الثورة العلمية

بحسب المؤرخين توماس كون وإدوارد غرانت ، قامت الثورة العلمية - التي نفذها علماء استخدموا اللاتينية كلغة مشتركة - على أساس ترجمات من اليونانية والعربية إلى اللاتينية، بدءًا من القرن العاشر الميلادي وتسارعًا خلال القرنين الثاني عشر والثالث عشر، للمعرفة اليونانية القديمة والعلوم الرومانية/البيزنطية والعلوم الإسلامية في العصور الوسطى ، بالإضافة إلى ظهور الجامعة في العصور الوسطى . ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} ويصف غرانت هذا بأنه "ربما أعظم استيلاء فكري على المعرفة" في تاريخ البشرية. ^{[ 28 ]}

بحلول القرن السادس عشر، هيمن الإطار الأرسطي على المشهد الفكري الأوروبي، على الرغم من أن مؤرخين مثل جيمس هانام يرون أنه كان قد بدأ بالتلاشي وفقد مصداقيته جزئيًا. ^{[ 29 ]} كان كون أرسطو مركزيًا للأرض وهرميًا في آنٍ واحد: منطقة أرضية غير كاملة تتكون من أربعة عناصر كلاسيكية - الأرض والماء والهواء والنار - تبحث عن "مواقعها الطبيعية" ، محاطة بعالم سماوي ثابت . ^{[ 30 ]} يتكون هذا العالم السماوي من أغلفة كروية متداخلة مؤلفة من عنصر خامس، هو الأثير ، الذي يتحرك فقط بحركة دائرية كاملة أو بمزيج من هذه الحركات الدائرية الكاملة. ^{[ 31 ] [ 32 ]} وقد وفر كتاب المجسطي لبطليموس الإطار الرياضي الدقيق لحساب مواقع الكواكب . ^{[ 33 ]}

رغم أن الإنجازات التي أدت إلى ظهور علم الفلك والفيزياء الحديثة خلال القرنين السادس عشر والسابع عشر مثّلت قطيعة حاسمة مع الفلسفة الأرسطية في عصر النهضة، إلا أنها كانت قطيعة مع تقاليد قائمة، وليست ابتكارًا من العدم. وبهذا المعنى، كان العلماء الذين استعادوا المعارف القديمة واستوعبوها وناقشوها شرطًا أساسيًا للثورة العلمية. ^{[ 34 ]} درس نيكولاس كوبرنيكوس ، ^{[ 35 ]} وجاليليو، ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]} ويوهانس كيبلر، ^{[ 40 ]} ونيوتن، ^{[ 41 ] [ 42 ]} جميعًا في جامعات تأسست خلال العصور الوسطى العليا، وأقرّوا جميعًا بفضلهم على العلماء السابقين.

في كتابه "العلم والعالم الحديث" ، جادل ألفريد نورث وايتهيد بأن العلم الحديث ورث "إيمانًا" بقوة العقل البشري من علماء اللاهوت في العصور الوسطى . ^{[ 44 ]} وقد لاحظ باحثون آخرون وجود صلة مباشرة بين "جوانب محددة من المسيحية التقليدية" ونشأة العلم. ^{[ 45 ] [ 46 ]} فعلى سبيل المثال، يرى المؤرخ بيتر هاريسون أن المسيحية ساهمت في ظهور الثورة العلمية لأن العديد من شخصياتها الرئيسية كانت تتمتع بمعتقدات دينية راسخة، واعتقدوا "أنهم رواد علم أكثر توافقًا مع المسيحية من الأفكار التي سادت في العصور الوسطى حول العالم الطبيعي والتي حلوا محلها". ^{[ 47 ]} وفي كتابه "أصول العلم الحديث" ، لاحظ باترفيلد أن "المسيحيين ساعدوا قضية العقلانية الحديثة من خلال تصميمهم الشديد على استئصال كل المعجزات والسحر من العالم باستثناء معجزاتهم". ^{[ 48 ]} وقد آمن كل من كوبرنيكوس وكبلر وغاليليو ونيوتن إيمانًا راسخًا بأن نظام الكون وكماله هما انعكاس لكمال خالقه. لم ينظروا إلى عملهم على أنه عمل غير ديني، ^{[ 49 ]} بل رأوا في الكشف عن الكمال الخفي للكون باستخدام الرياضيات عملاً من أعمال العبادة الخالصة. ^{[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]}

أُشير إلى استخدام الزجاج للأغراض البصرية لأول مرة عام ١٢٦٨ على يد روجر بيكون . ^{[ ٥٥ ]} صُنعت أولى النظارات في وسط إيطاليا، على الأرجح في بيزا أو فلورنسا، حوالي عام ١٢٩٠، ^{[ ٥٦ ]} وبعد ذلك، انتشر تصنيع واستخدام الزجاج البصري للنظارات على نطاق واسع في أوروبا. وأصبحت البندقية مركزًا هامًا لتصنيعه بحلول عام ١٣٠٠. ^{[ ٥٧ ] [ ٥٨ ]} في منتصف القرن الخامس عشر، طوّر صانعو الزجاج في البندقية زجاجًا شفافًا عديم اللون بشكل استثنائي، يُعرف باسم " كريستالو "، مصنوعًا من حصى الكوارتز عالية النقاء (بدلاً من الرمل) باستخدام أكسيد المنغنيز كمزيل للألوان لمعادلة اللون الأخضر الناتج عن شوائب الحديد. كان هذا الزجاج يُعتبر "زجاجًا مميزًا" في عصر النهضة، منتجًا فاخرًا يُستخدم في النوافذ، ^{[ ٥٩ ]} والمرايا، وفوانيس السفن، والعدسات. ^{[ 60 ]} عندما تم اختراع أول تلسكوب لاحقًا خلال الثورة العلمية، لم يظهر أول سجل تاريخي للاختراع في عمل من أعمال الفلسفة الطبيعية، بل في براءة اختراع قدمها صانع نظارات . ^{[ 61 ] [ 62 ]}

ساهمت التطورات في إنتاج الكتب أيضًا في إحداث الثورة العلمية. ^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]} قبل ظهور مطبعة الحروف المتحركة ، التي أدخلها يوهانس غوتنبرغ إلى أوروبا في أربعينيات القرن الخامس عشر ، لم يكن هناك سوق جماهيري للكتب العلمية في القارة، كما كان الحال بالنسبة للكتب الدينية. لقد غيّرت الطباعة بشكل جذري طريقة إنتاج المعرفة العلمية، وكذلك طريقة نشرها. أصبح العلماء في مختلف البلدان يدرسون نفس الرسوم البيانية والتوضيحية الرياضية والعلمية، ويقرؤون نفس نصوص المؤلف الواحد. ^{[ 67 ]} جعلت الطباعة الكتب العلمية متاحة على نطاق أوسع، مما سمح للباحثين بالاطلاع على النصوص القديمة بحرية ومقارنة ملاحظاتهم بملاحظات زملائهم الباحثين. ^{[ 68 ]} على الرغم من أن أخطاء الطباعة كانت لا تزال تؤدي في كثير من الأحيان إلى انتشار بيانات خاطئة (على سبيل المثال، في كتاب غاليليو " سيديريوس نونسيوس " (الرسول النجمي)، الذي نُشر في البندقية عام 1610، ظهرت صوره التلسكوبية لسطح القمر بشكل خاطئ معكوسة)، إلا أن تطوير الألواح المعدنية المحفورة سمح بجعل المعلومات البصرية الدقيقة دائمة، وهو تغيير عن السابق، حيث كانت الرسوم التوضيحية المطبوعة على الخشب تتلف بسبب الاستخدام المتكرر. إن القدرة على الوصول إلى الأبحاث العلمية السابقة تعني أن الباحثين لم يعودوا مضطرين دائمًا للبدء من الصفر في فهم بياناتهم الرصدية. ^{[ 69 ]} أنهت الطباعة ثقافة المخطوطات في العصور الوسطى، حيث كانت الحقائق نادرة، واستبدلتها بثقافة الطباعة في عصر النهضة ، حيث انتشرت الحقائق الموثوقة والموثقة بسرعة وأصبحت الأساس المتين للمعرفة العلمية. ^{[ 70 ]}

بعد عودته من البرازيل في ربيع عام 1503، احتوت رسالة أمريكو فسبوتشي " موندوس نوفوس" على أول بيان صريح مطبوع لفرضية أن الأراضي التي اكتشفها الملاحون الأوروبيون غربًا لم تكن أطراف آسيا، كما أكد كريستوفر كولومبوس قبل عقد من الزمان، بل كانت قارة مختلفة تمامًا (عالم جديد).

في الأيام الماضية، كتبتُ إليكم بتفصيلٍ كبير عن عودتي من بلدانٍ جديدة، تم اكتشافها واستكشافها بالسفن، على نفقة وأمر ملك البرتغال الجليل؛ ويحق لنا أن نسميها عالماً جديداً، لأن أسلافنا لم يعرفوا أياً من هذه البلدان، وستكون جديدة تماماً على كل من يسمع عنها. فقد كان رأي القدماء أن الجزء الأكبر من العالم الواقع جنوب خط الاستواء ليس يابسة، بل بحرٌ فقط، أطلقوا عليه اسم المحيط الأطلسي؛ وحتى لو أقروا بوجود قارة هناك، فقد قدموا أسباباً كثيرة لإنكار كونها مأهولة. لكن هذا الرأي خاطئ، ومخالفٌ للحقيقة تماماً. وقد أثبتت رحلتي الأخيرة ذلك، إذ وجدتُ قارةً في ذلك الجزء الجنوبي؛ مليئةً بالحيوانات، وأكثر اكتظاظاً بالسكان من أوروبا، أو آسيا، أو أفريقيا، بل وأكثر اعتدالاً وجمالاً من أي منطقة أخرى نعرفها. ^{[ 71 ]}

أثارت رسالة فيسبوتشي ضجة كبيرة في مجال النشر في أوروبا، وأعيد طبعها على الفور وبشكل متكرر في العديد من البلدان الأخرى. ^{[ 72 ]}

شكّل كتاب الجغرافيا لكلاوديوس بطليموس أساسًا لمعظم الخرائط التي رُسمت في أوروبا خلال عصر النهضة في القرن الخامس عشر. ^{[ 73 ]} ولأن الأمريكتين كانتا غائبتين تمامًا عن خرائط بطليموس ، فقد شكّل اكتشاف الأوروبيين لهما في نهاية القرن الخامس عشر مفاجأةً كبيرة. ^{[ 74 ]} ولأن الأوروبيين كانوا يعتبرون بطليموس المرجع الأبرز في علم الفلك والجغرافيا، فقد أدى اكتشاف الأمريكتين إلى التشكيك في دقة معلوماته الفلكية. ^{[ 75 ]}

كان الأسلوب الأساسي للتفاعل مع العالم في التقاليد العلمية الأرسطية يتمثل في الملاحظة والبحث عن الظروف "الطبيعية" من خلال الاستدلال. وارتبط بهذا النهج الاعتقاد بأن الأحداث النادرة التي تبدو مناقضة للنماذج النظرية ما هي إلا شذوذات، لا تُخبرنا شيئًا عن الطبيعة كما هي "بطبيعتها". وخلال الثورة العلمية، أدت التغيرات في التصورات حول دور العالم في علاقته بالطبيعة، وقيمة الأدلة، سواء التجريبية أو المرصودة، إلى منهجية علمية يلعب فيها المنهج التجريبي دورًا كبيرًا. ^{[ 88 ] [ 89 ]}

مع بداية الثورة العلمية، أصبحت التجريبية عنصرًا هامًا في العلوم والفلسفة الطبيعية. وقد بدأ مفكرون سابقون ، من بينهم الفيلسوف الاسمي ويليام الأوكامي في أوائل القرن الرابع عشر ، الحركة الفكرية نحو التجريبية. ^{[ 90 ]} شاع استخدام مصطلح "التجريبية البريطانية" لوصف الاختلافات الفلسفية الملحوظة بين اثنين من مؤسسيها: فرانسيس بيكون ، الذي وُصف بالتجريبي، ورينيه ديكارت ، الذي وُصف بالعقلاني. وكان توماس هوبز وجورج بيركلي وديفيد هيوم من أبرز رواد هذه الفلسفة، الذين طوروا تقليدًا تجريبيًا متطورًا كأساس للمعرفة الإنسانية.

كان كتاب جون لوك " مقال في الفهم البشري " (1689) من أبرز صياغات المذهب التجريبي ، حيث أكد فيه أن المعرفة الحقيقية الوحيدة التي يمكن للعقل البشري الوصول إليها هي تلك القائمة على التجربة. وكتب أن العقل البشري خُلق كصفحة بيضاء، تُسجل عليها الانطباعات الحسية وتُبنى عليها المعرفة من خلال عملية التأمل.

وضع فرانسيس بيكون، الذي يُلقب بأبي التجريبية، الأسس الفلسفية للثورة العلمية. ^{[ 21 ]} رسّخت أعماله المنهجيات الاستقرائية للبحث العلمي، والتي تُعرف غالبًا بالمنهج البيكوني ، أو ببساطة المنهج العلمي، ونشرتها على نطاق واسع. شكّلت دعوته إلى اتباع إجراء مُخطط لدراسة كل ما هو طبيعي منعطفًا جديدًا في الإطار البلاغي والنظري للعلم، والذي لا يزال جزء كبير منه يُحيط بمفاهيم المنهجية الصحيحة حتى اليوم. ^{[ 91 ]}

اقترح بيكون إصلاحًا جذريًا لجميع عمليات المعرفة من أجل النهوض بالمعرفة الإلهية والإنسانية، وأطلق عليه اسم " الإصلاح العظيم". ويرى بيكون أن هذا الإصلاح سيؤدي إلى تقدم كبير في العلوم، وإلى ظهور سلسلة من الاختراعات التي من شأنها تخفيف معاناة البشرية وتلبية احتياجاتها. نُشر كتابه " الأورغانوم الجديد " عام 1620، حيث يجادل فيه بأن الإنسان "خادم الطبيعة ومفسرها"، وأن "المعرفة والقدرة البشرية مترادفتان"، وأن "النتائج تتحقق بواسطة الأدوات والوسائل المساعدة"، وأن "الإنسان، أثناء عمله، لا يستطيع إلا تطبيق أو سحب الأجسام الطبيعية؛ أما الطبيعة فتقوم بالباقي داخليًا"، وأن "الطبيعة لا يمكن السيطرة عليها إلا بطاعتها". ^{[ 92 ]} وفيما يلي ملخص لفلسفة هذا العمل، وهي أنه من خلال معرفة الطبيعة واستخدام الأدوات، يستطيع الإنسان التحكم في عمل الطبيعة أو توجيهه لتحقيق نتائج محددة. لذلك، فإن الإنسان، من خلال سعيه لمعرفة الطبيعة، يستطيع أن يسيطر عليها، وبالتالي يعيد تأسيس "إمبراطورية الإنسان على الخليقة"، التي فقدها بالسقوط مع نقاء الإنسان الأصلي. وبهذه الطريقة، كما اعتقد، سيرتقي البشر فوق حالات العجز والفقر والبؤس، وينعمون بالسلام والرخاء والأمان. ^{[ 93 ]}

لهذا الغرض، وهو اكتساب المعرفة بالطبيعة والسيطرة عليها، وضع بيكون في هذا العمل نظامًا منطقيًا جديدًا اعتقد أنه يتفوق على أساليب القياس المنطقي القديمة ، مطورًا منهجه العلمي الذي يتألف من إجراءات لعزل السبب الصوري لظاهرة ما (كالحرارة، على سبيل المثال) من خلال الاستقراء الإقصائي. ويرى بيكون أن على الفيلسوف أن ينطلق من الاستدلال الاستقرائي من الحقيقة إلى البديهية ثم إلى القانون الفيزيائي . لكن قبل البدء بهذا الاستقراء، يجب على الباحث أن يحرر ذهنه من بعض المفاهيم أو الميول الخاطئة التي تشوه الحقيقة. وعلى وجه الخصوص، وجد أن الفلسفة منشغلة جدًا بالكلمات، ولا سيما الخطاب والنقاش، بدلًا من الملاحظة الفعلية للعالم المادي: "فبينما يعتقد الناس أن عقولهم تحكم الكلمات، فإن الكلمات في الواقع تعكس قوتها على الفهم، مما يجعل الفلسفة والعلم مغالطين وغير فعالين." ^{[ 94 ]}

رأى بيكون أن الأهم للعلم ألا يكتفي بالنقاشات الفكرية أو السعي وراء الأهداف التأملية فحسب، بل أن يسعى لتحسين حياة البشرية من خلال ابتكار اختراعات جديدة، حتى أنه صرّح بأن "الاختراعات هي، كما لو كانت، إبداعات جديدة ومحاكاة للأعمال الإلهية". ^{[ 92 ]} وقد استكشف بيكون الأثر البالغ والمغير للعالم للاختراعات، مثل المطبعة والبارود والبوصلة . ورغم تأثيره على المنهجية العلمية، فقد رفض نظريات جديدة صحيحة ، مثل المغناطيسية لويليام جيلبرت ، ومركزية الشمس لكوبرنيكوس، وقوانين كبلر لحركة الكواكب . ^{[ 95 ]}

وصف بيكون الطريقة التجريبية لأول مرة .

تبقى التجربة البسيطة؛ التي تُسمى، إذا أُخذت كما هي، صدفة، وإذا طُلبت، تُسمى تجربة. أما المنهج الحقيقي للتجربة فيبدأ بإشعال الشمعة [الفرضية]، ثم يُرشد، بواسطة الشمعة، إلى الطريق [يرتب التجربة ويحددها]؛ إذ يبدأ بتجربة مُرتبة ومُهضمة على النحو الواجب، لا عشوائية أو مُتقلبة، ومنها يُستنتج البديهيات [النظريات]، ومن البديهيات الراسخة تُجرى تجارب جديدة.

كان جيلبرت من أوائل المؤيدين لهذه الطريقة. وقد رفض بشدة كلاً من الفلسفة الأرسطية السائدة والمنهج المدرسي في التدريس الجامعي. كتب كتابه "دي ماغنيت" عام 1600، ويُعتبره البعض أبو الكهرباء والمغناطيسية. ^{[ 97 ]} في هذا العمل، يصف العديد من تجاربه على نموذجه للأرض المسمى " تيريلا" . ومن هذه التجارب، استنتج أن الأرض مغناطيسية، وأن هذا هو سبب إشارة البوصلات إلى الشمال.

كان لكتاب "دي ماغنيت" تأثيرٌ كبيرٌ نظرًا لأهمية موضوعه، فضلًا عن دقة وصف جيلبرت لتجاربه ورفضه للنظريات القديمة في المغناطيسية. ^{[ 98 ]} ووفقًا لتوماس طومسون ، فإن "كتاب جيلبرت عن المغناطيسية، الذي نُشر عام 1600، يُعدّ من أروع الأمثلة على الفلسفة الاستقرائية التي عُرضت على العالم. وهو أكثر تميزًا لأنه سبق كتاب "نوفوم أورجانوم" لبيكون ، الذي شُرحت فيه المنهجية الاستقرائية في الفلسفة لأول مرة." ^{[ 99 ]}

كان غاليليو من أوائل المفكرين المعاصرين الذين أكدوا بوضوح أن قوانين الطبيعة رياضية. في كتابه "المقايسة "، كتب: "الفلسفة مكتوبة في هذا الكتاب العظيم، الكون  ... إنها مكتوبة بلغة الرياضيات، ورموزها المثلثات والدوائر وغيرها من الأشكال الهندسية...". ^{[ 100 ]} تُعد تحليلاته الرياضية تطورًا لتقليدٍ استخدمه فلاسفة الطبيعة المدرسيون المتأخرون، والذي تعلمه غاليليو أثناء دراسته للفلسفة. ^{[ 101 ]} تجاهل غاليليو الفلسفة الأرسطية. وبشكلٍ أوسع، مثّل عمله خطوةً أخرى نحو الفصل النهائي بين العلم والفلسفة والدين؛ وهو تطورٌ هام في الفكر الإنساني. كان غاليليو كثيرًا ما يُبدي استعدادًا لتغيير آرائه وفقًا للملاحظة. ولإجراء تجاربه، كان عليه وضع معايير للطول والزمن، بحيث يُمكن مقارنة القياسات التي أُجريت في أيامٍ ومختبراتٍ مختلفة بطريقةٍ قابلة للتكرار. وقد وفّر هذا أساسًا موثوقًا لتأكيد القوانين الرياضية باستخدام الاستدلال الاستقرائي.

أظهر غاليليو تقديرًا للعلاقة بين الرياضيات والفيزياء النظرية والفيزياء التجريبية. فقد فهم القطع المكافئ ، سواءً من حيث القطوع المخروطية أو من حيث تغير الإحداثي الصادي (y) كنسبة مربع الإحداثي السيني (x). وأكد غاليليو كذلك أن القطع المكافئ هو المسار المثالي نظريًا لمقذوف متسارع بانتظام في غياب الاحتكاك والاضطرابات الأخرى. وأقر بوجود حدود لصحة هذه النظرية، مشيرًا من الناحية النظرية إلى أن مسار مقذوف بحجم مماثل لحجم الأرض لا يمكن أن يكون قطعًا مكافئًا، ^{[ 102 ]} ولكنه مع ذلك أكد أنه بالنسبة للمسافات التي تصل إلى مدى مدفعية عصره، فإن انحراف مسار المقذوف عن القطع المكافئ سيكون طفيفًا للغاية. ^{[ 103 ] [ 104 ]}

كانت المعرفة العلمية، وفقًا للأرسطيين، معنية بإثبات الأسباب الحقيقية والضرورية للأشياء. ^{[ 105 ]} وبقدر ما استخدم فلاسفة الطبيعة في العصور الوسطى المسائل الرياضية، فقد حصروا الدراسات الاجتماعية في التحليلات النظرية للسرعة المحلية وجوانب أخرى من الحياة. ^{[ 106 ]} وكان القياس الفعلي للكمية الفيزيائية، ومقارنة هذا القياس بقيمة محسوبة بناءً على النظرية، مقتصرًا إلى حد كبير على فروع الرياضيات في علم الفلك والبصريات في أوروبا. ^{[ 107 ] [ 108 ]}

في القرنين السادس عشر والسابع عشر، بدأ العلماء الأوروبيون بتطبيق القياسات الكمية بشكل متزايد على قياس الظواهر الفيزيائية على الأرض. وقد أكد غاليليو بشدة أن الرياضيات توفر نوعًا من اليقين الضروري الذي يمكن مقارنته بيقين الله: "...فيما يتعلق بتلك القضايا الرياضية القليلة التي يفهمها العقل البشري، أعتقد أن معرفته تساوي المعرفة الإلهية في اليقين الموضوعي..." ^{[ 109 ]}

يستبق غاليليو مفهوم التفسير الرياضي المنهجي للعالم في كتابه Il Saggiatore :

الفلسفة [أي الفيزياء] مكتوبة في هذا الكتاب العظيم -أعني الكون- الذي يظل مفتوحًا أمام أعيننا باستمرار، ولكن لا يمكن فهمها إلا بتعلم فهم لغتها وتفسير رموزها. إنها مكتوبة بلغة الرياضيات ، ورموزها هي المثلثات والدوائر وغيرها من الأشكال الهندسية، والتي بدونها يستحيل على الإنسان فهم كلمة واحدة منها؛ فبدونها، يتيه المرء في متاهة مظلمة. ^{[ 110 ]}

في عام ١٥٩١، نشر فرانسوا فييت كتابه "In Artem Analyticem Isagoge" الذي قدم أول تدوين رمزي للمعاملات في الجبر . وفي عام ١٦٣٧، وسّع رينيه ديكارت نطاق الجبر وصيغته بشكل كبير في كتابه "La Géométrie" . وقد فتح تطوير نيوتن لحساب التفاضل والتكامل آفاقًا جديدة لتطبيقات أساليب الرياضيات في العلوم. وأكد نيوتن على ضرورة اقتران النظرية العلمية بالتجريب الدقيق، الذي أصبح حجر الزاوية في العلوم الحديثة.

ميّز أرسطو أربعة أنواع من الأسباب، وأهمها، حيثما ينطبق، "الغاية". والغاية هي الهدف أو الغاية أو الغرض من عملية طبيعية أو شيء من صنع الإنسان. وحتى الثورة العلمية، كان من الطبيعي جدًا أن نرى مثل هذه الأهداف، كنمو الطفل مثلاً، وصولاً إلى مرحلة النضج. وكان يُفترض وجود الذكاء فقط في غاية المصنوعات البشرية، ولم يُنسب إلى الحيوانات الأخرى أو إلى الطبيعة.

في " الفلسفة الميكانيكية "، لا يُسمح بأي مجال أو تأثير عن بُعد، فالجسيمات أو حُجيرات المادة خاملة بطبيعتها. الحركة ناتجة عن تصادم فيزيائي مباشر. فبينما كانت المواد الطبيعية تُفهم سابقًا على أنها عضوية، نظر إليها الفلاسفة الميكانيكيون على أنها آلات. ^{[ 111 ]} ونتيجة لذلك، بدت نظرية نيوتن وكأنها نوع من العودة إلى " التأثير الغامض عن بُعد ". ووفقًا لتوماس كون، فقد تبنى نيوتن وديكارت المبدأ الغائي القائل بأن الله حافظ على مقدار الحركة في الكون.

كانت الجاذبية، التي فُسِّرت على أنها تجاذب فطري بين كل زوج من جسيمات المادة، صفةً خفيةً بالمعنى نفسه الذي كان عليه مفهوم "ميل المادة للسقوط" عند علماء اللاهوت المدرسي... وبحلول منتصف القرن الثامن عشر، أصبح هذا التفسير مقبولاً على نطاق واسع، وكانت النتيجة عودة حقيقية (وهي ليست تراجعاً) إلى المعيار المدرسي. وانضمت قوى التجاذب والتنافر الفطرية إلى الحجم والشكل والموقع والحركة كخصائص أساسية غير قابلة للاختزال المادي للمادة. ^{[ 112 ]}

نسب نيوتن تحديدًا قوة القصور الذاتي للمادة، خلافًا لنظرية الميكانيكا القائلة بأن المادة لا تمتلك قوى ذاتية. ولكن بينما أنكر نيوتن بشدة أن الجاذبية قوة ذاتية للمادة، جعلها زميله روجر كوتس كذلك، كما ورد في مقدمته الشهيرة للطبعة الثانية من كتاب "الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية" (Principia) عام 1713 التي قام بتحريرها، وهو ما خالف رأي نيوتن. وقد اعتُمد تفسير كوتس للجاذبية بدلًا من تفسير نيوتن.

اتخذت الخطوات الأولى نحو إضفاء الطابع المؤسسي على البحث العلمي ونشره شكل إنشاء جمعيات تُطرح فيها الاكتشافات الجديدة وتُناقش وتُنشر. وكانت الجمعية الملكية في لندن أول جمعية علمية تُنشأ، وقد انبثقت من مجموعة سابقة تمركزت حول كلية جريشام في أربعينيات وخمسينيات القرن السابع عشر. ووفقًا لتاريخ الكلية:

لعبت الشبكة العلمية التي تركزت في كلية جريشام دورًا حاسمًا في الاجتماعات التي أدت إلى تشكيل الجمعية الملكية. ^{[ 113 ]}

تأثر هؤلاء الأطباء والفلاسفة الطبيعيون بـ"العلم الجديد"، كما روّج له بيكون في كتابه " أطلانتس الجديدة "، بدءًا من عام 1645 تقريبًا. وكانت هناك مجموعة تُعرف باسم "الجمعية الفلسفية لأكسفورد" تُدار وفقًا لمجموعة من القواعد التي لا تزال مكتبة بودليان تحتفظ بها . ^{[ 114 ]}

في 28 نوفمبر 1660، أعلنت "لجنة 1660 المكونة من 12 عضوًا" عن تأسيس "كلية لتعزيز التعلم التجريبي في الفيزياء والرياضيات"، والتي كانت تجتمع أسبوعيًا لمناقشة العلوم وإجراء التجارب. وفي الاجتماع الثاني، أعلن روبرت موراي أن الملك تشارلز وافق على هذه الاجتماعات، وتم توقيع ميثاق ملكي في 15 يوليو 1662 لإنشاء "الجمعية الملكية في لندن"، مع تولي اللورد برونكر منصب أول رئيس لها. وفي 23 أبريل 1663، تم توقيع ميثاق ملكي ثانٍ، نُسب فيه الفضل للملك كمؤسس، وحمل اسم "الجمعية الملكية في لندن لتحسين المعرفة الطبيعية"؛ وعُين روبرت هوك أمينًا للتجارب في نوفمبر. واستمر هذا الدعم الملكي الأولي، ومنذ ذلك الحين أصبح كل ملك راعيًا للجمعية. ^{[ 115 ]}

كان هنري أولدنبورغ أول سكرتير للجمعية . وشملت اجتماعاتها الأولى تجارب أجراها هوك أولًا، ثم دينيس بابان الذي عُيّن عام 1684. وتنوعت هذه التجارب في مجالها، فكانت مهمة في بعض الحالات، وبسيطة في حالات أخرى. ^{[ 116 ]} بدأت الجمعية بنشر " المعاملات الفلسفية" منذ عام 1665، وهي أقدم وأطول مجلة علمية في العالم، والتي أرست مبادئ مهمة للأولوية العلمية ومراجعة الأقران . ^{[ 117 ]}

أسس الفرنسيون أكاديمية العلوم عام 1666. وعلى عكس الأصول الخاصة لنظيرتها البريطانية، تأسست الأكاديمية كهيئة حكومية على يد جان بابتيست كولبير . ووضع الملك لويس الرابع عشر قواعدها عام 1699 ، حيث أُطلق عليها اسم "الأكاديمية الملكية للعلوم" وتم نقل مقرها إلى متحف اللوفر في باريس.

طوّر نيوتن أيضًا نظرية الجاذبية. في عام 1679، بدأ نيوتن بدراسة الجاذبية وتأثيرها على مدارات الكواكب بالرجوع إلى قوانين كبلر لحركة الكواكب. جاء ذلك بعد تبادل رسائل قصير مع هوك في الفترة 1679-1680، والذي فتح باب المراسلة بهدف حث نيوتن على المساهمة في معاملات الجمعية الملكية. ^{[ 118 ]} وقد ازداد اهتمام نيوتن المتجدد بعلم الفلك مع ظهور مذنب في شتاء 1680-1681، والذي راسل بشأنه جون فلامستيد . ^{[ 119 ]} بعد مراسلاته مع هوك، توصل نيوتن إلى برهان على أن الشكل الإهليلجي لمدارات الكواكب ينتج عن قوة مركزية تتناسب عكسيًا مع مربع متجه نصف القطر . أبلغ نيوتن نتائجه إلى إدموند هالي والجمعية الملكية في كتابه "De motu corporum in gyrum" عام 1684. ^{[ 120 ]} احتوى هذا المجلد على النواة التي طورها نيوتن ووسعها لتشكيل كتاب "Principia" . ^{[ 121 ]}

نُشر كتاب "الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية" (برينسيبيا) في 5 يوليو 1687 بتشجيع ودعم مالي من هالي. [ 122 ^{] في هذا} العمل، وضع نيوتن قوانين الحركة الكونية الثلاثة التي ساهمت في العديد من التطورات خلال الثورة الصناعية التي تلتها مباشرة، والتي لم يُجرَ عليها أي تحسين لأكثر من 200 عام. ولا تزال العديد من هذه التطورات تُشكّل أساسًا للتقنيات غير النسبية في العالم الحديث. وقد استخدم نيوتن الكلمة اللاتينية " gravitas " (الوزن) للدلالة على التأثير الذي سيُعرف لاحقًا بالجاذبية، ووضع قانون الجاذبية الكونية.

أدت فرضية نيوتن عن وجود قوة خفية قادرة على التأثير عبر مسافات شاسعة إلى انتقاده لإدخاله " قوى خفية " في العلم. ^{[ 123 ]} لاحقًا، في الطبعة الثانية من كتاب " الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية " (1713)، رفض نيوتن هذه الانتقادات رفضًا قاطعًا في " شرح عام " ختامي، فكتب أنه يكفي أن تشير الظواهر إلى وجود جاذبية، كما هو الحال؛ لكنها لا تدل على سببها، وأنه من غير الضروري وغير المناسب وضع فرضيات حول أشياء لا تشير إليها الظواهر. (هنا استخدم نيوتن ما أصبح عبارته الشهيرة " الفرضيات لا تعنيني "). ^{[ 124 ]}

في القرن السادس عشر، كان الجراح أمبرواز باريه رائداً في التقنيات الجراحية وطب ساحة المعركة ، وخاصة علاج الجروح . ^{[ 125 ]}

نشر ويليام هارفي كتابه "De Motu Cordis" عام 1628. وقدّم هارفي تحليلاً مفصلاً للبنية العامة للقلب ، ثم انتقل إلى تحليل الشرايين ، موضحاً كيف يعتمد نبضها على انقباض البطين الأيسر ، بينما يدفع انقباض البطين الأيمن شحنة الدم إلى الشريان الرئوي . ولاحظ أن البطينين يتحركان معاً بشكل شبه متزامن، وليس بشكل مستقل كما كان يعتقد أسلافه. ^{[ 126 ]}

قدّر هارفي سعة القلب، وكمية الدم التي يضخها في كل نبضة، وعدد دقات القلب في نصف ساعة. وبناءً على هذه التقديرات، أثبت أنه وفقًا لنظرية غيلين القائلة بأن الدم يُنتج باستمرار في الكبد ، فإنّ الرقم الهائل البالغ 540 رطلاً من الدم يجب أن يُنتج يوميًا. وبوجود هذه النسبة الرياضية البسيطة - التي تُشير إلى دور يبدو مستحيلاً للكبد - شرع هارفي في إثبات كيفية دوران الدم في دائرة من خلال تجارب لا حصر لها أُجريت في البداية على الثعابين والأسماك: حيث قام بربط أوردتها وشرايينها في فترات زمنية منفصلة، ​​ولاحظ التغيرات التي طرأت عليها؛ فمع ربط الأوردة، كان القلب يفرغ، بينما مع ربط الشرايين، كان ينتفخ. أُجريت هذه العملية لاحقًا على جسم الإنسان: حيث قام الطبيب بربط رباط محكم على الجزء العلوي من ذراع الشخص. يؤدي هذا إلى قطع تدفق الدم من الشرايين والأوردة. عند القيام بذلك، يصبح الجزء السفلي من الذراع باردًا وشاحبًا، بينما يصبح الجزء العلوي دافئًا ومتورمًا. يتم إرخاء الرباط قليلًا، مما يسمح بتدفق الدم من الشرايين إلى الذراع، لأن الشرايين أعمق في اللحم من الأوردة. عند القيام بذلك، يظهر تأثير معاكس في الجزء السفلي من الذراع، حيث يصبح دافئًا ومتورمًا، وتصبح الأوردة أكثر وضوحًا لامتلاءها بالدم.

أصبحت الكيمياء ، وسابقتها الخيمياء ، جانبًا متزايد الأهمية في الفكر العلمي خلال القرنين السادس عشر والسابع عشر. وتتجلى أهمية الكيمياء في نخبة العلماء البارزين الذين انخرطوا بنشاط في البحث الكيميائي، ومن بينهم الفلكي تيكو براهي ، ^{[ 127 ]} والطبيب الكيميائي باراسيلسوس ، وروبرت بويل ، وتوماس براون، وإسحاق نيوتن. وعلى عكس الفلسفة الميكانيكية، ركزت الفلسفة الكيميائية على القوى الفاعلة للمادة، والتي غالبًا ما عبّر عنها الخيميائيون بمصطلحات المبادئ الحيوية أو الفاعلة - أي الأرواح العاملة في الطبيعة. ^{[ 128 ]}

شكّلت المحاولات العملية لتحسين تكرير الخامات واستخلاصها لصهر المعادن مصدرًا هامًا للمعلومات للكيميائيين الأوائل في القرن السادس عشر، ومن بينهم جورجيوس أغريكولا ، الذي نشر عمله العظيم " دي ري ميتاليكا" عام 1556. ^{[ 129 ]} يصف عمله العمليات المتطورة والمعقدة لتعدين خامات المعادن واستخلاصها وعلم المعادن في ذلك الوقت. وقد أزال منهجه الغموض الذي كان يكتنف هذا الموضوع، مما أرسى الأساس العملي الذي استند إليه الآخرون. ^{[ 130 ]}

يُعتبر الكيميائي روبرت بويل من رواد تطوير المنهج العلمي الحديث في الكيمياء القديمة، ومن أبرز من فصلوا الكيمياء عن الكيمياء القديمة. ^{[ 131 ]} ورغم أن أبحاثه متجذرة في التقاليد الكيميائية القديمة، إلا أن بويل يُعد اليوم على نطاق واسع أول كيميائي حديث، وبالتالي أحد مؤسسي الكيمياء الحديثة، وأحد رواد المنهج العلمي التجريبي الحديث. ورغم أن بويل لم يكن المكتشف الأصلي، إلا أنه اشتهر بقانون بويل الذي قدمه عام 1662: ^{[ 132 ]} يصف هذا القانون العلاقة العكسية بين الضغط المطلق وحجم الغاز، إذا ما ثبتت درجة الحرارة داخل نظام مغلق . ^{[ 133 ]}

يُنسب إلى بويل أيضًا تأليف كتابه الرائد "الكيميائي المتشكك" عام 1661، والذي يُعدّ مرجعًا أساسيًا في علم الكيمياء. في هذا الكتاب، يطرح بويل فرضيته القائلة بأن كل ظاهرة هي نتيجة تصادمات الجسيمات المتحركة. وقد دعا بويل الكيميائيين إلى إجراء التجارب، مؤكدًا أن التجارب تنفي حصر العناصر الكيميائية في العناصر الأربعة الكلاسيكية فقط: التراب، والنار، والهواء، والماء. كما طالب بأن تتوقف الكيمياء عن كونها تابعة للطب أو الخيمياء، وأن ترتقي إلى مصاف العلوم. والأهم من ذلك، أنه دافع عن منهج دقيق في التجربة العلمية، إذ كان يؤمن بضرورة اختبار جميع النظريات تجريبيًا قبل اعتبارها صحيحة. يحتوي هذا العمل على بعض أقدم الأفكار الحديثة حول الذرات والجزيئات والتفاعلات الكيميائية ، ويُمثّل بداية الكيمياء الحديثة.

قدّم جون نابيير اللوغاريتمات كأداة رياضية فعّالة. وبمساعدة هنري بريغز، مثّلت جداولهما اللوغاريتمية تقدماً حسابياً هائلاً، مما جعل العمليات الحسابية اليدوية أسرع بكثير. ^{[ 144 ]} استخدم نابيير في عظامه مجموعة من القضبان المرقمة كأداة للضرب باستخدام نظام الضرب الشبكي . وقد مهّد هذا الطريق أمام تطورات علمية لاحقة، لا سيما في علم الفلك والديناميكا .

في جامعة أكسفورد ، ابتكر إدموند غونتر أول جهاز تناظري للمساعدة في الحساب. كان "مقياس غونتر" عبارة عن مسطرة مستوية كبيرة محفورة بمقاييس أو خطوط متنوعة. وُضعت الخطوط الطبيعية، مثل خط الأوتار وخط الجيب وخط الظل ، على أحد جانبي المقياس، بينما وُضعت الخطوط الاصطناعية أو اللوغاريتمية المقابلة على الجانب الآخر. كان هذا الجهاز الحسابي سلفًا للمسطرة الحاسبة . يُنسب اختراع المسطرة الحاسبة إلى ويليام أوتريد ، الذي استخدم لأول مرة مقياسين من هذا النوع ينزلقان فوق بعضهما البعض لإجراء عمليات الضرب والقسمة المباشرة، وذلك في عام 1622.

اخترع بليز باسكال الآلة الحاسبة الميكانيكية عام 1642. ^{[ 145 ]} أدى طرحه لآلة باسكالين عام 1645 إلى انطلاق تطوير الآلات الحاسبة الميكانيكية أولاً في أوروبا ثم في جميع أنحاء العالم. ^{[ 146 ] [ 147 ]} وبناءً على عمل باسكال، أصبح غوتفريد لايبنتز أحد أكثر المخترعين إنتاجًا في مجال الآلات الحاسبة الميكانيكية؛ فقد كان أول من وصف آلة حاسبة ذات عجلة دوارة عام 1685، ^{[ 148 ]} واخترع عجلة لايبنتز ، المستخدمة في آلة الحساب ، وهي أول آلة حاسبة ميكانيكية تُنتج بكميات كبيرة. كما قام بتطوير نظام الأرقام الثنائية ، الذي يُعد أساس جميع بنى الحواسيب الحديثة تقريبًا. ^{[ 149 ]}

كان جون هادلي مخترع الأوكتانت ، وهو السلف للسدس ( الذي اخترعه جون بيرد )، والذي حسّن بشكل كبير علم الملاحة .

اشتهر دينيس بابين باختراعه الرائد لجهاز الهضم البخاري ، وهو السلف لمحرك البخار . ^{[ 150 ] [ 151 ]} حصل المخترع الإنجليزي توماس سافري على براءة اختراع أول محرك بخاري عامل في عام 1698 ، ووصفه بأنه "...اختراع جديد لرفع المياه وتحريك جميع أنواع أعمال الطواحين بقوة دفع النار، مما سيكون ذا فائدة كبيرة في تجفيف المناجم، وتزويد المدن بالمياه، وتشغيل جميع أنواع الطواحين التي لا تتوفر فيها المياه أو الرياح المستمرة." ^{[ 152 ]} عُرض الاختراع على الجمعية الملكية في 14 يونيو 1699، ووصف سافري الآلة في كتابه " صديق عامل المنجم؛ أو، محرك لرفع المياه بالنار " (1702)، ^{[ 153 ]} حيث ادعى أنها قادرة على ضخ المياه من المناجم. أتقن توماس نيوكومن تصميم محرك البخار العملي لضخ المياه، وهو محرك نيوكومن البخاري . ونتيجة لذلك، يمكن اعتبار نيوكومن أحد رواد الثورة الصناعية. ^{[ 154 ]}

كان أبراهام داربي الأول أول وأشهر أفراد عائلة داربي من ثلاثة أجيال ممن لعبوا دورًا هامًا في الثورة الصناعية. فقد طوّر طريقة لإنتاج حديد عالي الجودة في فرن صهر يعمل بفحم الكوك بدلًا من الفحم النباتي . شكّل هذا إنجازًا كبيرًا في إنتاج الحديد كمادة خام للثورة الصناعية.

ظهرت التلسكوبات الكاسرة لأول مرة في هولندا عام 1608، ويبدو أنها كانت نتاج تجارب صانعي النظارات على العدسات. المخترع مجهول، لكن هانز ليبرهي تقدم بطلب للحصول على أول براءة اختراع، تبعه جاكوب ميتيوس من ألكماار . ^{[ 155 ]} كان غاليليو من أوائل العلماء الذين استخدموا هذه الأداة في أرصاده الفلكية عام 1609. ^{[ 156 ]} وصف جيمس غريغوري التلسكوب العاكس في كتابه "أوبتيكا بروموتا " (1663). جادل بأن المرآة المكافئة ستزيل الزيغ الكروي المتأصل في تصميمات التلسكوبات العاكسة المعروفة آنذاك ذات المرايا الكروية. ^{[ 157 ]} لم يُبنَ تلسكوب غريغوري عملي إلا بعد عشر سنوات من نشر غريغوري، بفضل اهتمام العالم التجريبي روبرت هوك . ^{[ 158 ]}

في عام 1666، جادل نيوتن بأن عيوب التلسكوب الكاسر كانت جوهرية لأن العدسة كانت تكسر الضوء ذي الألوان المختلفة بشكل مختلف. وخلص إلى أنه لا يمكن كسر الضوء عبر عدسة دون التسبب في انحرافات لونية . ^{[ 159 ]} ومن هذه التجارب، استنتج نيوتن أنه لا يمكن إدخال أي تحسينات على التلسكوب الكاسر. ^{[ 160 ]} ومع ذلك، فقد تمكن من إثبات أن زاوية الانعكاس تظل ثابتة لجميع الألوان، لذلك قرر بناء تلسكوب عاكس . ^{[ 161 ]} وقد اكتمل بناؤه في عام 1668، وهو أقدم تلسكوب عاكس وظيفي معروف. ^{[ 162 ]} وبعد 50 عامًا، طور هادلي طرقًا لصنع مرايا موضوعية دقيقة لا كروية ومكافئة للتلسكوبات العاكسة، فبنى أول تلسكوب نيوتني مكافئ وتلسكوب غريغوري بمرايا ذات أشكال دقيقة. ^{[ 163 ] [ 164 ]} وقد تم عرض هذه التلسكوبات بنجاح على الجمعية الملكية. ^{[ 165 ]}

مهّد اختراع مضخة التفريغ الطريق لتجارب روبرت بويل وروبرت هوك حول طبيعة الفراغ والضغط الجوي . صُنع أول جهاز من هذا النوع على يد أوتو فون جيريك عام 1654. وكان يتألف من مكبس وأسطوانة مسدس هواء مزودة بلوحات قادرة على سحب الهواء من أي وعاء متصل بها. وفي عام 1657، قام بضخ الهواء من نصفي كرة متصلين، وأثبت أن فريقًا من ستة عشر حصانًا عاجز عن فصلهما. ^{[ 166 ]} وقد حسّن هوك تصميم مضخة الهواء بشكل كبير عام 1658. ^{[ 167 ]}

اخترع إيفانجيليستا توريتشيلي البارومتر الزئبقي عام 1643. وكان الدافع وراء هذا الاختراع هو تحسين مضخات الشفط التي كانت تُستخدم لرفع المياه من المناجم. قام توريتشيلي بتصميم أنبوب محكم الإغلاق مملوء بالزئبق، ووضعه عموديًا في حوض مصنوع من نفس المادة. سقط عمود الزئبق إلى الأسفل، تاركًا فراغًا توريتشيليًا في الأعلى. ^{[ 168 ]}

تميل الأدوات المتبقية من هذه الفترة ^{[ 169 ] [ 170 ] [ 171 ] [ 172 ]} إلى أن تكون مصنوعة من معادن متينة كالنحاس الأصفر والذهب والفولاذ، مع وجود أمثلة كالتلسكوبات ^{[ 173 ]} المصنوعة من الخشب أو الورق المقوى أو بمكونات جلدية. ^{[ 174 ]} أما الأدوات الموجودة في المجموعات اليوم، فتميل إلى أن تكون نماذج متينة، صنعها حرفيون مهرة لرعاة أثرياء وعلى نفقتهم. ^{[ 175 ]} وقد يكون طلب صنعها دليلاً على الثراء. إضافةً إلى ذلك، قد لا تكون الأدوات المحفوظة في المجموعات قد استُخدمت بكثرة في العمل العلمي؛ فالأدوات التي استُخدمت بكثرة بشكل واضح كانت تُتلف عادةً، أو تُعتبر غير صالحة للعرض، أو تُستبعد من المجموعات تمامًا. ^{[ 176 ]} ويُفترض أيضًا أن الأدوات العلمية المحفوظة في العديد من المجموعات اختيرت لأنها كانت أكثر جاذبية لهواة الجمع، لكونها أكثر زخرفة، أو أسهل حملًا، أو مصنوعة من مواد عالية الجودة. ^{[ 177 ]}

Intact air pumps are particularly rare.^[178] The pump at right included a glass sphere to permit demonstrations inside the vacuum chamber, a common use. The base was wooden, and the cylindrical pump was brass.^[179] Other vacuum chambers that survived were made of brass hemispheres.^[180]

Instrument makers of the late 17th and early 18th centuries were commissioned by organizations seeking help with navigation, surveying, warfare, and astronomical observation.^[178] The increase in uses for such instruments, and their widespread use in global exploration and conflict, created a need for new methods of manufacture and repair, which would be met by the Industrial Revolution.^[176]