牛津通识读本：科学革命 [16]
文艺复兴时期的成就及其背后的经济和军事动力都需要原料。因此，1460至1550年见证了采矿业的繁荣，特别是在矿产资源最为丰富的中欧地区。中世纪的采矿主要是开采地表矿藏等小规模活动。但近代早期欧洲的需求——武器和火炮需要铁和铜，造币需要白银和黄金——催生了更有条理、更大规模的采矿以及更好的冶炼、精炼技术。更深的竖井和更大的规模除了要求组织更多的劳力外，还要求更多的机械化——用水车驱动风箱和破岩设备，用泵为矿井排水和通风。德国人文主义者和教育家乔治·阿格里科拉（1494—1555）也许是最有名的记述采矿的作者，他希望对采矿知识进行整理和改进。为使这项原本肮脏的行业受到敬重，他撰写了富含插图的拉丁文巨著《论金属》，把德国采矿活动与古典文献联系起来，并且为冶金学创造了一套拉丁文词汇。阿格里科拉的插图中偶尔出现的伐木、烟尘和废水横流等场景，预言了此种技术持续发展将会伴随着何等惨痛的环境代价。对实际从业者更有用的也许是采矿业的监督人埃尔克（约1530—1594）的德语著作。他的著作论述了如何实际处理矿石、测定金属，制备酸类和盐类化学产品，包括火药的最重要成分硝石。采矿业到16世纪中叶便衰落了，既是因为欧洲矿藏的枯竭，也是因为来自新世界的金属压低了金属价格，使欧洲采矿业已不那么有利可图。
对新世界的期待促进了制图学和航海的发展。中世纪晚期的航海图，或称波尔托兰海图，只标明了海岸线，一些特定的点覆盖着玫瑰花形的罗盘航向。这些图可用于地中海地区或沿海岸线的相对较短的航行，但不具备地理投影效果，也不能用于越洋航行。托勒密写于公元2世纪的《地理学》在15世纪被重新发现，它用东西线和南北线（分别为经度和纬度）所组成的网格来绘制地图。15世纪末的地图——如瓦尔德泽米勒的地图——采用了这种方法，图中弯曲的纬度线和经度线向两极会聚。佛兰德斯制图师墨卡托（1512—1594）普及了如今广为人知的墨卡托投影法，其中经线相互平行，并与垂直的纬线相交成直角。虽然它扭曲了高纬度地区的大陆块，但这种把球形地球投影到平面地图上的方法更便于导航（至少在低纬度地区），因此深受西班牙宇宙志学者和航海家的青睐。
罗盘和象限仪——分别用来确定航向和纬度——自中世纪以来就被用于航海，但确定经度的可靠方法尚付阙如。当船在欧洲水域或陆地视线范围内航行时，这尚不构成严重的问题。但如果没有准确的经度测量，越洋航行将非常危险。由于定位同时需要纬度和经度，对于制图员和航海家来说，缺少经度是十分严重的问题，找到测定经度的方法已经成为这一时期最迫切的技术问题。西班牙、荷兰、法国和英格兰等相互竞争的航海国家都高额悬赏，征集测定经度的可靠方法。
测时是测定经度的关键。两个地方的本地时间每相差一小时，经度就相差15度（因此一个现代“时区”大约宽15度）。然而，如何同时知道两个遥远地点的时间呢？可以带着在船的始发地设定的时钟，将其读数与由观测太阳或星星的位置所确定的船所在地的时间相比较。不幸的是，近代早期时钟的误差有每天20分钟之多。伽利略观察到，不论振幅多大，摆的节奏是恒定的，这暗示了一种新的计时调节器。他在软禁期间开始设计一种由摆调节的时钟，但从未制造出来。1656年，荷兰的克里斯蒂安·惠更斯制造出了第一个可使用的摆钟，使可靠性大幅提升，至少对于陆地上的时钟是如此。在颠簸的船上，摆钟无法精确运行。此后，惠更斯和胡克各自独立试验了以弹簧为动力的时钟，但事实证明，它们在船上走得也不够精确。不过，胡克在研究弹簧的过程中提出了弹簧的拉伸与受力之间的关系，即今天所谓的“胡克定律”，惠更斯的工作也使简谐运动定律得到了改进。（经度问题本身直到18世纪才得到解决：英格兰仪器制造者约翰·哈里森设计出一种新的精密计时器，使时钟即使在海上也能精确运行。）
除了人造时钟还有天体钟，即某个天文事件，它在参照位置的发生时间可以计算出来，然后与该事件在观察者所在位置发生时的本地时间相比较。16世纪的西班牙宇宙志学者通过对月食的坐标观测，成功地测定了西班牙帝国殖民地的经度，但月食对于航海来说太过罕见。然而，木星四颗卫星的食发生得更为频繁，最里面的卫星木卫一每42小时就发生一次食，伽利略建议把它们用作计时器。天文学家吉安·多梅尼科·卡西尼（1625—1712）最充分地探索了这种想法，于17世纪60年代编制了这些食的时间表。然而，虽然这个系统在陆地上管用（它曾被成功地用于修正陆地地图），但事实再次证明，在移动的船上用望远镜观测食是不现实的。不过在检验这种想法的过程中，观测者们注意到，一些食的发生时间要比预计的晚几分钟。丹麦自然哲学家奥勒·罗默（1644—1710）注意到，当木星距离地球最远时，这一误差达到最大，遂于1676年提出光速是有限的（食的表观延迟缘于光在空间中的传播时间），从而使粗略测量光速成为可能。
这寥寥几个例子表明，技术应用与科学发现有着千丝万缕的联系，两者相互驱动和促进。“纯粹”科学与“应用”科学的对立并不适用于17世纪。如果贬低实际需要——无论是军事、经济、工业、医疗还是社会政治方面的需要——对于促进科学革命发展的重要性，将会与真实的历史情形背道而驰。
一提到科学发现与实际应用的关联，人们往往会想到弗朗西斯·培根爵士（1561—1626）。培根出生于一个社会地位很高的家庭，受过律师教育，曾任国会议员，被授予维鲁拉姆勋爵爵位，最终担任了英国上议院的大法官（因涉嫌受贿被罢免），其一生中的大多数时间都居住在权力的宫殿之中。因此，关于权力的话题和帝国的建筑一直在他的思考范围中。他主张自然哲学知识应当为人所用，因为它能够为人类和国家增添福祉。培根将当时的自然哲学刻画为——或讽刺为——毫无价值，它的方法和目标被误导，从事自然哲学的人终日陷入语词之争，对于具体工作却视而不见。事实上，虽然培根对自然魔法的形而上学基础表示了怀疑，但他称赞了魔法，因为魔法“主张要把自然哲学从各种思辨召回到重要的具体工作”。自然哲学应当具备操作性而非思辨性——应当做事情，制造东西，赋予人类以力量。他认为，印刷术、指南针和火药等所有技术成果构成了人类历史中最具变革性的力量。因此，培根呼吁“彻底重建科学、艺术和所有人类知识”。
方法论对于培根渴望的变革至关重要。他主张编纂“博物志”，即广泛收集观察到的现象，无论这些现象是自发出现的还是人为实验的结果，即他所谓的强迫自然偏离其日常进程。充分收集原始材料之后，自然哲学家就可以将其结合在一起，通过归纳过程提出越来越普遍的原理。关键是要避免过早提出理论、进行纸上谈兵的思辨和建立宏大的解释体系。一旦发现更一般的自然原理，就应当富有成效地运用它们。然而，培根并非主张一种完全的功利主义。实验不仅在产生结果（实际应用）时有用，在启迪心智时也有用。真正的自然知识同时致力于“荣耀造物主和抚慰人的处境”。虽然培根明确指出，壮大和扩张英国是其事业的一个目标——他请求给予他的改革思路以国家支持，但伊丽莎白一世和詹姆斯一世都没有作出回应——但在更长远的意义上，培根认为这种操作性知识旨在重新获得神在《创世记》中赐予人类、却随着亚当的堕落而失去的统治自然的权力。
至关重要的是，培根思索的不仅是自然哲学的方法和目标，还有其体制结构和社会结构。他坚持认为，必须用合作的集体活动取代独自做学术研究的过时理想。事实上，培根所制定的事实收集方案需要大量劳动力，虽然他本人也着手进行收集，但他所能完成的非常少。培根晚年在一则乌托邦式的寓言《新大西岛》（1626）中表达了他所设想的改革后的自然哲学以及由此可能创建的更好的社会。这个故事描述了太平洋上一个和平、宽容、自给自足的基督教王国——本色列岛。这个岛上的生活之所以幸福，不仅是因为有贤明的君主，更是因为有所罗门宫，这是一个由国家资助的自然研究机构，致力于“认识事物的原因和秘密的运动；拓展人类王国的疆界，实现一切可能之事”。所罗门宫的成员集体研究自然，尽管有劳动分工和等级安排——较低等级的收集材料，中间等级的做实验和进行指导，最高等级的进行解释。在本色列岛，培根式的自然哲学家形成了一个受政府支持的、备受尊敬和有特权的社会阶层，服务于国家和社会。当17世纪欧洲的许多自然哲学家正在为其社会地位而努力抗争时，培根的愿景无疑令他们感到鼓舞。
科学社团的兴起
今天，科学研究无所不在，其中一些研究与所罗门宫的某些特征甚至不无相似之处。科学家的工作场地有大学，有政府的、企业的和独立的实验室，有大型特殊仪器（如望远镜或粒子加速器）的所在地，还有野外、研究站、动物园、博物馆等等。单个的科学家经由专业组织、科学团体和科学院、研究小组、通信以及新兴的互联网结合成一个社会群体。科研经费来自政府研究资助、企业的研究和开发部门、大学以及私人捐助。物理场地、社会空间和赞助这三个特征对于现代科学的运作必不可少。这些特征在科学革命时期的确立对于构建我们今天所知的科学世界至关重要。从整个17世纪一直到18世纪，自然哲学家的工作变得越来越正式化。个人结合成私人协会，私人协会又逐渐演变成国家科学院。个人的通信交流发展成为出版的期刊。自费的业余研究者和以大学为基础的自然哲学家结合成第一批拿薪水的专业人士。
在中世纪晚期，自然哲学研究主要在大学、修道院以及——较小程度上——在少数宫廷中进行。这些传统活动场地在16、17世纪仍然重要，但有了新的补充。对于文艺复兴时期的人文主义运动来说，在大学之外建立学术群体至关重要。在这些群体中，学者与志同道合的人分享他们的工作，获得支持、批评和认可以及偶尔的资助。这些早期群体大多是文学或哲学性的。而到了16世纪末，自然哲学家将模式扩大，由此兴起了第一批科学社团。最早的科学社团创立于意大利，17世纪成立了数十个，数量多于欧洲所有其他地方。不过其中大多数社团都是地方性的，留存时间也不长。
其中最早的社团之一是猞猁学院。它的名字暗指目光敏锐、擅于洞察的猞猁。该学院由切西亲王（当时是一个18