在物色女人方面，貴族比資產階級更在行（在中國人或黑人眼中，則是更可憎），可是，長子繼承製卻破壞了自然淘汰法則，這是多大的羞恥啊！
——查爾斯·達爾文，1864年[1]
人們似乎力圖表明，他們對自己聰明程度的評估，是以從《聖經》和《教義問答》中解放出來的程度為標準。
——舒巴赫（F.Schaubach）論民間文學，1863年[2]
穆勒不禁要為給予黑人和婦女以選擇權而呼籲。這是他據以開始的前提所必然導致的結論……
——《人類學評論》，1866年[3]
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19世紀第三個25年的資本主義社會充滿自信，對自己的成就頗為自豪。在人類努力進取的所有領域中，成就最大的莫過於「科學」，即知識的進步。這一時期受過教育的人不但為他們的科學自豪，而且打算把所有其他形式的智力活動，都置於科學之下。統計學家和經濟學家庫爾諾（Cournot）於1861年說：「對哲學真理的信仰極度冷淡，以致無論公眾和學界，除了尚能將哲學著作當作純學術著作或歷史珍品接受外，再也不歡迎這類著作了。」[4] 這個時期對於哲學家來說實在晦氣。即使在哲學的故鄉德國，也找不出一個可以與過去那些大人物相匹敵的哲學家了。法國人伊波利特·泰納（Hippolyte Taine，1828—1893）曾讚譽過黑格爾，現在卻稱他為德國哲學「洩了氣的氣球」之一，而這個黑格爾，即使在自己的故鄉也已是明日黃花；然而，「那些在德國主宰著受過教育公眾的輿論的、令人厭煩的、自負而平庸的倣傚者們」對待黑格爾的方式，卻促使馬克思在19世紀60年代「公開宣佈自己是這位偉大思想家的學生」。[5] 當時，斯賓塞在世界各地的影響力都超過其他思想家。但是，他是一位平庸的思想家。撇開斯賓塞不算，當時哲學的兩大主流是法國的實證主義和英國的經驗主義。實證主義與怪異的孔德學派相聯繫，經驗主義則與穆勒密切相關，這兩個哲學流派都自認為是科學的分支。孔德「實證哲學」的兩個基礎是自然法則的不變性和獲得無窮和絕對知識的可能性。如果排除了孔德的「人道宗教」（Religion of Humanity）這個極其古怪的學說，實證主義變得只不過是為實驗科學的常規方式做哲學上的辯解而已，此外並無更多深意。與此相似，在許多同時代人看來，用泰納的話說，穆勒是「打通了歸納和經驗這條老路的人」。這種看法不但暗含著以進化論的進步歷史觀作為自己的基礎這樣的意思，而且事實上已由孔德和斯賓塞把這層意思表達得明明白白了。用孔德的話來說，實證主義方法或曰科學方法，就是（或將是）人類必須經歷的三個階段中的最後一個階段的勝利，這三個階段是神學階段、形而上學階段和科學階段，每個階段各有其特徵，穆勒和斯賓塞至少都同意，最廣義的自由主義是對這些特徵比較貼切的表述。我們可以稍微誇張地說，依照這種看法，科學的進步已使哲學成為多餘，如果說哲學還有一點用處，那也只是在智力實驗裡為科學家擔當助手而已。
此外，既然對科學方法深信不疑，19世紀下半葉受過教育的人對這一時期的成就印象如此之深，也就不足為奇了。事實上，他們有時甚至會這樣想：這些成就不僅給人以深刻的印象，而且也是最終的成就。著名物理學家湯普森（即開爾文勳爵）認為，儘管還有一些較小的問題有待澄清，但物理學的所有基本問題都已經解決。眾所周知，他的這種看法錯得令人吃驚。
可是，錯誤既是重大的，卻又是可以理解的。科學猶如社會，既有革命時代，也有非革命時代，20世紀既是社會革命時代，又是科學革命時代，其規模甚至大於「革命的年代」（1789—1848），而本書所論述的時代，除了少數例外，在社會和科學兩方面都不是革命的時代。但這並不意味著在有智慧和有能力的傳統人士眼裡，科學和社會已經解決了所有問題，只是某些非常能幹的人覺得，在經濟基本模式和物理世界的基本模式等方面，所有的實質性問題都已解決。然而，這的確意味著這些人對他們正在走和應該走的方向沒有多少懷疑，對達到前進目標應該怎樣思考和如何行動也沒有多少懷疑。沒有人懷疑物質和知識方面的進步，因為事實十分明顯，無法否認。這確實是這個時代占主導地位的看法，儘管對這一事實的看法存在著根本分歧，一些人認為這種進步將或快或慢地繼續下去，而且基本上是直線發展；另一些人（例如馬克思）則知道，這種進步應該是而且將是斷斷續續的、充滿矛盾的。如同過去那樣，懷疑僅可能出現在價值選擇方面，諸如生活方式和倫理道德等等，在這方面，單純的累積是不可能指明方向的。在1860年這一年，人們所掌握的知識多於以往任何時候，這一點是毋庸置疑的，但是，人是否比以前「高明」了，這一點卻難以用同樣的方法證明。然而，關心這些問題的是神學家（他們在知識方面的聲譽不高）、哲學家和藝術家（他們受到讚賞，卻或多或少有點兒像富人讚賞他們為女人購買的鑽石那樣）以及左翼或右翼的社會評論家，這些人不喜歡他們所生活的或者說被迫進入的這個社會。1860年，在受過教育和有較強表達能力的人當中，他們是與眾不同的少數。
誠然，在知識的各個領域裡都取得了大量明顯的進步，但是，相比之下，某些領域顯得進展更大，某些領域顯然形成得更為完整。物理學看來比化學更成熟。物理學已經超越了具有爆炸性進步的方興未艾階段，而化學則明顯依然處在這個階段。反過來看，與生命科學相比，化學乃至「有機化學」明顯處於前列。在進步之神速令人興奮的這個時代，生命科學似乎剛剛起步。事實上，如果說有哪一種科學理論能夠代表19世紀第三個25年的自然科學的進展，並被公認是關鍵性的理論，那就是進化論；如果說，有一個人主宰著公眾心目中的科學形象，那一定是面部粗糙不平，長得多少有些像類人猿的達爾文。數學這個陌生、抽像和理所當然是異想天開的世界，一般公眾和科學界都不甚瞭解，也許比以前更生疏。因為，作為數學世界與一般公眾和科學界接觸媒介的物理學，似乎比不上當年建立天體力學時那般輝煌。當初若沒有微積分，在工程和通訊方面，就不可能取得那些成就，然而現在，微積分越來越跟不上日新月異的數學了。在這方面，最傑出的代表大概應該是這個時期最偉大的數學家黎曼（Georg Bernhard Riemann，1826—1866），他在大學任教期間於1854年完成的論文《論構成幾何基礎的若幹假設》（On the Hypothese Which Underlie Geometry ，發表於1868年），是任何論述19世紀科學著作不可能不提及的，這情形恰如任何討論17世紀的科學著作不可能不提及牛頓的《自然哲學的數學原理》一樣。黎曼的這部著作為拓撲學、微分幾何、時空理論和萬有引力理論奠定了基礎。他甚至還設想過一種類似現代量子理論的學說。然而，黎曼的建樹連同數學領域中其他極富創見的成就，要到19世紀末物理學的新革命時代開始時，才得到應有的評價。
然而，在自然科學的任何一個學科中，無論是對於知識的發展總方向，還是基本概念和方法論的架構，似乎都不存在嚴重的不確定性。發現層出不窮，有時非常新穎，但並不出乎意料。達爾文的進化論令人矚目，但原因不在於這是個新觀念（數十年前大家對此概念已很熟悉），而是因為它首次為物種起源提供了一種令人滿意的解釋模式，而且他用非科學家也絲毫不覺陌生的術語做到了這一點，而這些術語是與自由經濟最熟悉的概念——競爭——遙相呼應的。確有一大批科學家以雅俗共賞的文字著書立說，因而很快就廣為人知，有時甚至做得有些過分，這些人中有達爾文、巴斯德（Pasteur）、生理學家貝爾納（Claude Bernard，1813—1878）、菲爾紹（Rudolf Virchow，1821—1902）、亥姆霍茲（Helmholtz，1821—1894）。像湯普森（開爾文勳爵）這樣的物理學家更不必說了。科學的基本模式或稱基本典型看來十分堅實，然而，一些大科學家，例如麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831—1879），以其本能的審慎提出了自己的看法，從而使他們的看法與後來在極不相同的模式基礎上創建的理論並行不悖。
在自然科學界，每當並非因假設不同，而是由於對同一問題的視角不同而發生意見衝突時，也就是說，當一方提出的不僅僅是一個不同的答案，而且是一個被另一方認為無法接受和「不可思議」的答案時，這種衝突就會發展成激烈而又難以解決的對抗，但這種對抗在那個時期並不多見。當克羅內克（H.Kronecker，1839—1914）在數學的無窮問題上猛烈攻擊維爾斯特拉斯（K.Weierstrass，1815—1897）、狄德金（R.Dedekind，1831—1916）、康托爾（G.Cantor，1845—1918）時，這種衝突就在鮮有問津者的小小數學界發生了。這種「方法之爭」使社會科學家出現分化，可是，如果「方法之爭」介入自然科學，其中包括涉及敏感的進化論問題的生物學，反映出來的，與其說是學術性的辯論，毋寧說是想迫使對方接受自己所偏愛的意識形態。沒有令人信服的科學理由可以解釋這種偏愛何以沒有出現。因此，維多利亞時代中期最典型的科學家湯普森（他的典型性在於他集理論、技術、商業於一身，不僅提出了雖屬常規但在技術上又是多產的理論，同時在商業上又很成功），對於麥克斯韋的光電磁（electrornagnetic）理論，顯然不以為然，結果他們之間的辯論被許多人認為是偏離了現代物理學。但是，由於他認為可以借助他本人的數學工程模型，對麥克斯韋的理論重新進行闡述（實際上並非如此），所以他沒有對麥克斯韋的理論提出挑戰。湯普森在已知物理規律的基礎上再次洋洋得意地做出論證，認為太陽的存在距今不超過5億年，因此地球的地質和生物就不曾有足夠的時間實現進化（他是正統的基督徒，因而對這個結論深感欣慰）。根據1864年的物理學判斷，他是正確的，因為要到核能被發現後，物理學家才對太陽（因而也對地球）的存在做出了距今遠遠超過5億年的推測，然而，當時核能尚未發現。但是，湯普森並未想到，如果他的物理學與已為科學家們普遍接受的地質學相牴觸，是否他的物理學可能有不完善之處；他也不曾考慮，地質學家會置物理學於不顧而徑直前進。就物理學和地質學的進一步發展而言，這場辯論彷彿不曾發生。
科學界沿著自己的智力軌道向前發展，正如鐵軌不斷向前延伸一樣，科學界展示了一幅在新的領域裡不斷鋪下同類軌道的前景。在天文學方面，用更大型的望遠鏡和測量儀器〔這兩者大多是德國的成果。19世紀90年代之前，夫朗和費（Joseph Fraunhofer，1787—1826）的望遠鏡式樣，是後來安裝在美國天文台的巨型折射望遠鏡的原型。英國天文學在程度方面落在歐洲大陸之後，但它以其長期不間斷的觀察記錄彌補了這個缺陷，「格林尼治（Greenwich）可以比作一個歷史悠久的公司，它循規蹈矩，名聲顯赫，不愁沒有顧客，也就是說，全世界的航運業都是它的顧客。」〕進行了一系列新的觀測，採用了新的攝影技術和光譜分析法。光譜分析法首次於1861年應用於星光分析，後來證明這是一種極為有效的研究工具。天空中可以讓老一代天文學家吃驚的事似乎並不多。
物理學在19世紀上半葉獲得了戲劇性的進展；熱與能這兩種表面上迥然相異的物理現象，居然由熱力學（thermodynamics）統一起來了，與此同時，電、磁乃至光，均趨於採用同樣的分析模式。熱力學在19世紀頭25年中雖然未能取得重大進展，但是湯普森在1851年卻完成了使新的熱理論與舊的力學理論彼此協調的過程〔《熱的動力當量》（The Dynamical Equivalent of Heat ）〕。現代物理學的前輩麥克斯韋1862年提出了極為出色的光的電磁理論數學模式，該模式既深刻又留有進一步探討的餘地，為日後發現的電子打通了道路。可是，也許因為麥克斯韋未能以適當的方式闡明他所說的「有點兒棘手的理論」（直到1941年才闡述清楚！）[6] ，他始終未能說服湯普森、亥姆霍茲這類站在前列的同時代科學家，甚至連成就卓著的奧地利人玻爾茨曼（Ludwig Boltzmann，1844—1906）也未能說服。玻爾茨曼寫於1868年的論文，事實上已經將統計力學作為一個研究對像提出來了。19世紀中期的物理學大概不如此前和此後的物理學那樣光彩奪目，不過，物理學理論的進展還是相當可觀的。然而，其中的電磁理論和熱力學規律似乎「意味著已達到某種終結」（貝爾納語）。[7] 無論如何，以湯普森為首的英國物理學家，實際上還有在熱力學方面獲得了開創性成果的那些物理學家，都受到一種看法的強烈影響，認為人類已經對自然規律獲得了最終的認識。然而，亥姆霍茲和玻爾茨曼卻不為這種看法所動。也許由於物理學為建立力學模式提供了極大的技術可能性，從而使得關於這門學科已達到終極的說法更具誘惑力。
化學是自然科學中的第二大學科，也是19世紀方興未艾、最具活力的學科。化學顯然沒有達到某種終極，其擴展令人驚異，尤其在德國。從漂白粉、染料、化學肥料到藥品和炸藥，化學在工業中的這些廣泛應用是其中的重要原因之一。科學界的所有從業人員中，化學家佔了一半。[8] 在18世紀的第三個25年中，化學已經奠定了作為一門成熟科學的基礎，此後一直蓬勃發展，而在19世紀的第三個25年中，它已成了令人興奮不已的源泉，湧現出許多思想和發現。
人們已經認識了化學基本元素的變化過程，最重要的分析儀器也已經具備。由不同數量的基本單位（原子）組合而成的數量有限的化學元素，由分子的基本多原子單位組合而成的元素化合物以及這些組合過程規律中的某些概念，所有這些都已為人們所熟知；而這些正是化學家在重要活動中取得巨大進展，即對不同的物質進行分析和綜合時所必需的。有機化學這個特殊領域雖然依然局限於對材料性能的研究，其中主要是對煤這類由遠古時代的生物變成的資源在工業生產中的有效性能的研究，但從總體上看，有機化學卻已呈現出一派興盛的局面。生物化學的研究對象是物質在有生命的物質組織中如何活動，它此時離進入生物化學研究尚有一段距離。化學模式依然不甚完善，然而，瞭解化學模式的努力卻在19世紀第三個25年中取得了實質性進展。由於取得了這些進展，人們掌握了化合物的結構，從此之後，化合物便可以簡單地從數量角度（一個分子所含的原子數量）進行觀察了。
阿伏伽德羅（Avogadro）於1811年提出的定律，使得確定一個分子中的原子數量成為可能；在意大利實現統一的1860年，一位愛國的意大利化學家在一次國際會議上，提請與會者注意阿伏伽德羅的定律。此外，巴斯德於1848年發現，化學性能相同的物質，其物理性能可能各不相同，例如，光的偏振的平面可以是旋轉的，也可以是不旋轉的，這是化學借用物理學所取得的又一成果。由此引出的結論之一是，分子具有三度空間；此外，1865年，坐在倫敦馬車上的德國著名化學家凱庫勒（Kekule，1829—1896）——這是維多利亞時代常見的場景——首次想到了復合結構的分子模式，也就是著名的苯環理論。這個理論認為，每個苯環由六個碳原子組成，並有一個氫原子附在上面。可以說，建築師或工程師的模式取代了化學公式中C6H6這種此前一直使用的會計師的計數模式。
在這個時期的化學領域裡，更加了不起的一件事大概是門捷列夫（Mendeleev，1834—1907）元素週期表的大範圍推廣。由於解決了原子量和化合價的問題（元素中的一個原子與其他原子結合的數量），在19世紀初期一度興盛之後便不受重視的原子理論，在1860年後再度令人矚目，與此同時，對分光鏡形狀的技術改進（1859年），也促成了若干新元素的發現。此外，在19世紀60年代中期，標準化和計量技術也有長足進步（其中如電工學中的伏特、安培、瓦特、歐姆等的確定，這些計量單位如今已人人皆知）。依據化合價和原子量對化學元素進行重新排列的工作，也在這個時期進行了多次嘗試。門捷列夫和德國化學家邁爾（Mayer，1830—1895）在這方面做了努力，從而得出了元素的性能隨原子的重量和週期變化的結論。這個結論的傑出之處，在於人們根據這項原理做出推測，總數為92的元素週期表上尚有空缺，有待填補，並預言了這些尚未發現的元素性能。門捷列夫的週期表為基本物質的種類確定了一個極限，從而令人覺得，原子理論的研究至此似乎已告終結。然而事實卻是，「應該以一個新的物質概念去尋找其完整的解釋，這種新的物質概念不再視原子為不變，而是將原子視為處於相對不斷地與少量基本粒子結合的狀態中，而這些基本粒子本身也可能發生變化和轉化」。不過，門捷列夫就像麥克斯韋那樣，似乎是為以往的爭論結了尾，而不是為新的爭論開了頭。
生物學遠遠落在物理學後面，究其原因，作為生物學實際應用者的農民，尤其是醫生的保守主義難辭其咎。回顧往昔，早期最偉大的生理學家之一是貝爾納，他的研究為現代生理學和生物化學奠定了基礎，他還在《實驗醫學研究導論》（Introduction to the Study of Experimental Medicine ，1865年）一書中，對科學研究過程做了前所未有的細緻分析。然而，他雖然聲譽卓著——尤其在他的祖國法蘭西——但他的發現卻並未立即得到應用，他在當時的影響力也遜於他的同胞和同行巴斯德。巴斯德與達爾文並駕齊驅，是19世紀中期在公眾中知名度最高的科學家。他借由化學工業，確切地說，他借由對啤酒和醋有時會變質，而化學分析對這種現象卻不能提供答案這一困惑進入細菌學領域，並成為這個領域的先驅者〔他在這項研究中的合作者是原籍德國的科赫醫生（Robert Koch，1843—1910）〕。顯微鏡、細菌培養、幻燈顯示等細菌學的技術手段，根治動物和人的某些疾病等生物學的直接應用，這兩方面的成就使生物學這門新興學科，不但易於為人們所接近和理解，而且頗具吸引力。經利斯特（Lister，1827—1912）更進一步的完善，防腐法、巴氏滅菌法和其他防止微生物侵入生物有機體的方法和疫苗接種，都已切實掌握，有關的論證和結果已相當充分，從而令醫務界的頑固抵制難以為繼。細菌研究為生物學進而為研究生命的實質，提供了具有巨大實效的手段，但是，這個時期的生物學並未提出因循守舊的科學家無法立即接受的理論問題。
當時生物領域中最有價值的驚人進展，與生命的物理、化學結構和機制研究，僅有微不足道的關聯。通過自然淘汰而實現進化的理論遠遠超出了生物學範疇，它的重要意義也在於此。進化論肯定了歷史對於所有科學的勝利，雖然與科學相聯繫的歷史通常總是被當代人與「進步」混為一談。況且，由於進化論把人本身置於生物進化的全局中去考察，從而打破了自然科學與人文科學或社會科學之間的明晰界線。從此之後，必須把宇宙，至少是太陽系，當作一個持續不斷的變化過程來考慮。太陽系和其他星球正處在這種歷史的中途，正如地質學家業已指出的那樣（參見《革命的年代》第十五章），地球也正處在這種歷史的中途。有生命的物質如今也被納入這個過程之中，儘管生命本身是否由無生命物質演化而來，這個問題不但尚未解決，而且基於意識形態的原因，始終十分敏感（偉大的巴斯德堅信他本人已經闡明，這種演化是不可能的）。達爾文不但把動物，也把人類引入了進化論的審視範圍之內。
19世紀科學所面臨的困難，主要不在於接受這種將宇宙視為一個歷史進程的看法。在一個發生了許許多多至為明顯的歷史性變革的時代，相信這一點是再容易不過了。困難在於如何把這種看法與不變的自然規律，與大體相似、持續不斷而且非革命性的運轉結合起來。從自然規律出發，社會革命是否必要就成了問題，傳統宗教的必要性更受到懷疑，因為宗教典籍所宣揚的是間斷變化（創世記）和不符合自然規律的東西（奇跡）。然而，這個階段的科學似乎也相信一致性和不變性，而且似乎把簡化理論看作科學的根本理論。唯有馬克思這樣的革命思想家才會認為有可能出現二加二不等於四而等於別的什麼，或既等於四又等於別的什麼的情況。（在數學家們有關無窮的討論中，這個問題之所以引起震動，原因是僅用算術已不能獲得預想的結果。）地質學家取得了重大成就，他們認為，借助今天依然可見的完全一樣的那些力量，就能對沒有生命的地球上過去和今天所觀察到的種類繁多的東西做出解釋。只要有足夠的時間，天擇說就能對包括人類在內的有生命物種何以會種類繁多做出解釋。這一成就曾促使並繼續促使思想家們否認或低估這種迥然不同而且嶄新的看法，這種看法力圖對歷史變化做出解釋，將人類社會的變化歸結為生物進化規律，因此產生了嚴重的政治後果或政治意圖（社會達爾文主義）。西方科學家生活在其中的社會——所有科學家都屬於西方社會，連處在西方世界邊緣的俄國科學家也屬於西方社會——把穩定和變化合而為一，進化論也這樣認為。