19世紀是一個革命的時代，在政治、社會、科學、工業、文化和藝術各個領域都發生了革命，無論其成功與否。這在歷史上第一次使人們懂得變化可以是戲劇性的、革命的，而不只是漸進的。20世紀則是另一種意義上的革命時代，因為革命發生得更為頻繁且其影響也更加深遠。它們不僅使人類及其社會以及社會制度受到震動，而且還撼及自然界本身。已很難找到一塊有人活動的地方能逃避革命所帶來的巨大變化。革命已深入到各個領域：通訊（無線電，電視），製造業（合成纖維和塑料），電子（固態感測器，印刷電路，集成電路），戰爭（核武器，導彈），繪畫（畢加索，馬梯斯，米羅），音樂（斯特拉文斯基，勛伯格，斯托克豪森），文學（喬伊斯，F．沃爾夫），導航（雷達，遠程定位），各門科學學科（愛因斯坦，玻爾，克里克和沃森），醫學（索爾克疫苗，精神分析，起搏器和心臟外科），還有數據和信息處理——由此我們已經看到了計算機革命的步伐。我們還親眼看到社會革命和政治革命在永無完結地繼續：受到俄國革命和中國革命影響的人比以往任何一次革命都多，受到影響的程度也更深；來自有關拉丁美洲和非洲的大大小小的起義和暴亂的新聞越來越多，從軍事政變到地道的社會和政治革命。
19世紀從1789年動亂的餘波中誕生，先後經歷了1848年的政治革命以及馬克思主義者領導的革命運動。在科學上，我們已經看到了《物種起源》中正式宣告的達爾文進化論，它預示著即將發生的革命。即便如此，19世紀後半葉（和20世紀初）知識發展的主流是進化的而不是革命的。本傑明·凱德的《社會的進化》（1894）和L．豪勒維克的《科學的進化》（1908）等著作就是進化觀的例證。大體上說來，19世紀的政治和社會革命並沒有取得成功，它以1905年的俄國革命的失敗作結（1905年通常標誌著20世紀科學的開始）。19世紀的政治和社會變革雖然富有戲劇性，有時還有激烈的暴力衝突，但以通常的觀點而論，這一過程基本上仍然是循序漸進的，而且在討論這一時期的科學發展時，人們一般也持這種見解。
相反，20世紀卻被驚人的激變所震撼，歷史的延續有了真正的中斷。俄國和中國的革命對社會、政治、經濟都產生了巨大的影響，在世界範圍內引起了國際性的革命運動，其影響遠遠超過了當年的法國革命。本世紀初在科學上同樣發生了偉大的革命，主要反映在物理學上：X射線、量子理論、放射性、相對論、電子、原子核。1905年，也就是俄國革命流產的那一年，愛因斯坦發表了他的劃時代的相對論論文和另一篇論文，這篇論文引起了物質和輻射物理學的革命，並建立起量子理論（它由M．普朗克於1900年開創）。從那以後，相對論和量子論思想一直佔據著物理學思想的主導地位。在藝術方面，1914年前，出現了斯特拉文斯基的節奏異常強烈的《春之祭》和畢加索以及布拉克的令人瞠目的繪畫，這些作品開創了結構主義、現代主義和抽象藝術以及不諧和和弦音樂的先河。
20世紀出現了大量的關於革命的理論和觀點，這並沒有什麼可驚奇的。因為本世紀頭幾十年，政治、社會、藝術和科學都發生了戲劇性的變革，革命（而不是進化）已成為我們這個時代描述科學發展的主導性觀念。但革命是科學進步所期望的或必備的特徵這樣一種觀念，在本世紀上半葉卻不像現在這樣容易被大多數人所接受。許多學者，包括歷史學家和科學家們自己，對於科學特別是基礎物理學中發生的革命性變化感到憂慮，正像他們對遍及全球的政治和社會結構的劇烈震蕩感到憂慮一樣。有的人，如愛因斯坦主張拋棄科學革命的觀念（見28章）；還有人如R．A．密立根，不但拒絕科學革命的觀念，而且還否認在科學中有任何革命性的進步。
這一章我們將列舉一些本世紀出現的有關科學革命的觀點，並將特別注重於科學家們的論述。下一章，我們將考察助世紀科學史家逐漸接受科學革命觀念的過程，特別是當T．S．庫恩具有巨大影響的著作《科學革命的結構》於1962年發表後，接受科學革命觀念的人數達到了頂峰。第27章，將論述相對論革命和量子論革命。在大多數人的心目中，相對論被看成是我們時代科學革命的典範。而對於那些懂行的人來說，量子論則是歷史上最偉大的革命之一。第四章，將討論具有特殊重要性的地球科學革命。因為這個領域的專家學者已經認識到它是一場革命，已經用革命的語言和結構來書寫它的歷史，甚至還運用了庫恩對革命的理論分析方法以洞察地球科學革命的結構。而且，這場革命以清晰的和引人注目的形式顯示了所有偉大的科學革命的一些主要特徵。
第二次世界大戰前的政治和科學的激進主義
1908年，政治革命家V．I．列寧的一部哲學著作公開出版了，它主要論述正在物理學中出現的革命的本性和影響，書名是《唯物主義和經驗批判主義》。這部著作的公開意圖主要是維護"馬克思主義哲學"，反擊那些當時對"辯證唯物主義"的攻擊。但對於本書的目的來說，列寧的某些論述（體現在標題為："最近的自然科學革命和哲學唯心主義"一章中）是特別值得注意的。它可以作為一個例子，用來說明物理學發生革命的觀念很早就已廣泛傳播開來了。
列寧集中討論了鐳元素問題。這一期間該問題突出地出現在許多有關文獻中。使列寧和他的同代人震驚的是，當一小塊鐳的溫度比周圍環境溫度高時，這種情形會明顯地持續下去。而按照古典力學理論和能量守恆定律，熱體定會把熱量放射到溫度較低的環境中去，直到達到熱平衡，也就是說，直至物體和周圍環境的溫度相等。因此，鐳的性質不但向科學家展示了一個必須被納入科學的概念框架中去的新現象——放射性，而且這種新的物質在幾個方面摧毀了經典科學的基礎。也許最值得注意的是：在放射性現象中，元素的原子會自發地發生衰變和"嬗變"，而變成另一種完全不同的元素的原子。
列寧援引來作為例子的許多學者中，有法國數學家和哲學家亨利·彭加勒。從彭加勒1907年寫的哲學著作《科學的價值》一書中，列寧看到了他對物理學出現"嚴重危機"的論述。按照彭加勒的觀點，物理學中發生了嚴重的危機，其罪魁禍首是"偉大的革命者——鐳"。彭加勒的見解受到了廣泛的尊重，因為他是法國，也許還可以算是全世界最卓越的科學家之一。他憂鬱的危機宣言引起了人們的注意：新的發現不僅推翻了能量守恆原理，而且也同樣危及到"拉瓦錫原理或物質守恆原理"；危及力學的基礎，包括牛頓作用和反作用相等的原理；危及到其他公認的物理學基礎。
人們從鐳和放射性中看到了革命的破壞力。其它許多新的發現通常也都具有這種特徵。《亨利·亞當斯的教育學》（1907）這部著作以最富戲劇性的形式對革命破壞力這個主題展開了討論。在談及亞當斯對1900年大博覽會的感想時，亞當斯用"發動機和聖母"這一比喻對舊的蒸汽力和新的電力之間的差異表示驚訝。他發現了"連續性的中斷"（p．381），它"為歷史學家的研究對象設置了一個深不可測的裂縫"；"在蒸汽和電流之間找不出比耶穌受刑架和教堂之間更多的聯繫。如果不是可逆的話，那麼各種力是可以互相轉換的，而對電來說，如同在信仰世界中它只是服從絕對的命令"。在迷惑不解之中，亞當斯求助於蘭利，他是一位天文物理學家，華盛頓史密森學會的會長。
蘭利幫不了他，實際上他似乎也被同樣的問題所困擾，他總是重複說新的力是無法無天的，他尤其是反覆聲稱他對新射線的發現沒有責任，這些射線如同殺父的仇人，它們氣勢洶洶地向科學開了刀。他自己的射線是有益無害的，他利用它們得到了雙倍寬的太陽光譜。但鐳否定了他的上帝，對蘭利來說，也就是否定了他的科學真理。這種力是全新的。
看到1890到達1905年間物理學發展中出現革命的人不只是列寧、亞當斯、彭加勒和蘭利。不過，並不是每個人都被這些新發現的含義所困擾。例如，彭加勒在他的關於時間和空間"（1963，23）的論文中，把相對論看成是"最近物理學進步中"發生"革命"的主要成果；在另一篇論文中，他暗示了這樣的意思：量子理論是潛在的"自牛頓以來自然哲學經歷的最深刻的革命"。
20年代，"革命"一詞從1917年俄國革命——第二次革命或布爾什維克革命中獲得了一個新的激進的含義，這場革命使新的名詞"布爾什維克主義"出現在通常的演講之中。這場革命不僅完全推翻了舊沙皇的統治，而且使俄國的財產制度和人民的經濟生活都發生了戲劇性的轉變。這些革命性的變化被這樣一個事實所加強，正如布林頓所考察的那樣（1952）：在俄國革命中，"事件都集中發生在"比近代其它革命"更短的時間內"。
在許多美國人和歐洲人心目中，法國革