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一、从哥白尼开始的科学革命及其实质
在近代科学史上发生过多次影响深远的科学革命。19世纪以前，最引人注目的科学变革有：
16世纪哥白尼推翻托勒玫的“地心说”并建立起“日心说”，这是历史上第一次自然科学革命。新学说引起了世界观的根本变革，摧毁了旧观念，确立了与旧的世界图景截然对立的新的世界图景。
18世纪由拉瓦锡完成的化学革命，从根本上推翻了妨碍人们了解最重要的化学过程本质的“燃素说”，通过“氧化说”的确立实现了关于化学元素、化合物以及化学变化的观点的变革。
在此前后，还有一些类似的可称得上是科学革命的变革，包括“热质说”的垮台以及拉马克“获得性遗传学说”的破产。但是，贯穿整个时代的伟大变革，是以伽里略和牛顿为代表的经典力学的创立和逐渐完善。从认识论的观点来看，近代最初二百多年的一系列科学革命都是从哥白尼的发现开始的这一次大革命的不同表现或不同阶段。
以上述变革为标志的近代科学革命，其基本特点是使人类认识离开直接的外观，而进入现象后面的本质。哥白尼的发现打破了对于感官直接提示给我们的东西的无限信赖：虽然我们见到的是太阳沿天穹运行，实际上却是地球绕着自身的轴作旋转运动。拉瓦锡的发现是与自古以来这种根深蒂固的见解相抵触的：火是隐藏在可燃物内的“燃素”的释放和逸出，直到18世纪末，科学家们仍然说火是物体的分解，这个结论符合人们最先看到的外观，因为在燃烧时有某种东西从中释放出来，带着烟和热气一起逸出，物体燃尽只剩下一堆灰烬。但是，科学家们终究还是不得不否定直接外观仿佛在这里已经证实了的东西，而接受乍看起来无法直接证实的、与先前的观念截然对立的观念。重要的是，这种否定不是对现实的背离，相反，它是洞察现实的本质的开始。“奇怪”的是，燃烧其实并不是分解，而是氧气与可燃物化合的结果。
透过自然现象的可见外观探究我们不能直接看到的方面，并且以它们为依据，对原先看到的东西作出正确的解释，让明显的易于认识的东西被某种新的、陌生的概念来取代。16～18世纪的科学革命的主要之点，就是确立了抽象思维的更大的决定性作用。没有抽象思维，就不可能对直接观察的结果和经验作出正确的说明。
第一次科学大革命的基本进展是从古代素朴直观的世界图景转变为牛顿的“经典的”世界图景。其特征是，在这个图景中，认识对象的感性外观已经让位于认识对象的抽象描述。一般地说，牛顿用以解释物体运动原因的那些“力”是隐蔽的、肉眼不能直接看到的。由经典力学所描述的世界图景，具有如下要点：首先，自然界是不变的，当上帝给予第一推动力创世之时起迄今，普天之下原则上并无新物。其次，宇宙大厦的基础是某些绝对简单的、不可再分的物质粒子——“原子”，我们周围的大小物件，一切都是由这些原始砖块构成的。再次，机械模型本来是抽象的形式，却被想象成与看得见的东西相类似，因此，一切基本范例和模型的机械的直观性，成了被它们描述的自然界的本质。最后，自然界中一切要素都是预先给定的，这就是说，世界是既成的，我们在自然界中所见到和认识到的物体是什么样子，它们实际上就是什么样子。概括地说，近代经典的世界图景的要点是：自然的不变性、原子的基本性、机械的直观性、世界的既成性，人们也把它简称为机械的自然观。
19世纪以来重要的科学革命可以说都是对机械自然观的重新审查和否定，其中特别具有代表性的是自然科学的三大发现：细胞理论、能量守恒和转化定律、达尔文生物进化论。这场革命性的大变革迫使承认自然界绝对不变、否认自然现象普遍有机联系的形而上学观念一步一步地后退，让位给关于自然界的普遍联系和发展的辩证法思想。
在19世纪与20世纪之交，从物理学开始发生了许多根本的变化。X射线、电子、放射性的发现，揭示了原子、元素的复杂结构，证明了它们的可分性和互变性。物理学过去被认为是衡量精确知识的准绳，被当作是把推理的严谨性与建立在经验基础上的可证实性恰当结合起来的理论典范，此时突然发现自己以前关于原子的一些基本概念，其实是具有重大的局限性。因此，绝对的基本性被否定，不可穷尽性取而代之。
爱因斯坦的相对论、特别是量子力学的创立，坚决要求否定机械直观性的原则。这个原则假定，自然界的一切物体（无论是宏观物体还是微观粒子）都能以直观的形象呈现在人们面前。微观粒子也被看作像宏观物体一样，其内部结构可以仿照机械的模型去设想。但是，量子力学已经证明，微观过程领域中有自己独特的规律，即间断性和连续性的统一、波和粒子的统一，要想直观地描述这种统一是不可能的。一般地说，在理论物理学中新出现的许多抽象概念，并不能用研究对象的感性表象来构造，实际上，间断性和连续性的统一、波和粒子的统一，除了数学模型外，任何直观的模型都是无法描述的。这次科学革命的特征是以抽象的概念取代了直观的形象和模型，或者说，是以数学的抽象性取代了机械的直观性。
亚原子领域（或微观）物理学的现代成就表明，所谓基本粒子虽然是复杂的、可以相互转化的，但并不具有构成性质，它们不是彼此由对方构成的，也不是由别的更简单、更基本的粒子构成的。例如，由中子分出电子和反中微子，不能与化合物分解相提并论。后者分离出来的粒子在分解前就以现成粒子的形成预先存在于被分解的系统之中了，而重核子（在这里是中子）产生的轻粒子（在这里是电子和反中微子）的过程则完全不同，轻粒子并没有以现成粒子的形式预先存在于核子里，它们纯粹是利用被裂解的核子的质量和能量重新产生出来的。人们现在认为，基本粒子的“结构”及其特征，根本不像我们已经熟悉的原子的结构，甚至也不像原子核的结构。基本粒子是由潜在的即可能存在的粒子构成的，在一定的条件下，这种可能性便转化为现实性。正是在粒子的分解和生成的过程中，显示出该粒子的实在性，即在其母粒子内部潜在的预存性。这些成就之所以称作科学革命，是因为此后人们不再把研究对象当作现实存在的东西了，而仅仅承认它是可能存在的、潜在的东西，这就否定了研究对象在其构成形态上的既成性。基本粒子的“结构”问题现在发生了根本的变化，这里涉及的已经不仅仅是这些粒子应当具有什么性质的问题，而首先是：只能从这种粒子生成别种粒子的可能性、从粒子的潜存而不是实存出发来确定粒子的“结构”，这是从既成性到潜在性的变革。
近现代科学革命可以概括为这样两次思想大革命，一次是从素朴自然观到以机械自然观为核心的“经典的”抽象科学理论的提升，一次是从机械自然观到现代科学思维的提升。当然，过程本身是复杂的、有许多交叉，不像我们这里概括的那样一目了然，但究其实质，确是如此而已。一般地说，历史上一切科学革命都具有下述基本特点：
第一，科学革命要求破坏和抛弃过去在科学中占统治地位的不可靠的思想和观点，但是，这些东西并不是完全错了，它们只是具有严重的局限性，它们自身依然包含着真理的颗粒，这些颗粒将在以后科学的发展过程中保留下来，并且有机地深化在新的观念中，不过已不是作为新观念的主导部分，而是作为从属的、被严格确定的框架所限制的部分。例如，哥白尼的“日心说”抛弃了托勒玫的地球为宇宙中心的错误观念，但却吸收了“地心说”中的许多具体材料。
第二，科学革命迅速地扩展人们关于自然界的知识，进入了科学认识迄今尚未达到的自然界的新领域。在这里，新工具和新仪器的发明起着巨大的作用，为观察者突破以往认识的局限性提供了可能性。最恰当的例子是，望远镜的发明在近代天文学革命中的作用和回旋加速器的运用在基本粒子研究中的决定意义。
第三，科学革命是由与新的经验材料不一致的旧理论观点所引起的，而不是由经验材料的增长本身引起的。科学革命发生在科学理论、科学概念和科学原理的范围内，发生在其原有表述遭到根本摧毁的各有关科学的观念范围内。例如，早在17世纪，胡克就发现了细胞，但并没有从中得出任何有意义的理论结论。胡克的发现也未曾对生物学和自然科学的发展产生任何显著的影响。直到150年后，施莱登和施旺创立了细胞学说，揭示了所有生物体在构造上的统一性，才成为科学革命的重要因素。
科学革命是由新发现引起的，但更重要的是，每一次革命都与新经验事实的新理论解释相联系。这意味着要摧毁旧的思想方法和思维方式。就其本质而言，每一次科学革命都是科学思想发展中的一次飞跃，因此，科学革命的实质是思想革命。它在科学家的思维方式中引起急剧的转变，要求从以往占统治地位、现在却变得不充分或者完全站不住脚的研究方式断然转变到新的、符合比较高级的科学认识阶段的思维方式。这就是说，随着新事实材料的积累和处理，愈来愈尖锐地表现出，科学家原有的思维方式，已经不可能对它们作出深刻的理论概括和合理的解释。为此，必须果断地抛弃以前形成的解释和说明现象的方法，而运用原则上不同的方法，即从根本上转变科学家的思维方式。
但是，科学史上经常出现力图巩固熟知的方法、再现传统的思维模式的情况。恩格斯曾经注意到：“旧有的、方便的、适合于过去流行的实践的方法，怎样移到其他领域中并且在那里变成障碍：在化学中，有化合物成分的百分率计算法，它是掩盖化合物的定比和倍比定律的最好不过的方法，它也确实相当长时期地掩盖了这个定律。”（《马克思恩格斯全集》，中文1版，第20卷，637页，北京，人民出版社，1971。）当人们具体考察碳的两种气态氧化物即一氧化碳和二氧化碳的化学组成时，以往确立起来的用百分数表示化合物中碳和氧的含量的方法，并不能揭示这两列数字间的任何相互依存的关系，然而，如果用定比和倍比定律，它们的关系就一目了然了：在一氧化碳中，一份碳和一份氧化合，而在二氧化碳中，一份碳却和二份氧化合。恩格斯在这里的意思是，必须摧毁僵化的传统的矗立在科学发展道路上的障碍和阻力，而在思想上对旧的思维方式与思想方法进行彻底改造，进而从根本上对旧思想、旧事物加以摧毁和破坏，这就是科学革命。
我们还必须看到，现代自然科学革命是由各个学科范围内以及各种不同学科之间的许多变革组成的。这些变革形成一个互相关联的、有结构的整体，它们不仅说明某个学科发展的特点，而且深刻改变了各种学科之间的关系，形成一个崭新的科学知识体系。这些变革涉及到诸如被认识客体的性质、空间和时间的相互关系、仪器在获取科研数据过程中的作用、对因果性及客观决定性的理解、对科学描述和科学解释的种种新要求。因而这一变化的实质，在于形成了某些崭新的关于世界和科学知识本身的概念，在于从世界观和方法论上彻底改变了对各个学科的看法和要求，在于产生了新的科学理想。
二、“第三次浪潮”与现代科技革命
科学研究范围的逐渐扩大，不断对日新月异的各种知识领域和人类活动领域施加强大的影响。现在，科学不仅是应用自然力、研究制定生产物质财富的活动的理论基础，而且还是有组织地管理各种经济过程和社会过程的理论基础。简单地说，现在科学干预着一切生活领域，科学、技术与生产正在形成一个有机的系统。
科学负有满足社会需要的使命，但是，社会需要不仅在其范围上不断变化，而且在性质上也屡屡发生变化。如果说，在18世纪尤其是在整个19世纪，寄望于科学的只是满足个别生产的需要，在向机器工厂劳动和新工艺过渡的基础上扩大生产，那么在20世纪后半叶，则是把科学作为生产力的全面应用提到了首位。科学不但具有社会生产的基础的职能，而且具有社会管理的基础的职能。它将对未来物质生产的途径和方向作出预测，还将承担下述特殊任务，即预见人的实际物质改造活动对我们星球自然过程的影响以及科学技术进步的社会后果。对科学技术的要求，不单是研制能够加快生产增长速度的方法和手段，还要开发发展生产的新方向和组织生产的新形式。
这就是说，第二次世界大战以后，科学技术发生了某些重大的变化，开始在社会上起着非常重大而特殊的作用。这也就是美国未来学家阿尔温·托夫勒所生动描绘的“第三次浪潮”，或者用美国另一个著名的学者丹尼尔·贝尔更具学术性的话来说，就是“后工业社会的来临”。主要表现在：
经济方面：从产品生产经济转变为服务性经济。
职业分布：专业和技术人员处于主导地位。
中轴原理：理论知识处于中心地位，它是社会革新与制定政策的源泉。知识对于任何社会运转都是必不可少的，后工业社会所不同的是知识本身性质的变化，它是围绕着知识组织起来的，其目的在于进行社会管理和指导革新与变革。
未来的方向：控制技术的发展，对技术进行鉴定。首先，新的预测方法和探测技术的发展，有可能有计划地推动技术变革，从而减少对经济前途的不确定性。其次，自觉地了解技术进步所带来的有害的副作用，力求在使用前对技术进行鉴定，以便选择社会代价较低的有效方法。
制定决策：创造新的智能技术。技术是运用科学知识以可复制的方式来解决问题，智能技术则是利用规则系统来代替直观判断。
在这里，后工业社会的概念首先涉及社会结构的变化。社会结构包括经济、技术和职业制度，因而它的变化也包括经济改造和职业体制改组的方式，包括理论与经验、特别是科学与技术之间的新型关系。第二，后工业社会的概念涉及对政治制度的管理问题。在一个日益意识到自己的命运、并力图掌握自己命运的社会里，政治秩序必然是最重要的，这也就大大提高了知识分子、尤其是科学家和工程师的地位。第三，技术化的趋势，不可避免地要与强调自我的文化传统发生冲突，于是，在后工业社会里流行的反主流文化，将扩大文化与社会结构之间的分裂，造成一种特有的文化困境或文化危机。
“第三次浪潮”或后工业社会，所指的实际上是现代科技革命及其社会后果。现代科技革命当然与采用新能源、新材料，广泛运用电子计算机，实现生产和管理的全盘自动化密切相关，但是，不能仅仅归结为这些因素，而应当从根本上改造整个技术基础、整个生产和工艺方法、组织和管理手段以及人与生产过程的关系。因此，现代科技革命的实质是，科学在现代社会条件下，转化成技术进步和生产发展的主导因素，从而对生产力进行彻底的质的改造，简而言之，现代科技革命的实质是生产力革命。
首先，科学在生产进步中的直接作用发生了变化。过去，科学并不直接参与技术的重大变革，即使在近代曾经代替过工人双手的蒸汽机和手摇机器的发明的技术革命，也都是技术上发明和改进的结果，科学并没有在其中起直接的作用。但是，20世纪最大的技术变革，如原子能、半导体等等的产生，则是以科学发现为基础，是科学和技术直接相互作用的结果。到20世纪中叶，科学变成了科学—技术—生产这个系统发展中的主导环节，当前的科学具有更加革命化的积极作用，正是在某些基础科学研究成果的基础上产生了一些完全新型的生产部门，这些部门不可能由以前的生产实践直接发展而来。原子反应堆、大规模集成电路、生物遗传工程，都不是根据前阶段的生产经验，或者通过试验摸索的方法而产生的。过去，生产是靠加工天然资源，现在，由于科学上的成就，生产把人类发明的越来越多的物质和过程纳入自己的范围。因此，实践本身要求科学超越技术，要求生产更多地在工艺上应用科学，把生产改造成一种科学的过程。
第二，现代科技革命促使科技与生产相结合，是实现经济增长方式从粗放型向集约型转变的基本条件。从理论和实践上明确科技与经济结合的方针与经济增长方式根本转变之间的紧密联系，将大大有助于解决科学、技术、产业化三个层面之间的协调与统一，从而通过利用科技成果促进生产力的革命变革。人们认识到：科学技术实力，包括基础研究，从战略眼光看，必将最终决定国家的经济竞争能力，这一点决不能动摇。同时，科学技术与经济的结合，关键是要解决靠什么发展国家以及选择什么样的经济增长方式的问题。这个带有战略意义的问题不解决，仅仅靠一些局部性的推动措施，下指标、派任务，是不能成气候的。如果科学技术只是着眼于转化为这样那样的一些产品，即使有一时一事的经济效益，也不能有持续的增长潜力和升级换代的能力。只有从全局的层面上，应用科学技术来提升产业结构、提高普遍的劳动生产力，使经济增长方式本身发生改变，才是长远之计。反过来说，只有通过经济增长方式的转变，科技与经济的紧密结合才能落到实处。这也是依靠现代科技革命实现社会主义现代化的基本途径。
第三，现代科技革命引起了农业生产的革命，使农业劳动逐渐成为工业劳动的一种形式，城乡生活方式之间的重大差别相应地消失。科学、技术和工业的蓬勃发展，促进集约式的都市化，大大改变了全民的生活方式。
第四，在现代科技革命过程中，要求不断协调社会和自然界的关系，并且及时而充分地预见到伴随着科技革命在经济领域和社会领域产生的各种后果，以及它们对社会、对人和自然界产生的各种影响。因此，作为自然财富消费者的人类，必须关心自然财富的保护和增加，科学地调整自己的生存环境、实现可持续性增长的任务，明显地摆在了人类面前。
最后，现代科技革命为深刻改变主要的生产力，即为从事物质生产的劳动者的劳动内容和职能，创造了先决条件，这是一条向生产和管理的全盘自动化过渡的道路。目的是把工人从机器的简单附属品的角色中解放出来，把生产劳动转变为丰富多采的创造活动，以便主要进行控制、管理和改进生产过程的工作，从事创造性的科学技术探索。当然全盘自动化不仅要求解决技术上的难题，还要求具备必要的社会经济条件，并为全面发展个性、提高全社会成员的教育和文化水平、建立良好的发展科学技术的环境创造条件。
三、面对挑战的中国科学技术
在中国近代化和现代化的过程中，科学技术的发展一直是一个重要方面。自觉地引进西方科技，并对整体经济社会产生深刻影响，在中国始于19世纪60～90年代的洋务运动，但近代初具规模的科技体制，是在本世纪20～30年代建立起来的。新中国成立后，科技事业曾一度得到迅速发展，但是，由于“左”的路线的干扰，特别是“文化大革命”的毁灭性打击，我们曾经错过推进和利用现代科技革命的一个良好时机。
十一届三中全会以后，党的工作重点转移到经济建设上。1980年，邓小平在《目前的形势和任务》中提出，我国的科技发展必须和经济社会发展结合起来，并把经济发展作为科技工作的首要任务，同年12月，国家科委提出“科学技术必须为经济建设服务，经济建设必须依靠科学技术”。1982年9月，党的十二大第一次明确提出科学技术是国民经济的战略重点之一，同年10月，中共中央进一步把依靠科技进步作为振兴经济的一个战略问题提出来，肯定了“经济建设必须依靠科学技术，科学技术必须面向经济建设”。在此基础上，又提出了协调发展、加强生产技术研究、加强技术开发与推广、保证基础研究、学习消化国外科技成就等五项科技发展方针。到80年代中期，迎接新技术革命（现代科学技术革命）挑战的思想已经为全社会所关注，抓住这个机遇，实现社会主义现代化，这样的任务愈来愈突出地摆在人们面前。
改革开放的深入也暴露了许多新问题。即使我们放下架子、虚心学习，引进和开发技术，仍是一项复杂的系统工程。既要解决自己的消化、吸收问题，又要面对技术禁运、专利保护等来自发达国家的阻力；意识到劳动生产率低下、能源消耗大、管理差、经济体制运行不畅等毛病已经成为制约我国经济发展的“瓶颈”之一。其他使人焦虑的事情还有：存在着生产与科研“两张皮”的痼疾，“脑体倒挂”的现象在市场经济体制不完善的情况下日趋严重，科技和教育体制中存在着的结构性、观念性缺陷影响了知识分子积极性的发挥，大批留学生滞外不归又损失了一笔宝贵的人才资源，急功近利和浮躁虚骄的社会风气造成了价值观的严重错位，不计后果的盲目发展致使我国的环境状况极其恶化……，不一而足。所有这些问题使人们形成了普遍的危机意识、紧迫感以及对科技生产力更深入的认识，促使人们寻求更新、更成熟的科技战略。80年代末，凝聚着广大科技人员、专家学者和领导干部的智慧，中国改革的总设计师邓小平提出了“科学技术是第一生产力”的论断，并以此为基础形成了一整套发展科技和依靠科技促进经济社会发展的方针政策，这是对现代科技革命最积极的回应。
重视现代科技革命的思想，突出表现在党的十四届五中全会精神上。在《中共中央关于制定国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标的建议》（以下简称《建议》）中，明确指出：“实现‘九五’和2010年的奋斗目标，关键是实行两个具有全局意义的根本性转变，一是经济体制从传统的计划经济体制向社会主义市场经济体制转变；二是经济增长方式从粗放型向集约型转变，促进国民经济持续、快速、健康发展和社会全面进步。”
在实现向社会主义市场经济转变的同时，实现经济增长方式从粗放型向集约型转变，这是适应科技革命时代要求的重大举措。实现这样的转变，离不开贯彻执行“科教兴国”的方针，努力发展科技和教育，并使科技与经济更紧密地结合起来。
关于科技与经济的结合，以往谈论不少，但每每停留在就事论事的层次上，视野不够开阔，对其中的关键问题更是不甚了了。现在从理论和实践上明确了科技与经济结合的方针与经济增长方式根本转变之间的紧密联系，将大大有助于解决科学、技术、产业化三个层面之间的协调与统一，从而通过利用科技成果促进生产力的革命变革。
科学、技术、产业化三者之间的关系十分复杂，并非天然一致，需要有意识地加以协调。一度流行的看法是：欧洲产生科学观念，美国产生工业技术，而最终价廉物美的产品却出自日本。历史经验证明基础研究、应用研究、技术发展和产业化之间，在一定条件下是可以不同步发展的。对此，我们可以妥为利用，首先在技术转移和开发上狠下功夫，提升产业层次。但是，切勿由此轻易得出科技优势与经济优势之间不存在本质联系的结论。
当今世界，在国家参与推动的科技竞争与经济竞争中，不但科技与经济的一体化大大增强了，而且基础研究、应用研究、技术发展与产业化之间的联系也更加紧密了。一些观察家已经预言：尽管日本在某些产品领域占有优势，但随着美国国家战略重点的转移，其潜存的雄厚的科技实力将发挥持续的、战略性的威力。因为美国早已取代欧洲在纯科学领域的地位，目前拥有全世界极大份额的科学与技术知识的储备。而日本也感受到严重的危机，准备作出回应，事实上，日本在1992年提出的报告《面向21世纪》中，已经宣布要在基础研究方面有所作为，尽管声称是“为人类知识宝库作贡献”，但恐怕也反映了其国家战略的转型。
因此，必须认识到：第一，科技实力，包括基础研究，从战略眼光看，必将最终决定国家的经济竞争能力。这一点决不能动摇。第二，科技与经济的结合，关键是要解决靠什么发展国家以及选择什么样的经济增长方式的问题。这个带有战略意义的问题不解决，仅仅靠一些局部性的推动措施，是不能成气候的。如果科技只是局部地、单兵作战式地转化为这样那样的一些产品，即使有一时一事的经济效益，也不能有持续的增长潜力和升级换代的能力。只有从全局的层面上，应用科技来提升产业结构、提高普遍的劳动生产力，使经济增长方式本身发生改变，才是长远之计。
十四届五中全会的《建议》明确地在“科学技术是第一生产力”理论的基础上，把“科教兴国”作为我国社会发展的一条战略方针，并且把它和经济增长方式这个关键任务联系在一起来谈，这就彻底解决了把科技究竟摆在一个什么样的位置的问题。《建议》提出：“积极推进经济增长方式转变，把提高经济效益作为经济工作的中心。……向结构优化要效益，向规模经济要效益，向科技进步要效益，向科学管理要效益。”经济增长方式的根本转变，离不开经济体制改革，离不开科技支撑，反过来说，只有通过经济增长方式的转变，科技与经济的紧密结合才能落到实处，这也是在中国依靠现代科技革命实现社会主义现代化的基本途径。
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