在物色女人方面，贵族比资产阶级更在行（在中国人或黑人眼中，则是更可憎），可是，长子继承制却破坏了自然淘汰法则，这是多大的羞耻啊！
——查尔斯·达尔文，1864年[1]
人们似乎力图表明，他们对自己聪明程度的评估，是以从《圣经》和《教义问答》中解放出来的程度为标准。
——舒巴赫（F.Schaubach）论民间文学，1863年[2]
穆勒不禁要为给予黑人和妇女以选择权而呼吁。这是他据以开始的前提所必然导致的结论……
——《人类学评论》，1866年[3]
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19世纪第三个25年的资本主义社会充满自信，对自己的成就颇为自豪。在人类努力进取的所有领域中，成就最大的莫过于“科学”，即知识的进步。这一时期受过教育的人不但为他们的科学自豪，而且打算把所有其他形式的智力活动，都置于科学之下。统计学家和经济学家库尔诺（Cournot）于1861年说：“对哲学真理的信仰极度冷淡，以致无论公众和学界，除了尚能将哲学著作当作纯学术著作或历史珍品接受外，再也不欢迎这类著作了。”[4] 这个时期对于哲学家来说实在晦气。即使在哲学的故乡德国，也找不出一个可以与过去那些大人物相匹敌的哲学家了。法国人伊波利特·泰纳（Hippolyte Taine，1828—1893）曾赞誉过黑格尔，现在却称他为德国哲学“泄了气的气球”之一，而这个黑格尔，即使在自己的故乡也已是明日黄花；然而，“那些在德国主宰着受过教育公众的舆论的、令人厌烦的、自负而平庸的仿效者们”对待黑格尔的方式，却促使马克思在19世纪60年代“公开宣布自己是这位伟大思想家的学生”。[5] 当时，斯宾塞在世界各地的影响力都超过其他思想家。但是，他是一位平庸的思想家。撇开斯宾塞不算，当时哲学的两大主流是法国的实证主义和英国的经验主义。实证主义与怪异的孔德学派相联系，经验主义则与穆勒密切相关，这两个哲学流派都自认为是科学的分支。孔德“实证哲学”的两个基础是自然法则的不变性和获得无穷和绝对知识的可能性。如果排除了孔德的“人道宗教”（Religion of Humanity）这个极其古怪的学说，实证主义变得只不过是为实验科学的常规方式做哲学上的辩解而已，此外并无更多深意。与此相似，在许多同时代人看来，用泰纳的话说，穆勒是“打通了归纳和经验这条老路的人”。这种看法不但暗含着以进化论的进步历史观作为自己的基础这样的意思，而且事实上已由孔德和斯宾塞把这层意思表达得明明白白了。用孔德的话来说，实证主义方法或曰科学方法，就是（或将是）人类必须经历的三个阶段中的最后一个阶段的胜利，这三个阶段是神学阶段、形而上学阶段和科学阶段，每个阶段各有其特征，穆勒和斯宾塞至少都同意，最广义的自由主义是对这些特征比较贴切的表述。我们可以稍微夸张地说，依照这种看法，科学的进步已使哲学成为多余，如果说哲学还有一点用处，那也只是在智力实验里为科学家担当助手而已。
此外，既然对科学方法深信不疑，19世纪下半叶受过教育的人对这一时期的成就印象如此之深，也就不足为奇了。事实上，他们有时甚至会这样想：这些成就不仅给人以深刻的印象，而且也是最终的成就。著名物理学家汤普森（即开尔文勋爵）认为，尽管还有一些较小的问题有待澄清，但物理学的所有基本问题都已经解决。众所周知，他的这种看法错得令人吃惊。
可是，错误既是重大的，却又是可以理解的。科学犹如社会，既有革命时代，也有非革命时代，20世纪既是社会革命时代，又是科学革命时代，其规模甚至大于“革命的年代”（1789—1848），而本书所论述的时代，除了少数例外，在社会和科学两方面都不是革命的时代。但这并不意味着在有智慧和有能力的传统人士眼里，科学和社会已经解决了所有问题，只是某些非常能干的人觉得，在经济基本模式和物理世界的基本模式等方面，所有的实质性问题都已解决。然而，这的确意味着这些人对他们正在走和应该走的方向没有多少怀疑，对达到前进目标应该怎样思考和如何行动也没有多少怀疑。没有人怀疑物质和知识方面的进步，因为事实十分明显，无法否认。这确实是这个时代占主导地位的看法，尽管对这一事实的看法存在着根本分歧，一些人认为这种进步将或快或慢地继续下去，而且基本上是直线发展；另一些人（例如马克思）则知道，这种进步应该是而且将是断断续续的、充满矛盾的。如同过去那样，怀疑仅可能出现在价值选择方面，诸如生活方式和伦理道德等等，在这方面，单纯的累积是不可能指明方向的。在1860年这一年，人们所掌握的知识多于以往任何时候，这一点是毋庸置疑的，但是，人是否比以前“高明”了，这一点却难以用同样的方法证明。然而，关心这些问题的是神学家（他们在知识方面的声誉不高）、哲学家和艺术家（他们受到赞赏，却或多或少有点儿像富人赞赏他们为女人购买的钻石那样）以及左翼或右翼的社会评论家，这些人不喜欢他们所生活的或者说被迫进入的这个社会。1860年，在受过教育和有较强表达能力的人当中，他们是与众不同的少数。
诚然，在知识的各个领域里都取得了大量明显的进步，但是，相比之下，某些领域显得进展更大，某些领域显然形成得更为完整。物理学看来比化学更成熟。物理学已经超越了具有爆炸性进步的方兴未艾阶段，而化学则明显依然处在这个阶段。反过来看，与生命科学相比，化学乃至“有机化学”明显处于前列。在进步之神速令人兴奋的这个时代，生命科学似乎刚刚起步。事实上，如果说有哪一种科学理论能够代表19世纪第三个25年的自然科学的进展，并被公认是关键性的理论，那就是进化论；如果说，有一个人主宰着公众心目中的科学形象，那一定是面部粗糙不平，长得多少有些像类人猿的达尔文。数学这个陌生、抽象和理所当然是异想天开的世界，一般公众和科学界都不甚了解，也许比以前更生疏。因为，作为数学世界与一般公众和科学界接触媒介的物理学，似乎比不上当年建立天体力学时那般辉煌。当初若没有微积分，在工程和通讯方面，就不可能取得那些成就，然而现在，微积分越来越跟不上日新月异的数学了。在这方面，最杰出的代表大概应该是这个时期最伟大的数学家黎曼（Georg Bernhard Riemann，1826—1866），他在大学任教期间于1854年完成的论文《论构成几何基础的若干假设》（On the Hypothese Which Underlie Geometry ，发表于1868年），是任何论述19世纪科学著作不可能不提及的，这情形恰如任何讨论17世纪的科学著作不可能不提及牛顿的《自然哲学的数学原理》一样。黎曼的这部著作为拓扑学、微分几何、时空理论和万有引力理论奠定了基础。他甚至还设想过一种类似现代量子理论的学说。然而，黎曼的建树连同数学领域中其他极富创见的成就，要到19世纪末物理学的新革命时代开始时，才得到应有的评价。
然而，在自然科学的任何一个学科中，无论是对于知识的发展总方向，还是基本概念和方法论的架构，似乎都不存在严重的不确定性。发现层出不穷，有时非常新颖，但并不出乎意料。达尔文的进化论令人瞩目，但原因不在于这是个新观念（数十年前大家对此概念已很熟悉），而是因为它首次为物种起源提供了一种令人满意的解释模式，而且他用非科学家也丝毫不觉陌生的术语做到了这一点，而这些术语是与自由经济最熟悉的概念——竞争——遥相呼应的。确有一大批科学家以雅俗共赏的文字著书立说，因而很快就广为人知，有时甚至做得有些过分，这些人中有达尔文、巴斯德（Pasteur）、生理学家贝尔纳（Claude Bernard，1813—1878）、菲尔绍（Rudolf Virchow，1821—1902）、亥姆霍兹（Helmholtz，1821—1894）。像汤普森（开尔文勋爵）这样的物理学家更不必说了。科学的基本模式或称基本典型看来十分坚实，然而，一些大科学家，例如麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879），以其本能的审慎提出了自己的看法，从而使他们的看法与后来在极不相同的模式基础上创建的理论并行不悖。
在自然科学界，每当并非因假设不同，而是由于对同一问题的视角不同而发生意见冲突时，也就是说，当一方提出的不仅仅是一个不同的答案，而且是一个被另一方认为无法接受和“不可思议”的答案时，这种冲突就会发展成激烈而又难以解决的对抗，但这种对抗在那个时期并不多见。当克罗内克（H.Kronecker，1839—1914）在数学的无穷问题上猛烈攻击维尔斯特拉斯（K.Weierstrass，1815—1897）、狄德金（R.Dedekind，1831—1916）、康托尔（G.Cantor，1845—1918）时，这种冲突就在鲜有问津者的小小数学界发生了。这种“方法之争”使社会科学家出现分化，可是，如果“方法之争”介入自然科学，其中包括涉及敏感的进化论问题的生物学，反映出来的，与其说是学术性的辩论，毋宁说是想迫使对方接受自己所偏爱的意识形态。没有令人信服的科学理由可以解释这种偏爱何以没有出现。因此，维多利亚时代中期最典型的科学家汤普森（他的典型性在于他集理论、技术、商业于一身，不仅提出了虽属常规但在技术上又是多产的理论，同时在商业上又很成功），对于麦克斯韦的光电磁（electrornagnetic）理论，显然不以为然，结果他们之间的辩论被许多人认为是偏离了现代物理学。但是，由于他认为可以借助他本人的数学工程模型，对麦克斯韦的理论重新进行阐述（实际上并非如此），所以他没有对麦克斯韦的理论提出挑战。汤普森在已知物理规律的基础上再次洋洋得意地做出论证，认为太阳的存在距今不超过5亿年，因此地球的地质和生物就不曾有足够的时间实现进化（他是正统的基督徒，因而对这个结论深感欣慰）。根据1864年的物理学判断，他是正确的，因为要到核能被发现后，物理学家才对太阳（因而也对地球）的存在做出了距今远远超过5亿年的推测，然而，当时核能尚未发现。但是，汤普森并未想到，如果他的物理学与已为科学家们普遍接受的地质学相抵触，是否他的物理学可能有不完善之处；他也不曾考虑，地质学家会置物理学于不顾而径直前进。就物理学和地质学的进一步发展而言，这场辩论仿佛不曾发生。
科学界沿着自己的智力轨道向前发展，正如铁轨不断向前延伸一样，科学界展示了一幅在新的领域里不断铺下同类轨道的前景。在天文学方面，用更大型的望远镜和测量仪器［这两者大多是德国的成果。19世纪90年代之前，夫朗和费（Joseph Fraunhofer，1787—1826）的望远镜式样，是后来安装在美国天文台的巨型折射望远镜的原型。英国天文学在程度方面落在欧洲大陆之后，但它以其长期不间断的观察记录弥补了这个缺陷，“格林尼治（Greenwich）可以比作一个历史悠久的公司，它循规蹈矩，名声显赫，不愁没有顾客，也就是说，全世界的航运业都是它的顾客。”］进行了一系列新的观测，采用了新的摄影技术和光谱分析法。光谱分析法首次于1861年应用于星光分析，后来证明这是一种极为有效的研究工具。天空中可以让老一代天文学家吃惊的事似乎并不多。
物理学在19世纪上半叶获得了戏剧性的进展；热与能这两种表面上迥然相异的物理现象，居然由热力学（thermodynamics）统一起来了，与此同时，电、磁乃至光，均趋于采用同样的分析模式。热力学在19世纪头25年中虽然未能取得重大进展，但是汤普森在1851年却完成了使新的热理论与旧的力学理论彼此协调的过程［《热的动力当量》（The Dynamical Equivalent of Heat ）］。现代物理学的前辈麦克斯韦1862年提出了极为出色的光的电磁理论数学模式，该模式既深刻又留有进一步探讨的余地，为日后发现的电子打通了道路。可是，也许因为麦克斯韦未能以适当的方式阐明他所说的“有点儿棘手的理论”（直到1941年才阐述清楚！）[6] ，他始终未能说服汤普森、亥姆霍兹这类站在前列的同时代科学家，甚至连成就卓著的奥地利人玻尔茨曼（Ludwig Boltzmann，1844—1906）也未能说服。玻尔茨曼写于1868年的论文，事实上已经将统计力学作为一个研究对象提出来了。19世纪中期的物理学大概不如此前和此后的物理学那样光彩夺目，不过，物理学理论的进展还是相当可观的。然而，其中的电磁理论和热力学规律似乎“意味着已达到某种终结”（贝尔纳语）。[7] 无论如何，以汤普森为首的英国物理学家，实际上还有在热力学方面获得了开创性成果的那些物理学家，都受到一种看法的强烈影响，认为人类已经对自然规律获得了最终的认识。然而，亥姆霍兹和玻尔茨曼却不为这种看法所动。也许由于物理学为建立力学模式提供了极大的技术可能性，从而使得关于这门学科已达到终极的说法更具诱惑力。
化学是自然科学中的第二大学科，也是19世纪方兴未艾、最具活力的学科。化学显然没有达到某种终极，其扩展令人惊异，尤其在德国。从漂白粉、染料、化学肥料到药品和炸药，化学在工业中的这些广泛应用是其中的重要原因之一。科学界的所有从业人员中，化学家占了一半。[8] 在18世纪的第三个25年中，化学已经奠定了作为一门成熟科学的基础，此后一直蓬勃发展，而在19世纪的第三个25年中，它已成了令人兴奋不已的源泉，涌现出许多思想和发现。
人们已经认识了化学基本元素的变化过程，最重要的分析仪器也已经具备。由不同数量的基本单位（原子）组合而成的数量有限的化学元素，由分子的基本多原子单位组合而成的元素化合物以及这些组合过程规律中的某些概念，所有这些都已为人们所熟知；而这些正是化学家在重要活动中取得巨大进展，即对不同的物质进行分析和综合时所必需的。有机化学这个特殊领域虽然依然局限于对材料性能的研究，其中主要是对煤这类由远古时代的生物变成的资源在工业生产中的有效性能的研究，但从总体上看，有机化学却已呈现出一派兴盛的局面。生物化学的研究对象是物质在有生命的物质组织中如何活动，它此时离进入生物化学研究尚有一段距离。化学模式依然不甚完善，然而，了解化学模式的努力却在19世纪第三个25年中取得了实质性进展。由于取得了这些进展，人们掌握了化合物的结构，从此之后，化合物便可以简单地从数量角度（一个分子所含的原子数量）进行观察了。
阿伏伽德罗（Avogadro）于1811年提出的定律，使得确定一个分子中的原子数量成为可能；在意大利实现统一的1860年，一位爱国的意大利化学家在一次国际会议上，提请与会者注意阿伏伽德罗的定律。此外，巴斯德于1848年发现，化学性能相同的物质，其物理性能可能各不相同，例如，光的偏振的平面可以是旋转的，也可以是不旋转的，这是化学借用物理学所取得的又一成果。由此引出的结论之一是，分子具有三度空间；此外，1865年，坐在伦敦马车上的德国著名化学家凯库勒（Kekulé，1829—1896）——这是维多利亚时代常见的场景——首次想到了复合结构的分子模式，也就是著名的苯环理论。这个理论认为，每个苯环由六个碳原子组成，并有一个氢原子附在上面。可以说，建筑师或工程师的模式取代了化学公式中C6H6这种此前一直使用的会计师的计数模式。
在这个时期的化学领域里，更加了不起的一件事大概是门捷列夫（Mendeleev，1834—1907）元素周期表的大范围推广。由于解决了原子量和化合价的问题（元素中的一个原子与其他原子结合的数量），在19世纪初期一度兴盛之后便不受重视的原子理论，在1860年后再度令人瞩目，与此同时，对分光镜形状的技术改进（1859年），也促成了若干新元素的发现。此外，在19世纪60年代中期，标准化和计量技术也有长足进步（其中如电工学中的伏特、安培、瓦特、欧姆等的确定，这些计量单位如今已人人皆知）。依据化合价和原子量对化学元素进行重新排列的工作，也在这个时期进行了多次尝试。门捷列夫和德国化学家迈尔（Mayer，1830—1895）在这方面做了努力，从而得出了元素的性能随原子的重量和周期变化的结论。这个结论的杰出之处，在于人们根据这项原理做出推测，总数为92的元素周期表上尚有空缺，有待填补，并预言了这些尚未发现的元素性能。门捷列夫的周期表为基本物质的种类确定了一个极限，从而令人觉得，原子理论的研究至此似乎已告终结。然而事实却是，“应该以一个新的物质概念去寻找其完整的解释，这种新的物质概念不再视原子为不变，而是将原子视为处于相对不断地与少量基本粒子结合的状态中，而这些基本粒子本身也可能发生变化和转化”。不过，门捷列夫就像麦克斯韦那样，似乎是为以往的争论结了尾，而不是为新的争论开了头。
生物学远远落在物理学后面，究其原因，作为生物学实际应用者的农民，尤其是医生的保守主义难辞其咎。回顾往昔，早期最伟大的生理学家之一是贝尔纳，他的研究为现代生理学和生物化学奠定了基础，他还在《实验医学研究导论》（Introduction to the Study of Experimental Medicine ，1865年）一书中，对科学研究过程做了前所未有的细致分析。然而，他虽然声誉卓著——尤其在他的祖国法兰西——但他的发现却并未立即得到应用，他在当时的影响力也逊于他的同胞和同行巴斯德。巴斯德与达尔文并驾齐驱，是19世纪中期在公众中知名度最高的科学家。他借由化学工业，确切地说，他借由对啤酒和醋有时会变质，而化学分析对这种现象却不能提供答案这一困惑进入细菌学领域，并成为这个领域的先驱者［他在这项研究中的合作者是原籍德国的科赫医生（Robert Koch，1843—1910）］。显微镜、细菌培养、幻灯显示等细菌学的技术手段，根治动物和人的某些疾病等生物学的直接应用，这两方面的成就使生物学这门新兴学科，不但易于为人们所接近和理解，而且颇具吸引力。经利斯特（Lister，1827—1912）更进一步的完善，防腐法、巴氏灭菌法和其他防止微生物侵入生物有机体的方法和疫苗接种，都已切实掌握，有关的论证和结果已相当充分，从而令医务界的顽固抵制难以为继。细菌研究为生物学进而为研究生命的实质，提供了具有巨大实效的手段，但是，这个时期的生物学并未提出因循守旧的科学家无法立即接受的理论问题。
当时生物领域中最有价值的惊人进展，与生命的物理、化学结构和机制研究，仅有微不足道的关联。通过自然淘汰而实现进化的理论远远超出了生物学范畴，它的重要意义也在于此。进化论肯定了历史对于所有科学的胜利，虽然与科学相联系的历史通常总是被当代人与“进步”混为一谈。况且，由于进化论把人本身置于生物进化的全局中去考察，从而打破了自然科学与人文科学或社会科学之间的明晰界线。从此之后，必须把宇宙，至少是太阳系，当作一个持续不断的变化过程来考虑。太阳系和其他星球正处在这种历史的中途，正如地质学家业已指出的那样（参见《革命的年代》第十五章），地球也正处在这种历史的中途。有生命的物质如今也被纳入这个过程之中，尽管生命本身是否由无生命物质演化而来，这个问题不但尚未解决，而且基于意识形态的原因，始终十分敏感（伟大的巴斯德坚信他本人已经阐明，这种演化是不可能的）。达尔文不但把动物，也把人类引入了进化论的审视范围之内。
19世纪科学所面临的困难，主要不在于接受这种将宇宙视为一个历史进程的看法。在一个发生了许许多多至为明显的历史性变革的时代，相信这一点是再容易不过了。困难在于如何把这种看法与不变的自然规律，与大体相似、持续不断而且非革命性的运转结合起来。从自然规律出发，社会革命是否必要就成了问题，传统宗教的必要性更受到怀疑，因为宗教典籍所宣扬的是间断变化（创世记）和不符合自然规律的东西（奇迹）。然而，这个阶段的科学似乎也相信一致性和不变性，而且似乎把简化理论看作科学的根本理论。唯有马克思这样的革命思想家才会认为有可能出现二加二不等于四而等于别的什么，或既等于四又等于别的什么的情况。（在数学家们有关无穷的讨论中，这个问题之所以引起震动，原因是仅用算术已不能获得预想的结果。）地质学家取得了重大成就，他们认为，借助今天依然可见的完全一样的那些力量，就能对没有生命的地球上过去和今天所观察到的种类繁多的东西做出解释。只要有足够的时间，天择说就能对包括人类在内的有生命物种何以会种类繁多做出解释。这一成就曾促使并继续促使思想家们否认或低估这种迥然不同而且崭新的看法，这种看法力图对历史变化做出解释，将人类社会的变化归结为生物进化规律，因此产生了严重的政治后果或政治意图（社会达尔文主义）。西方科学家生活在其中的社会——所有科学家都属于西方社会，连处在西方世界边缘的俄国科学家也属于西方社会——把稳定和变化合而为一，进化论也这样认为。