XVII век называют эпохой научной революции. Под этим понимаются переломные сдвиги в представлениях людей о мире и способе накопления знаний. Основой прогресса стал прорыв в научных методах, или методологии. В Средние века считали, что лучший способ достичь истинного знания – это логика и философские рассуждения, поскольку органы чувств человека (глаза и уши) воспринимают только смутный поверхностный слой мира, а не его действительную сущность. Средневековый подход называется схоластикой, или «школьной» философией, поскольку его разрабатывали в университетах. Крупнейшим авторитетом для схоластов был древнегреческий философ Аристотель.

В раннее Новое время стали подчеркивать значение тщательных наблюдений и научных опытов (экспериментов) в познании природы. Английский философ Фрэнсис Бэкон (1561–1626) резко критиковал схоластический метод. Бэкон призывал отбросить прежние знания и построить новую научную систему, которая опиралась бы на данные, полученные на основе чувственного опыта, как единственного источника реальных знаний. Это называется также эмпирическим методом.

Полученные с помощью наблюдений и опытов знания необходимо было связать в одно логическое целое. И тут пришла на помощь математика, значение которой в науке возросло. Выяснилось, что закономерности физического мира, или законы природы, можно выразить в виде математических формул. Галилео Галилей (1564– 1642) писал, что «книга природы написана на языке математики».

Одной из отраслей науки, в которой математические вычисления привели к абсолютно новым теориям, была астрономия. В 1543 году польский астроном Николай Коперник пришел к выводу, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца. Это открытие привлекло большое внимание, поскольку раньше считалось, что Земля является неподвижным центром Вселенной, и Солнце вращается вокруг Земли. Новую теорию называли гелиоцентрической системой мира. У Коперника было много противников, поскольку его теория находилась в противоречии не только с аристотелевской философией и Библией, но и с обычным опытом: люди не ощущали движения Земли, и брошенный в небо камень падал на то же место.

Галилео Галилей был первым ученым, применившим для наблюдения за звездами телескоп, до этого космос изучали невооруженным глазом. Галилей обнаружил, что вокруг планеты Юпитер вращаются спутники. Это стало еще одним подтверждением того, что не все небесные тела вращаются вокруг Земли, как утверждал Аристотель. За то, что Галилей разделял «еретические» идеи Коперника, он был предан инквизиционному суду католической церкви. Галилея приговорили к домашнему аресту, а его книги были запрещены.

Немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571–1630) вычислил, что Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца по эллиптической (по форме чуть сплюснутой окружности) траектории. В конце XVII века ученые пришли к убеждению, что гелиоцентрическая система Коперника верна.

Передовые ученые поставили под сомнение все существовавшие ранее толкования состава и движения тел. Аристотелевская философия утверждала, что все тела устремляются к своему естественному месту. Так, тела состоят из 4 элементов – земли, воздуха, огня и воды. Чем больше в теле элемента земли, тем больше оно устремляется к центру Земли (металлы и тяжелые вещи). Вещества, состоящие из элемента воздуха (например, дым), устремляются от центра, а вода остается между ними. У каждой вещи, таким образом, есть своя, внутренняя, приводящая в движение сила. Наличие абсолютной пустоты, или вакуума, считалось невозможным, поскольку «природа не терпит пустоты».

Некоторые хитроумные эксперименты показали ошибочность этих утверждений. Итальянец Эванджелиста Торричелли обнаружил, что если запаянную с одного конца трубку наполнить жидкостью и опустить ее открытым концом в посуду с водой, то давление воздуха не позволит жидкости вытечь из трубки. Закрытый конец трубки создает вакуум. Городской голова Магдебурга Отто фон Герике сконструировал воздушный насос, с помощью которого можно было создавать искусственный вакуум.

Английский ученый-естествовед Исаак Ньютон (1642–1727) задался целью открыть универсальные законы механики, или законы движения, которые одинаково объясняли бы движение как земных объектов, так и небесных тел. В 1687 году он опубликовал произведение «Математические начала натуральной философии», которое окончательно опрокинуло прежнюю картину мира. Первый закон Ньютона уточнил сформулированный Галилеем закон инерции: если равнодействующая всех сил, действующих на данное тело, равна нулю, то тело движется равномерно и прямолинейно или не движется вовсе (Аристотель утверждал, что естественное состояние физических тел – неподвижность). Еще более новаторской была теория гравитации Ньютона, в которой он утверждал, что тела притягиваются друг к другу. Эти законы объясняли, почему планеты не стоят на месте и почему их не отбрасывает от Солнца под воздействием центробежной силы. Ньютона считают основателем современной физики. Уже в 1693 году в Тартуском университете (одном из первых в Европе) естествознание преподавали на основе книги Ньютона.

Медицина в XVII веке развивалась также стремительно, благодаря детальному изучению человеческого тела. В 1628 году англичанин Уильям Гарвей, бывший придворным врачом короля Якова I и домашним врачом Фрэнсиса Бэкона, первым правильно описал большой круг кровообращения в организме человека и сердце, как насос, обеспечивающий циркуляцию крови. Сформировалось представление о человеке как о своеобразной машине, механизм которой можно детально изучить. Для исследования тканей тела стали использовать микроскоп, голландец Антони ван Левенгук открыл с его помощью красные кровяные тельца, сперматозоиды и микроорганизмы.

С помощью лабораторных экспериментов исследовали состав веществ. Шведский аптекарь Карл Шееле в конце XVIII века пришел к выводу, что воздух – не химический элемент, и состоит из нескольких газов, в том числе кислорода. Француз Антуан Лавуазье, которого считают основателем современной химии, доказал, что горение – это реакция соединения веществ с кислородом, а также продемонстрировал роль кислорода в дыхании. Выяснилось также, что химический элемент вода на самом деле состоит из водорода и кислорода.