命不仅推动了英国、欧洲经济的发展，而且也推动了科学的持续发展。

与这次科学革命紧跟其后的是近代第二次技术革命——电气革命。19世纪后半叶到20世纪初的电气革命，形成电力、电机、内燃机、炼钢化工、电信革命技术群，主要走的是从科学原理到新技术发明应用的道路。奥斯特、法拉第的电学研究成功后，科学、技术家积极投入电机研制工作。1821年，法拉第成功地研制出世界上第一台化学电源驱动的直流电机。到了1854年赫·维尔纳获得自激式电机专利，1860年意大利电学家巴奇诺发明了直流电动机，到1900年前后，直流电机的改进和完善基本完成。直流发电机的改进工作大约是在19世纪60年代完成，1856年西门子发明交流发电机。1878年亚布洛契可夫完成交流供电技术，1882年爱迪生建成直流发电厂，供应电灯照明。1889年多里沃—多布罗沃尔斯基发明三相异步电动机，交流电机取得优势。1875年法国建成住户式电站，1885年英国建成单相交流电站，1891年多里沃—多布罗沃尔斯基建成三相水力电站。1882年德普勒的远距高压直流输电成功，1895年威斯汀豪斯的交流输电系统成功，电气革命在全世界开展。

与此同时，内燃机技术革命也取得成功，1860年里诺制成二冲程电点火式煤气，1862年罗沙斯提出四冲程原理，1876年奥托研制成四冲程活塞式内燃机，1883年戴姆勒制成汽油内燃机，1892年狄塞尔制成柴油机。1885年本茨制造出汽车，1891年戴姆勒制造出载重汽车，从此汽车驰骋世界。炼钢革命开始于40年代凯利的炼钢炉的出现，但当时技术保密。1857年贝塞麦发明转炉炼钢法，与凯利方法的原理相同，1862年克虏伯建成转炉钢厂，1856年西门子发明平炉炼钢法。1880—1902年西门子、斯特诺沙、希洛等人创造电炉炼钢法。

在化工革命中，创造出制硫酸的硝化法、接触法，制碱的索尔维法。1856年帕金合成苯胺紫，1858年霍夫曼合成苯胺蓝，1863年凯库勒发现苯环结构后，技术家相继合成茜素、靛蓝、水杨酸、香料、糖精、炸药。诺贝尔在研制安全炸药中作出重大贡献。电讯技术也有重大突破，斯泰因海尔、威茨通、美尔斯发明电报和电码。1876年贝尔、毕生制成实用电话机，1878年休斯发明麦克风，1896年和1897年，波波夫和马可尼分别研制出无线电报机，这些都为20世纪的信息革命提供了早期技术基点。

这些成果把人类从蒸汽时代推进到电气时代，这次技术革命不仅使生产力有了大幅提高，而且也为20世纪科技革命打下雄厚的技术基础。在这次科学革命和技术革命的发展历程中，科学对技术的推动作用更加明显。如果说，在蒸汽动力技术革命中，科学还只是部分地影响技术的发明、发现和改进，那么，在电力技术革命中，科学则自始至终都是关键的因素。没有法拉第发现的电磁感应定律，电就不会出现；没有奥斯特发现的电流的磁效应现象，就不会有电动机的出现；没有麦克斯韦的电磁场理论，无线电通讯技术以及电力工业体系就无从谈起。因此，科学革命成了技术革命，从而也成了生产力革命的火车头，科学在生产力诸因素中，逐渐取得举足轻重的地位。