物质世界由什么构成？以太、物质和能。
——莱恩，1885年[1]
一般人都同意，在过去的50年间，我们对于遗传学基本定律方面的知识，有了极大提高。事实上，我们可以公正地说，在这段时期这方面所取得的进展，比这个领域有史以来所取得的总和更多。
——雷蒙德·珀尔（Raymond Pearl），1913年[2]
就相对论的物理学而言，时空不再是宇宙基本内容的一部分。现在大家都承认它们是结构。
——伯特兰·罗素（Bertrand Russell），1914年[3]
有的时候，人类理解和建构宇宙的整个方式，会在相当短暂的时期内改变，而第一次世界大战之前的几十年，正是这样一个时期。这种转变，在当时还只有很少的国家中极少数人可以理解，乃至可以观察到。有时，甚至在正值转型的知识和创造性活动领域之内，也只有少数人能够了解和观察到。当然，并不是所有的领域都有转变发生，或以同样的方式被改变。比较完整的研究，必须区别那些人们意识到直线前进而非转型（例如医学）的领域与那些已经发生革命的领域（例如物理学）；区别那些经过巨变的旧科学与其本身便构成各种革新的新科学（因为它们诞生于我们所探讨的这个时代，例如遗传学）；区别那些注定会成为新舆论或正统的科学理论与那些将留在其学科边缘的科学理论（例如心理分析）。它也必须区别经受过挑战，但已成功地重建为大家所接受的理论（例如达尔文学说），与19世纪中期知识传统的若干其他部分——那些除了在较浅易的教科书中可以看到，此外已不见踪影的部分，如开尔文勋爵（Lord Kelvin）的物理学。而它也当然必须区别自然科学和社会科学，在这个时期，像传统的人文科学领域一样，社会科学正日渐与自然科学分离，并造成了一道日甚一日的鸿沟。大半在19世纪被视为“哲学”的学术，似乎正消失在这道鸿沟中。而且，不论我们如何形容这个全球性的表现，它都是真实的。这个时期的知识景观——那些命名为普朗克（Planck）、爱因斯坦和弗洛伊德的高峰，此刻正在浮现，遑论勋伯格和毕加索——显然与1870年聪明的观察家自以为看到的知识景观极不相同。
这个转型可分为两种。在知识上，它意味着不再以建筑师或工程师的方式去理解宇宙：一个尚未完成的建筑，不过为期不远；一个以“事实”为基础的建筑，为因果律和自然律的坚实骨架所维系，用理性和科学方法的可靠工具所建造；一个知识的建构，但也传达了越来越逼真的宇宙客观真理。在洋洋得意的资产阶级世界的观念中，由17世纪承继而来的巨大的静态宇宙结构，加上17世纪以后因延伸到新领域而扩张的结构，不仅产生了永恒感和可预测性，也造成了转型。它产生了演化（至少在与人类有关的事情上，演化可轻易被等同于长期的“进步”）。然而，现在已经崩溃的，正是这种宇宙模型和人类对它的了解方式。
但是，这种崩溃有非常重要的心理因素。在资产阶级世界的知识建构中，古代宗教的力量已从对宇宙的分析中剔除，在这个宇宙内部，超自然和神奇的事物并不存在。而且，除了视宇宙为自然律的产物外，在相关的分析中也几乎不带感情。不过，除了次要的例外情形，知识的宇宙似乎与人类对物质世界的直觉把握（“感官经验”）相吻合，也与人类推理作用直觉的看法相一致。因而，当时仍然可以用机械（撞球式的原子）模型去思考物理和化学。（事实上，在被忽略了一段时期之后，不久将被打碎成较小粒子的原子，这个时期又恢复成物理科学的基本结构单元。）可是，宇宙的新建构却越来越不得不抛弃直觉和“常识”。也可以说，“自然”变得较不自然但更容易理解。事实上，虽然我们今天都根据以新科学革命为基础的技术生活，也与它共存；虽然我们生活其中的世界，其视觉外观已因它而改变，而一般受过教育者的谈论也经常模仿它的概念和词汇，可是甚至到今天，我们还完全不清楚这场革命究竟被一般公众的思想吸收了多少。我们可以说，它是在存在上而非在知识上被接受了。
科学和直觉的分离过程，或许可以用数学这一极端例子予以说明。在19世纪中叶的某一时刻，数学思想的进步，开始不仅造成一些与感官了解的真实世界相冲突的结果（例如非欧几何学），而且也造成震撼数学家的结果——他们像伟大的康托尔（Georg Cantor）一样，发现“我看到，但是我不相信”。[4] 布尔巴基（Bourbaki）所谓的“数学的病理学”于此开始。[5] 在19世纪数学“两个精力充沛的有待研究领域”之一的几何学中，好像各种各样不可思议的现象都出现了，如没有正切（tangent）曲线。但是当时最戏剧性和“不可能”的发展，或许当推康托对于无穷数的探究。在这项探究所造成的世界中，直觉的“较大”和“较小”概念不再适用，而算术的规则不再产生预期的结果。用希尔伯特（Hilbert）的话来说：它是一种令人兴奋的进展，一个新的数学“乐园”，而前卫的数学家拒绝被排斥于这个乐园之外。
一个随后被大多数数学家遵循的解决办法，是将数学从它与真实世界的对应中解放出来，并将它转化为任何假定，只要它具有严格的定义，并且不会自相矛盾。自此以后，数学便断绝了对任何事物的信任，除了游戏规则外。罗素对于重新思考数学基本原则一事贡献极大，这或许是有史以来第一次，数学成了舞台的中心。用罗素的话来说：数学是一门没有任何人知道它在说什么的科目，也没有任何人知道它所说的话里面哪些是真的。[6] 它的基本原则，是借着严格排除任何诉诸直觉的事物而重新加以明确表达。
这种情况造成了巨大的心理困难，也造成了若干的知识困难。虽然从数学形式主义者的观点来说，数学和真实世界的关系是互不相干的，但这种关系的存在却是不可否认的。20世纪“最纯净的”数学，曾一再在真实世界中找到某种对应，而且的确有助于解释这个世界或有助于我们借助科技主宰这个世界。哈代（G. H. Hardy）是一位专门研究数论的纯数学家，他曾骄傲地声称他所做的任何事都没有实用价值。可是，即使是哈代，也曾提出一项实用理论，一项现代人口遗传学的基础理论［所谓的哈代——温伯格定律（Hardy-Weinberg law）］。数学游戏和与之对应的真实世界的结构，其关系的性质为何？这个问题对于数学家的数学能力来说或许是不重要的，但是，事实上即使是许多形式论者，如伟大的希尔伯特，似乎也曾相信一个客观的数学真理，那就是：数学家如何看待他们所运算的数学实体的“性质”或他们的定理的“真实性”并非无关紧要。由法国人庞加莱（Henri Poincaré，1854—1912）发起，荷兰人布劳威尔（L. E. J. Brouwer，1882—1966）领导的“直观论”（intutionism）学派，激烈地排斥形式主义，如果需要，他们甚至不惜放弃许多最杰出的数学推理上的成果，这些简直令人难以置信的成果，曾经引发对数学基础的重新思考，尤其是康托尔在19世纪70年代提出的集合论（set theory），这项理论是在某些人的激烈反对下提出的。这场发生于纯思想尖端领域的战役，其唤起的激情，足以说明借由数学来了解世界的旧日链锁一旦崩溃，将会带来多么深刻的知识和心理危机。
再者，重新思考数学基本原则这件事，也绝不是没有问题的。因为想要把它建筑在严格定义和不会自相矛盾的说法上的企图，其本身也遭遇到一些困难，这些困难日后将1900—1930年这一段时期，转化为“基本原则的大危机时期”（布尔巴基）。[7] 强行将直觉排除在外这件事，只有借着缩小数学家视野的办法才能做到。在这个视野以外，存在着许多矛盾，这些矛盾如今已为数学家和数理逻辑学家所发现，20世纪最初10年的早期，罗素便系统地说明了若干矛盾，而这些矛盾也提出了最深刻的难题。最后，在1931年，奥地利数学家哥德尔（Kurt Gödel）证明：为了某些基本目的，矛盾根本不能被淘汰，我们不能用不导致矛盾的有限步骤，去证明数学的若干公理是一贯的。然而，到了那个时候，数学家们已经习惯与其学科的不确定性共存。不过，19世纪90年代和20世纪最初10年的数学家，离这点还远得很呢！
除了对少数人，数学的危机一般是可以忽略的。然而为数多得多的科学家，到最后，甚至绝大多数受过教育的人们，却都牵涉进伽利略或牛顿物理宇宙的危机之中。大致可以确定这场危机开始于1895年，而其结果则是爱因斯坦的相对论宇宙取代了伽利略和牛顿的宇宙。这场危机在物理学界遭遇的抵抗比数学革命来得少，也许是因为它没有公然向传统的对于确定性的信仰和自然律挑战。这一挑战要到19世纪20年代才会到来。另一方面，它却从外行人那里遭遇到巨大阻力。事实上，迟至1913年，一位学识渊博而且绝不愚笨的德国科学史家，在其长达四册的科学评介中，断然不提普朗克——除了视他为认识论学者外——也不提爱因斯坦、汤姆逊（J. J. Thomson），或一些今日不大可能被遗漏的人士；他也否认当时科学界有任何不寻常的革命正在发生，他指出：“认为科学的基本原理现在似乎变得不稳固，而我们的时代必须着手进行重建，乃是一种偏见。”[8] 如我们所知，现代物理学离绝大多数的外行人都很遥远，甚至离那些往往抱着雄心大志想要向外行人诠释其内容的人也很远，这样的企图在第一次世界大战以后激增。这种情形，正如烦琐神学的较高领域离14世纪欧洲绝大多数的基督教徒十分遥远一样。左翼思想家日后排斥相对论，说它与科学的概念不相容；右翼思想家则将它贬为犹太人的想法。简言之，自此以后，科学不仅成为很少人可以了解的事物，也成为许多人明知自己对其依赖日深，却又不表赞许的事物。
科学对经验、常识和广为大家接受的概念所造成的冲击，或许可从以太（luminiferous ether）这个问题得到最充分的说明。这个问题就像在18世纪化学革命发生以前用以解释燃烧的“燃素”问题一样，现在几乎已被大家遗忘。以太据说是一种充满宇宙的物质，具有可以伸缩、稳固、无法压缩和无摩擦性等性质。当时人并没有证据可以证明以太的存在，但是，在一个本质上是机械性的而又不相信任何所谓“远距离行动”的世界观中，它非存在不可。这主要是因为19世纪的物理学充满了波，由光波开始（其实际速度到这时初次确定），后又因电磁学研究的进展而大量增加，自麦克斯韦（Maxwell）以后，电磁学也开始研究光波。然而，在一个机械观的物质世界，波必须是某种东西的波，正如海的波浪是水的波浪一样。当波的运动越来越成为这个自然世界观的中心时（引一位绝不天真的当时人的话），“就所有有关它存在的已知证据都是在这段时期所搜集的来说，以太是19世纪所发现的。”[9] 简而言之，它之所以被发明，是因为正如所有权威物理学家所主张的［持异议者非常少，其中包括发现无线电波的赫兹（Heinrich Hertz，1857—1894）和著名的科学哲学家马赫（Ernst Mach，1836—1916）］，“我们将不可能懂得光、辐射、电或磁；如果没有它，或许不会有像万有引力这样的东西”。[10] 因为机械性的世界观需要它通过某种物质媒介来发挥作用。
可是，如果它存在，它必然具有机械的特性，不论这些特性有否借着新的电磁学概念而被人详细叙述。这个问题引起了相当大的困难，因为自法拉第（Faraday）和麦克斯韦的时代起，物理学便采用两种观念上的体系，这两种体系不容易结合，而且事实上彼此越走越远。其中之一是个别的“粒子”（matter）物理，另一个是连续的“场”（field）物理。最简便的假设似乎是：就移动中的物质而论，以太是固定的。洛伦兹（H. A. Lorentz，1853—1928）曾经详细说明这种理论，洛伦兹是一位杰出的荷兰科学家，他与其他的荷兰科学家共同致力于使本书所述时期成为可以与17世纪相媲美的荷兰科学黄金时代。但是这个理论如今已可进行测试，而两位美国人——迈克耳孙（A. A. Michelson，1852—1931）和莫雷（E. W. Morley，1838—1923）——在1887年一项著名而且富想象力的实验中，曾尝试验证这个理论。这项实验的结果似乎不可解释。由于它不可解释，加上它又与根深蒂固的信念不符，因此在1920年以前，科学家们不断尽可能地小心重复这项实验，可是结果都一样。
地球在静止以太中的移动速度为何？将一道光线分为两部分，沿互相成直角的两道等长通路来回移动，而后又再度合为一道光线。如果地球循这道光线其中之一的方向移动，则在光这一部分的前进中，仪器的移动应使两部分光线的路线不相等。这应该是可以检测出来的。但结果却不能。以太（不论它是什么）看起来好像是和地球一起移动，似乎也随着任何其他被度量的东西一起移动。以太似乎根本没有物理特征，或者是任何与物质有关的理论都无法解释的。在这种情况下，唯一的选择，就是抛弃已经确立的宇宙科学形象。
不会使熟悉科学史的读者感到意外的是，洛伦兹喜欢理论甚于事实。因此，他想要把迈克耳孙和莫雷的实验搪塞过去，以便挽救那个被认为是“现代物理学杠杆支点”的以太。[11] 他那种不同寻常的理论使他成为“相对论的施洗者约翰”。[12] 假设时间和空间可以稍微拉开一点儿，以便当一个物体在面对它移动的方向时，看上去比当它静止或面对反方向时短，那么，迈克耳孙和莫雷的仪器可能掩盖了以太的静止性。有人认为，这个假说非常近似爱因斯坦的狭义相对论（1905年）。但是洛伦兹和他同时代人所做的，却是打碎了那个他们竭力想要保全的传统物理学。可是爱因斯坦不然。当迈克耳孙和莫雷得到令人惊奇的结论时，爱因斯坦还是一个小孩。他在进行研究之际，随时准备扬弃以往的古老观念。没有绝对的移动。没有以太，就算有，物理学家也对它不感兴趣。无论如何，物理学的旧秩序已注定要消亡。
从这个富有教育意义的插曲中，我们可以得到两个结论。第一个结论符合科学和科学史家承自19世纪的唯理主义理想，即事实胜于理论。由于电磁学的发展和许多种新辐射能的发现——无线电波（赫兹，1883年）、X线［伦琴（Röntgen），1895年］、放射能［贝克勒尔（Becquerel），1896年］，由于将正统理论延伸为各种奇形怪状的需要日增，由于迈克耳孙和莫雷的实验，理论迟早将做根本更动以符合事实。无足为奇的是，这种改变没有立刻发生，但其速度已经够快了。我们可以相当肯定地说，这个转变发生在1895—1905这10年间。
另一个结论正好相反。在1895—1905年间瓦解的自然世界观，其立足点不是事实，而是对于宇宙的先验假设。这个假设部分立足于17世纪的机械模型，部分立足于甚至更古老的感官直觉和逻辑。将相对论应用在电动力学（electrodynamics）或者任何其他事物之上，其困难并不比应用在古典力学上更大。自伽利略起，古典力学的地位已被视为理所当然。关于两个牛顿定律都适用的体系（如两列火车），物理学只能说：它们是相对的移动，而非有一个处于绝对的“静止”。以太之所以被发明，是因为大家所接受的宇宙机械模型需要像它这样的东西，也因为在某种意义上，绝对移动和绝对静止之间竟没有任何区别，在直觉上是不可思议的。正是它的发明使得相对论无法延伸到电动力学或一般的物理学定律。简言之，使这场物理学革命如此富有革命性的，不是新事实的发现（虽然确乎有一些事实的发现），而是物理学家的不情愿重新考虑其典范。照例，愿意承认国王没穿衣服的，绝非那些复杂世故的聪明人，他们花了大量时间去发明理论，以便解释这些衣服为什么既华丽又看不见。
这两个结论都是正确的，但是第二个结论对历史学家来说要比第一个有价值得多，因为第一个结论无法充分解释为什么物理学会发生革命。旧日的范式通常不会（那时也不曾）抑制研究的进行，或抑制那些似乎不但与事实符合而且在知识上也相当丰硕的理论的形成。它们只会产生一些如今回顾起来认为不必要和复杂得不恰当的理论（如以太的情形）。相反，物理学上的革命分子——主要属于“理论物理学”，这门学问当时尚未在数学和实验室仪器之间取得被承认的特有领域——基本上并没有什么意愿去廓清介于观察与理论之间的矛盾之处。他们自有一套想法，有时甚至是为纯粹哲学或形而上学的成见所感动，例如普朗克所追寻的“绝对”。这些想法驱使他们在教师的反对之下进入物理界，教师们认为，物理学中只剩下一些小角落有待整理；这些想法也激励他们进入别人认为没有趣味的那部分物理学。[13] 普朗克的量子论（quantum，1900年宣布），代表了新物理学的第一项公开突破。然而在他晚年所写的自传中，最令人惊奇的却是他的孤立感、被误解感和几乎近于失败的感觉。这些感觉似乎始终不曾离开他。然而，在其本国或国际上，很少有几个物理学家比他在世时享有更大的荣誉。1875年，普朗克完成其学位论文，此后25年间，年轻的普朗克想要让他敬仰的资深物理学家了解、回应，甚至只是阅读他的著作却徒劳无功（这些物理学家有的日后终于同意了他的理论），在他看来，其著作的确定性是毋庸置疑的。他之所以会有上述感觉，大半便是由于这个事实。我们可以从回顾中看到，科学家们已逐渐认识到其领域中未解决的问题，并着手尝试解决，有的路走对了，大半却走错了。但是事实上，如科学史家提示我们的：至少从托马斯·库恩（Thomas Kuhn）的时候起（1962年），这已不是科学革命的运作方法。
那么，我们该如何解释这个时期的数学和物理学转型？对于历史学家来说，这是一个非常重要的问题。再者，对于那些不把焦点放在理论学家专门性辩论上的历史学家来说，这个问题不仅关系到宇宙科学形象的改变，也牵涉这项改变与其同时代事物的关系。知识的形成并不是自发的。不论科学和其所在社会之间的关系性质如何，它与其发生的那个特殊历史时机之间的关系性质又如何，这种关系总是存在的。科学家所认识到的问题、他们所用的方法、那些他们认为一般而言尚令人满意或在特殊情形下够用的理论、他们用来解决这些理论的构想和模型，上述这些问题直到今天仍是那些生活与实验室或书房只有部分关系的男男女女的问题。
这些关系之中，有的非常单纯，几乎一眼即可看出。细菌学和免疫学的发展原动力，大部分是来自帝国主义，因为各大帝国提供了征服热带疾病的强烈诱因，因为像疟疾和黄热症这样的热带疾病，抑制了白人在殖民地区的活动。[14] 因而在英国首相约瑟夫·张伯伦（Joseph Chamberlain）和1902年诺贝尔医学奖得主罗纳德·罗斯爵士（Sir Ronald Ross）之间，便产生了直接关联。民族主义的作用也绝不可忽视。1906年，德国官方力促瓦塞尔曼（Wassermann）加紧研究梅毒测试（该研究为血清学的发展提供了诱因），因为他们认为法国人在这项研究上进展超前而急欲迎头赶上。科学和社会之间的这种直接关联，有些是出于政府或企业的资助与压力；有些较为重要的科学成果则是在工业技术的需求刺激下产生的。[15] 虽然忽视这类直接关联是不明智的，但是仅以这类关联进行分析，却也无法令人满意，尤其是在1873—1914年间。如果我们撇开化学和医学不谈，那么，科学与其实际用途之间的关系绝非密切。因而在19世纪80—90年代，德国的工学院经常抱怨说其数学家不肯只教授工程师所需要的数学，而到了1897年，工程教授更与数学教授公开交战。大多数的德国工程师虽然受到美国进步的启示而在19世纪90年代设置了工艺实验室，但实际上却与当时的科学没有密切接触。相反，工业也抱怨各大学对它的问题不感兴趣，只专心于本身的研究，不过即使是其本身的研究也进展得相当缓慢。在1882年以前不让他儿子上工学院的克虏伯，一直到19世纪90年代中期才对（与化学截然不同的）物理学发生兴趣。[16] 简而言之，大学、工学院、工业和政府之间，并没有协调彼此的兴趣和工作。政府所资助的研究机构的确正在出现，但是它们还谈不上先进。虽然基础研究以前也曾得到过私人资助，可是主要的协调机构威廉皇帝学会［Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft，今天的马克斯·普朗克学会（MaxPlanck-Gesellschaft）］，一直要到1911年才告成立。再者，虽然各政府无疑已开始委托进行甚至督促它们认为重要的研究工作，但是我们还不能说政府已成为基础研究的主要委托者，除了贝尔（Bell）实验室外，工业亦然。再者，除了医学以外，此时只有化学已充分整合了研究与应用，然而化学在本书所论时期根本没有发生基本或革命性的转型。
在当时的工业经济中，有许多技术进步。电力可以任意取得，真空排气机和正确的度量仪器也被发明出来。如果没有这些技术进步，上述的变化是不可能的。但是，任何解释中的必要因素，其本身并不是充分的解释。我们必须继续寻找。我们能够借着分析科学家的社会和政治成见，来了解传统科学的危机吗？
这些成见，显然主宰了社会科学。而且，即使是在那些似乎与社会和社会问题直接有关的自然科学中，社会和政治因素往往也非常重要。在本书所论时期，这种情形相当明显。在生物学直接和社会人接触的那些领域，以及在所有那些可以和“进化”的概念及达尔文这个越来越政治化的姓名扯得上关系的领域，社会和政治因素都很重要。两者都带有高度的意识形态力量。19世纪时，种族歧视的重要性说多大便有多大。就种族歧视来说，生物学对于理论上主张人类平等的资产阶级意识形态来说是必要的，因为它将可见的人类不平等，由责备社会转而责备“自然”（参见《资本的年代》第十四章第2节）。穷人之所以穷，是因为他们生而低下。因此，生物学不仅可能是政治右派的科学，也可能是那些怀疑科学、理性和进步者的科学。很少有思想家比哲学家尼采更怀疑19世纪中叶的真理，包括科学在内。可是他自己的著作，尤其是他最雄心壮志的《权力意志》（The Will to Power ），[17] 却可视为社会达尔文主义的衍生物。该书的论点是以“物竞天择”为根据，在天择的演进下，注定会产生一个“超人”新种族。它将支配较愚笨的人，正如人类在自然界支配和利用牲畜一样。而生物学和意识形态之间的联系，在“优生学”和“遗传学”这门新科学之间的相互作用上尤其明显。遗传学大约在1900年左右出现，不久之后（1905年）由威廉·贝特森（William Bateson）命名。
优生学比遗传学早得多。它指的是将农业和畜牧业常用的选育法运用在人类身上。其名称出现在1883年。它基本上是一项政治性运动，几乎完全局限于资产阶级或中产阶级分子。他们力促政府采取积极或消极的行动，去改良人类的遗传条件。极端的优生学家相信，如要改良人类和社会情况，只有对人种做遗传上的改良，即集中全力鼓励优良的种系［通常认为是资产阶级或像“北欧人”（Nordic）那种肤色适宜的种族］，而淘汰不喜欢的种系（一般认为是穷人、殖民地人民和不受欢迎的陌生人）。相对温和些的优生学家，则为社会改革、教育和一般环境的改良留下一些余地。不过，优生学虽然可以变成一门法西斯主义或种族歧视的伪科学，并在希特勒手下成为有意识的种族绝灭，可是，在1914年前，它并不特属于中产阶级政治的任何一支，反倒是与当时暗含优生学意义的种族理论相似。在这项运动盛行的国家中，优生学的理论可见于自由主义者、社会改革者、费边派社会主义者，以及其他左翼派别的意识形态激烈辩论中。（节育运动与这些优生学的主张息息相关。）不过在遗传与环境的战斗中，或者套用卡尔·皮尔森（Karl Pearson）的话，在“天性”与“教养”的战斗中，左派不可能独钟遗传。于是，在这段时期，医学界显然对遗传学缺乏兴趣。因为当时医学的伟大胜利是建立在环境上面，一方面借着治疗微生物疾病的新方法［这些治疗方法始于巴斯德和科赫（Koch）的时代，并促成细菌学这门新科学的诞生］，一方面则通过公共卫生的改良。皮尔森认为：把150万英镑花在鼓励健康的繁衍上，胜于在每一个镇区为消灭肺结核病兴建一所疗养院。可是，医生和社会改革家都不大愿意相信他的话。[18] 而他们是对的。
使优生学“科学化”的，正是1900年后遗传学的兴起。遗传学似乎表示：环境可以根除遗传的影响，而大多数或所有的特征，都由一个单一的基因所决定，即可以用孟德尔学说的方法选育人类。虽然有些科学家投身于遗传研究，是由于“种族文化至上的影响所致”［比如弗朗西斯·高尔顿爵士（Sir Francis Galton）和皮尔森］，[19] 我们却不能据此认为遗传学是出自优生学的偏见。另一方面，在1900—1914年间，遗传学和优生学之间的关系显然是密切的。虽然1914年前至少在德国和美国，科学和带有种族歧视的伪科学之间的分野绝不清楚，可是英国和美国的杰出科学家均与这个运动有关。[20] 不过在战争期间，这种情形却使得严谨的遗传学家离开专心致志的优生学家的组织。无论如何，遗传学中的“政治”因素是相当明显的。未来的诺贝尔奖得主缪勒（H. J. Muller）于1918年宣布：“我从来没有对抽象观念的遗传学感兴趣，我对遗传学的兴趣始终是源自它和人类的基本关系——人的特点与其自我改进的方法。”[21]
如果我们必须从对社会问题的迫切关注这个脉络来看待遗传学的发展（优生学声称它能对这些问题提供生物学的解决办法，有时还可替代作为社会主义方案），遗传学所符合的演化理论，也有其政治上的重要性。近年来，“社会生物学”的发展也再度使我们注意这件事。“物竞天择”这个理论，从一开始便与社会问题结下了不解之缘，“物竞天择”的关键模型“生存竞争”，当初便是从社会科学中得来的［马尔萨斯（Malthus）］。19世纪末20世纪初，观察家们注意到“达尔文主义中的危机”。这个危机造成了各式各样的臆测——所谓的“生机论”（vitalism）、“新拉马克主义”（neo Lamarckism，1901年时的称谓）等等。这场危机不仅是出于对已成为19世纪80年代的正统生物学的达尔文主义的科学性的质疑，也是对其较广泛的意义存疑。从社会民主党员对达尔文学说的明显热衷，便可看出它的影响绝不仅限于科学性的。另一方面，虽然在欧洲具有支配性的政治达尔文主义认为它有助于加强马克思的看法，即自然和社会的演化过程与人类的意志和意识无关，而每一位社会主义者也都知道它终将造成什么样的结果，然而在美国，“社会达尔文主义”却强调自由竞争，并将它奉为自然的基本定律，认为最适应环境的人（如成功的商人）终将战胜不适应的人（如穷人）。对于低下种族和民族的征服，或敌对国家之间的交战，也可以说明乃至保障适者生存的说法［德国的贝恩哈迪将军（General Bernhardi），在他1913年的著作《德国和下一次战争》（Germany and the Next War ）中，便曾如此表示］。[22]
这类社会论题也进入到科学家自身的辩论之中。因此，在遗传学早期，孟德尔派学者（在美国和实验主义者当中最具影响力）便和所谓的生物统计学家（biometricians，在英国和数学统计学家当中较受强调），展开了一场难以休止的争论。孟德尔长期为人所忽视的遗传律研究，1900年在三个国家同时分别被发现，而且，不管生物统计学如何反对，它已成为现代遗传学的基础。不过有人说，20世纪的最初10年被生物学家硬塞进其麝香豌豆报告中的遗传因子理论，是1865年时孟德尔在他修道院的菜圃中不曾想到的。对于这个论题，科学史家曾提出好几个理由，而其中一组理由显然具有清楚的政治意义。
经过大幅度修改的“达尔文主义”能恢复其作为科学正统理论的地位，主要得归功于孟德尔遗传学和下述新发明的携手合作，即将不可预测和不连续的遗传学“跃进”、变种或反常现象，引进“达尔文主义”当中。这些变异大多无生存或生育能力，但偶尔可带来演化上的好处，物竞天择便建立在其基础上。雨果·德弗里斯（Hugo De Vries）将它们称为“突变”（mutations）。德弗里斯是好几个在同一时代重新发现孟德尔遗传规律的学者之一，他曾受到英国最主要的孟德尔派学者贝特森的影响，贝特森对变异方面的研究（1894年），特别注意物种原始的突变性。但是连贯和突变不只限于植物育种。生物统计学大师皮尔森，甚至在对生物学发生兴趣以前便拒绝接受突变理论，因为他认为：“没有任何一个可永久有助于社会任一阶级的伟大重建工作，是由革命达成的……人类的进步，像自然一样，从不跃进。”[23]
皮尔森的主要反对者贝特森，绝不是一名革命分子。如果这位不同寻常的人的看法有任何鲜明的特色，那便是他嫌恶现存社会（不包括剑桥大学，他希望剑桥大学不要有任何改革，除了可招收女生入学之外，一切保持原状），厌恨工业资本主义和“污秽的小商人利益”，以及他对封建过去的怀念。简而言之，对于皮尔森和贝特森来说，物种变异是一个科学问题，但也是一个意识形态问题。在特殊的科学理论和特殊的政治态度之间画上等号是无意义的，而事实上也往往是不可能的，尤其在像“演化”这样的领域——这个领域适用于各式各样不同的意识形态比喻。用科学家的社会阶级来分析它们也是无意义的。在这个时期，几乎所有这方面的科学家在定义上都属于有职业的中产阶级。不过，在生物学这样的领域，政治、意识形态和科学是分不开的，因为它们之间的关系太过明显。
虽然理论物理学家，甚至数学家也都是人，但是在他们身上，这样的关系却不太明显。有意识或无意识的政治影响可以硬塞进他们的辩论之中，但是意义不大。帝国主义和大众劳工运动可能有助于说明生物学的发展，但是简直不可能有助于符号逻辑和量子力学的发展。1875—1914年间，研究之外的世界大事并没有直接干涉他们的工作。这种情形和1914年以后或18世纪末19世纪初不一样。在这个时期，知识界的革命不能和外在世界的革命相提并论。可是，令每一位历史学家惊奇的是：科学世界观在这段时期的革命性转变，已成为更一般性和戏剧性趋势的一部分，即放弃长久以来为人所接受的价值观、真理、看待世界的角度，以及在概念上组织世界的方式。普朗克的量子论、孟德尔的重新被发现、胡塞尔（Husserl）的《逻辑研究》（Logische Untersuchungen ）、弗洛伊德的《梦的解析》（Interpretation of Dreams ）和塞尚的《静物和洋葱》（Still Life with Onions ），这些都发生在1900年。我们也可随机选择奥斯特瓦尔德（Ostwald）的《无机化学》（Inorganic Chemistry ）、普契尼的《托斯卡》（Tosca ）、柯莱特第一本描写克劳丁（Claudine）的小说，或罗斯丹（Rostand）的《雏鹰》（L. Aiglon ）作为新世纪的开始。但是，在若干领域中的戏剧性创新，却是异常惊人的。
上面我们已经提到过这项转变的线索。它是负面而非正面的，因为它未能以相等的替换物取代一个被视为有条有理、可能包罗万象的科学世界观，在这个世界观中，理性与直觉是不冲突的。如前所述，理论家本人也感到困扰和迷惑。普朗克和爱因斯坦都不愿意放弃那个合理、因果律和决定论的宇宙，虽然这个宇宙为他们的工作带来极大麻烦。普朗克和列宁同样对马赫的新实证主义（neopositivism）怀有敌意。相反，马赫虽然是19世纪末自然宇宙体系的少数几个怀疑者之一，日后却也对相对论持同样的怀疑态度。[24] 如前所述，数学家的小圈子曾为数学真理是否可以超越形式而发生争执，进而走向分裂。布劳威尔认为，至少自然数字和时间是“真”的。真实的情形是，理论家发现他们正面对着无法化解的矛盾，因为甚至连符号逻辑学家致力克服的那些“疑题”（也就是“矛盾”的委婉说法），也没有令人满意地解决，如罗素日后承认的，即使是他和怀特海（Whitehead）辛苦半天的《数学原理》（Principia Mathematica ，1910—1913年）一书，也未能予以解决。最容易的解决办法，是退回到新实证主义——它将成为20世纪最有望被大家接受的科学哲学。19世纪晚期出现的新实证主义倾向［其代表人物有迪昂（Duhem）、马赫、皮尔森以及化学家奥斯特瓦尔德］，不可以和新科学革命发生以前主宰自然和社会科学的那种实证主义混为一谈。那个实证主义认为它可以找到有条理的世界观。这个世界观即将受到真实理论的挑战，即受到用科学方法发现的自然“事实”的挑战。而这些与神学和形而上学随便臆测判然有别的“可靠”科学，将为法律、政治、道德和宗教提供坚实的基础。简单地说，也就是为人类赖以结合和构筑希望的方式提供坚实的基础。
像胡塞尔这样的非科学批评家指出：19世纪下半期，现代人的整体世界观完全由实证科学所决定，并被它们造成的“繁荣”所蒙蔽，这意味着当时的人正冷漠地避开真正与人性有关的决定性问题。[25] 新实证主义将注意力集中于实证科学本身的概念性缺点上。有些科学理论现在看起来已不够用，它们似乎也被视为“一种语言的束缚和定义的曲解”，[26] 而有些图示的模型（如撞球式原子）又无法令人满意。在面临这样的理论和模型时，他们选择两种互为关联的方法来解决这个困难。一方面，他们提议在不带感情的经验主义乃至唯实论的基础上重建科学；另一方面，他们则主张将科学的基础严格地加以公式化和定理化。如此一来，便可在不影响到科学实际运作的情况下，将人们的诠释从“真实世界”中剥离开来，即剔除掉那些有关内部一致性和命题实用的不同“真理”。如彭加勒所云：科学的理论“既不真也不假”，只是有用而已。
有人指出，19世纪末叶新实证主义的兴起有助于科学革命的产生，因为它容许物理概念在没有先验宇宙观、因果律和自然律的干扰下进行转型。不论爱因斯坦对马赫如何推崇，这种说法显然都过分高估了科学哲学家，也过分低估了当时公认的科学普遍危机——新实证主义的不可知论和数学、物理学的再思考，只是这个危机的某些方面而已。如果我们想从历史的脉络中观察这项转型，我们就必须把它视为这项普遍危机的一部分。而如果我们要在这项危机的诸多方面找出一个共同特性，一个程度不等地影响到几乎所有思想活动特性，那么答案必然是：19世纪70年代以后，它们全都要面对“进步”始料未及、不可预测和往往无法理解的结果。说得更精确点儿，便是要面对进步所导致的各种矛盾。
我们可以拿“资本的年代”最骄傲的事物来做比喻。人类修筑的铁路，可望将旅客带到他们从不知道也尚未去过的目的地，虽然旅客对这些目的地一无所知、全无体验，但他们却不曾怀疑这些地方的存在和性质。正如儒勒·凡尔纳（Jules Verne）笔下的月球旅客，他们既不怀疑这颗卫星的存在，也不怀疑到了那儿之后他们将会看到和将会发现的事物。根据外推法，他们可以预测20世纪必定是19世纪中叶更进步、更辉煌的版本。（不过，热力学第二定律却预言宇宙最后将以冰冻终结，因而为维多利亚时代的悲观主义提供了基础。）可是，当人类火车稳稳驰向未来之际，旅客在放眼窗外时，看到的却是一派出乎意料、充满迷惑而且令人烦恼的景色，这真是车票上指明前往的地方吗？他们是不是上错了火车？更糟糕的是：他们上对了火车，只是火车却不知为何要将他们载向他们既不想要又不喜欢的方向。如果真是这样，这个噩梦般的形势是如何发生的？
1875年以后的几十年间，知识史上充满的不仅是期望变为失望之感（如一位幡然醒悟的法国人的玩笑话：“当我们还有一位皇帝时，共和国是多么美好。”），更是期望适得其反之感。我们在前面已经看到：这种逆转的感觉同样困扰着这个时代的思想家和实践者（参见第四章）；文化领域也不例外。在文化领域，自19世纪80年代起，它产生了一个描写现代文明衰亡的资产阶级文学形式，这种形式的规模虽小，却也兴盛了一阵子。日后的犹太复国主义者马克斯·诺尔道（Max Nordau）所著的《退化》（Degeneration ）一书便是一个好例子——狂热得恰到好处的好例子。尼采以其能言善辩、充满威吓的口吻预告了这场即将来临的灾难，虽然他没有清楚地说明这场灾祸的确切性质。尼采比任何人都更善于表达这种期望的危机，他借着一连串充满空幻直觉、未明真理的诗歌和预言警句，来传述这种危机感，虽然这种方式与他奉行的理性主义哲学讨论方式互相矛盾。自1890年起，他的中产阶级（男性）追随者人数便不断上升。
在尼采看来，19世纪80年代先锋派艺术的颓废、悲观和虚无主义，不仅仅是一种时髦；它们是“我们伟大的价值观和理想的必然结果”。[27] 他认为，是自然科学造成它自己的内部崩溃，塑造出它自己的敌人，一种反科学。19世纪政治经济所接受的思想方式，足以导出极端的怀疑论。[28] 这个时代的文化，正受到其自身产物的威胁。民主政治产生了社会主义；平庸造成了天才的不幸覆没；软弱成就了力量。这正是优生学家所弹的调子，只不过他们的论调比较平淡并带有实证主义的味道。在这种情形下，全盘考虑这些价值观和理想以及它们所属的概念体系，不是非常重要的事吗？因为无论如何，“重估一切价值”已经在进行之中。当19世纪行将结束之际，这类反思已比比皆是。唯一坚守19世纪对科学、理性和进步信仰的严肃思想是马克思主义。马克思主义之所以能不受这种对当下充满幻灭感的影响，是因为它展望未来的“民众”胜利。而这些“民众”的兴起，正在中产阶级思想家中间造成极大的不安。
打破已确立的解释规范的科学发展，其本身便是这种期望转型和倒逆过程的一部分。在这个阶段，这种过程可出现在任何男女身上，出现在他们面对当下并拿它和自己或父母的期望相比较时。我们能否假定，在这种气氛中，思想家会比其他时候更易于质疑既有的知识方法，更容易去思索，至少是去考虑当时仍认为不可思议的事情？和19世纪早期不同，这种反映在心智产物上的革命，当时并非正在进行，而是正在被期待。它们隐含在资产阶级世界的危机之中，这个世界已不能再以其旧日的方式去了解。以全新的角度看待大千世界，进而改变个人的展望，不仅是比较轻松的，也是绝大多数人一生中必须以这种或那种方法做到的。
然而，这种知识上的危机感，完全是一个少数人的现象。在接受过科学教育的知识分子当中，这种危机感只局限于直接牵涉到19世纪世界观崩溃的少数人，而非所有人都深切感受到。当时牵涉其中的人数非常少，因为即使是在科学教育已戏剧性发展的地方——例如德国，1880—1910年间，德国研修科学的学生人数增加了8倍，他们仍是以千计而非以万计。[29] 而绝大多数的理工科学生，在学成之后不是进入工业界，便是投身于相当刻板的教学工作。他们不大会为宇宙形象的崩溃而发愁。（1907—1910年间，英国自然科学专业1/3的毕业生，都出任小学教师。）[30] 在专业科学家中人数比例最高的化学家，当时尚处于新科学革命的边缘。直接感受到思想震撼的是数学家和物理学家，而这两种人的数目尚未快速增长。1910年时，德国和英国物理学会的会员加起来大约700人，而英国和德国化学学会的会员人数，加起来是前者的10倍以上。[31]
再者，即使是就它最广泛的定义来说，现代科学仍是一个集中于少数地区的团体。新诺贝尔奖得主的分布，说明现代科学的主要成就仍然集中于传统上科学进步的地区，也就是中欧和西北欧。在最初的76名诺贝尔科学奖得主中，[32] 除了10名以外，其余皆来自德国、英国、法国、斯堪的纳维亚、低地国家、奥匈帝国和瑞士。只有3名来自地中海区域，2名来自俄国，3名来自迅速成长但尚属次要的美国科学界。欧洲以外地区的科学和数学成就，主要是来自在英国进行的研究工作，这类成就有的非常重要，例如新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）的情形。事实上，科学团体的地理集中度更高。在所有的诺贝尔奖得主中，60%以上来自德国、英国和法国的科学中心。
同样，尝试发展19世纪自由主义替代品的西方知识分子，即欢迎尼采和非理性主义的资产阶级知识青年，人数也不多。他们的代言人只有几十个，而他们的公众基本上是属于受过大学教育的新一代。除美国之外，这些教育精英还是极少数。1913年时，在比利时和荷兰总数1 300万—1 400万的人口中，只有1.4万名大学生。在斯堪的纳维亚（减去芬兰）几乎1 100万的人口中，只有1.14万名大学生。即使是在教育发达的德国，其6 500万人口中，也只有7.7万名大学生。[33] 当新闻记者谈到“1914年的那一代”时，他们所指的通常是坐满一个咖啡桌四周的年轻人，在替他们结识于巴黎高等师范学院（École Normale Supérieure）的一群朋友说话，或者是剑桥大学或海德堡大学某些自命为思想潮流领导者的少数人。