人类历史常常被描绘成一系列事件，代表着知识的突然爆发。农业革命、文艺复兴和工业革命只是历史时期的几个例子，在这些历史时期，人们普遍认为创新的速度比历史上其他时期都快，导致了科学、文学、技术和哲学的巨大而突然的变革。其中最引人注目的是科学革命，这场革命的出现正值欧洲从被历史学家称为黑暗时代的知识停滞中觉醒之际。

黑暗时代的伪科学

在欧洲中世纪早期，人们对自然界的了解可以追溯到古希腊人和罗马人的教导。在罗马帝国垮台后的几个世纪里，尽管存在许多固有的缺陷，人们仍然普遍不质疑这些长期存在的概念或想法。

这是因为天主教会广泛接受了关于宇宙的这些“真理”，而天主教会恰好是当时西方社会广泛灌输思想的主要实体。此外，挑战教会教义相当于当时的异端邪说，因此这样做有可能因推行反思想而受到审判和惩罚。

亚里士多德的物理定律就是一个流行但未经证实的学说的例子。亚里士多德教授说，物体下落的速度取决于它的重量，因为较重的物体下落的速度比较轻的物体快。他还相信月球下面的一切都由四种元素组成：地球、空气、水和火。

在天文学方面，希腊天文学家克劳迪斯·托勒密（Claudius Ptolemy）的以地球为中心的天体系统（其中太阳、月亮、行星和各种恒星都以完美的圆围绕地球旋转）是被采用的行星系统模型。有一段时间，托勒密的模型能够有效地保留以地球为中心的宇宙原理，因为它在预测行星运动方面相当准确。

当涉及到人体的内部运作时，科学同样是错误百出的。古希腊人和罗马人使用一种称为幽默的医学体系，认为疾病是四种基本物质或“体液”失衡的结果。该理论与四要素理论有关。例如，血液与空气相对应，痰与水相对应。

重生与改革

幸运的是，随着时间的推移，教会将开始失去对大众的霸权控制。首先是文艺复兴，它引领了人们对艺术和文学的新兴趣，导致人们转向更独立的思考。印刷机的发明也发挥了重要作用，因为它极大地扩大了识字率，并使读者能够重新审视旧的思想和信仰体系。

就在这个时候，确切地说是1517年，马丁路德，一位直言不讳地批评天主教改革的僧侣，写了他著名的“95篇论文”，列出了他所有的不满。路德将他的95篇论文印在小册子上，并在人群中分发，以此来宣传他的95篇论文。他还鼓励信徒自己阅读圣经，并为约翰·加尔文等其他具有改革思想的神学家开辟了道路。

文艺复兴，加上路德的努力，导致了一场被称为新教改革的运动，都将破坏教会在所有基本上都是伪科学的问题上的权威。在这个过程中，这种新兴的批评和改革精神使得证明责任对于理解自然世界变得更加重要，从而为科学革命奠定了基础。

哥白尼

在某种程度上，你可以说科学革命起源于哥白尼革命。这一切的始作俑者尼古拉斯·哥白尼是文艺复兴时期的数学家和天文学家，在波兰城市托鲁昂出生和长大。他就读于克拉科夫大学，后来继续在意大利博洛尼亚学习。这是他与天文学家多梅尼科·玛丽亚·诺瓦拉会面的地方，两人很快就开始交换科学观点，这常常挑战克劳迪斯·托勒密长期接受的理论。

回到波兰后，哥白尼担任了正典的职务。1508年左右，他悄悄地开始开发托勒密行星系的日心替代物。为了纠正不足以预测行星位置的一些不一致性，他最终提出的系统将太阳置于中心，而不是地球。在哥白尼的日心太阳系中，地球和其他行星围绕太阳旋转的速度取决于它们与太阳的距离。

有趣的是，哥白尼并不是第一个提出以日心说来理解天空的人。生活在公元前三世纪的古希腊萨莫斯天文学家阿里塔丘斯（Aristarchus of Samos）早就提出了一个类似的概念，但从未流行过。最大的区别在于哥白尼的模型被证明在预测行星运动方面更为准确。

哥白尼在一份40页的手稿中详细阐述了他备受争议的理论，该手稿标题为1514年的Commentarious，以及1543年去世前出版的《天球革命论》（De revolutionibus orbium coelestium）。毫不奇怪，哥白尼的假设激怒了天主教会，天主教会最终在1616年禁止了De revolutionibus。

约翰内斯·开普勒

尽管教会很愤怒，哥白尼的日心模型还是在科学家中引起了很大的兴趣。其中有一位年轻的德国数学家约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）对此产生了浓厚的兴趣。1596年，开普勒出版了《宇宙学之谜》，这是哥白尼理论的第一次公开辩护。

然而，问题是哥白尼的模型仍然有缺陷，在预测行星运动方面并不完全准确。1609年，开普勒发表了《天文学》，他的主要工作是提出一种解释火星周期性后退的方法​新星（新天文学）。在书中，他提出理论，认为行星体并不像托勒密和哥白尼所假设的那样以完美的圆围绕太阳运行，而是沿着椭圆轨道运行。

除了他对天文学的贡献外，开普勒还有其他值得注意的发现。他发现正是屈光使眼睛具有视觉感知能力，并利用这一知识研制出近视和远视眼镜。他还能够描述望远镜是如何工作的。而鲜为人知的是开普勒能够计算出耶稣基督的出生年份。

伽利略伽利略

另一位与开普勒同时代的人，他也接受了日心太阳系的概念，是意大利科学家伽利略·伽利略。但与开普勒不同的是，伽利略不相信行星是在椭圆轨道上运动的，并且坚持认为行星运动在某种程度上是圆形的。尽管如此，伽利略的工作还是提供了支持哥白尼观点的证据，并在此过程中进一步削弱了教会的地位。

1610年，伽利略利用自己建造的望远镜，开始将其镜头固定在行星上，并取得了一系列重要发现。他发现月球不是平坦光滑的，而是有山脉、陨石坑和山谷。他发现了太阳上的斑点，发现木星的卫星是围绕它运行的，而不是围绕地球运行的。追踪金星，他发现它的相位与月球相似，这证明了金星绕太阳旋转。

他的许多观察结果与托勒密的既定观念相矛盾，托勒密认为所有行星都围绕地球旋转，而不是支持日心模型。同年，他以《星光信使》为名发表了一些早期的观察结果。这本书，以及随后的发现，使许多天文学家皈依哥白尼学派，并将伽利略与教会放在一起。

尽管如此，在随后的几年里，伽利略继续他的“异端”方式，这将进一步加深他与天主教和路德教会的冲突。1612年，他驳斥了亚里士多德关于物体为什么在水上漂浮的解释，解释说这是由于物体相对于水的重量，而不是因为物体的扁平形状。

1624年，伽利略获准撰写和出版托勒密和哥白尼体系的描述，条件是他这样做的方式不利于日心模型。由此产生的书《关于两个主要世界体系的对话》出版于1632年，被解释为违反了该协议。

教会很快启动了宗教裁判所，并以异端罪对伽利略进行审判。尽管在承认支持哥白尼理论后，他没有受到严厉的惩罚，但他被软禁了一辈子。尽管如此，伽利略从未停止过他的研究，直到1642年去世，他才发表了一些理论。

艾萨克牛顿

虽然开普勒和伽利略的工作都有助于证明哥白尼日心系统，但理论上仍然存在漏洞。两者都不能充分解释是什么力量使行星围绕太阳运转，以及它们为什么以这种特殊的方式运动。直到几十年后，日心模型才被英国数学家艾萨克·牛顿证明。

艾萨克·牛顿的发现在许多方面标志着科学革命的结束，他很可能被认为是那个时代最重要的人物之一。他在这一时期所取得的成就已成为现代物理学的基础，他在《自然哲学原理》（Mathematica OntaticMathematicSalm）中所详述的许多理论被称为物理学最具影响力的著作。

在1687年出版的《普林西比》一书中，牛顿描述了三条运动定律，可以用来帮助解释椭圆行星轨道背后的力学原理。第一定律假定一个静止的物体将保持静止，除非对其施加外力。第二定律指出，力等于质量乘以加速度，运动的变化与施加的力成正比。第三定律简单地规定，每一个动作都有一个相等和相反的反作用力。

虽然牛顿的三大运动定律和万有引力定律最终使他成为科学界的明星，但他也对光学领域做出了其他几项重要贡献，如建造了第一台实用反射望远镜和发展了颜色理论。