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哥白尼革命让地球从宇宙的核心位置掉到了第三位，鼓励了新观念的形成：整个宇宙遵循同样的规则，受同样的力作用。这一观念与亚里士多德的科学截然相反。伽利略的另一伟大成就是逐步发现了适用范围最广的一般规律，既适用于地球附近的天体运动，也适用于发生在任何地方的一切运动。伽利略通过钟摆、斜面和抛射体等一系列实验，证明所有物体（在真空中）下落时的加速度都是一样的，与它们的质量和构成无关。
他解决这个问题的方法有两点违背传统科学或者说亚里士多德科学的关键之处。第一，他的主要关注点在对现象进行精确数学描述，而非对它们本身进行解释或追究原因。亚里士多德认为，大自然远比纯数学对象“繁杂”得多。对于这一点，伽利略能够理解，但他一直坚信，自然之书本质上还是“用数学语言书写的”。第二，他赞赏亚里士多德对自然与人工之间区别的重视，但他认为实验设计对区分和修正物理学基本定律来说必不可少。
伟大的法国哲学家笛卡儿并不只是远远避开了因果思维和形而上学思维，更是认为，只有用全新的自然概念取代有问题的亚里士多德理论框架，科学革命才能成功。亚里士多德及其中世纪的追随者们给大自然填塞了大量性质、力量和界限，但笛卡儿坚称，世界就像运动中的简单广延物（res extensa）一样，适用于极简的数学概念。他认为，任何无法简化为运动中物质的现象，如思想和意志，都是完全脱离自然世界的科学禁区。
这种严格的“机械”自然观在科学领域成果极其丰硕，但也令笛卡儿作出了一些惊人的假设。例如，在这种自然观的驱使下，他将动物视作了“没有头脑的机器”（bête-machines）。传统观念认为，人类、动物、植物都有各自的灵魂。但对于笛卡儿来说，灵魂是一种要么全有、要么全无的物质，他以宗教为由，反对动物拥有灵魂的观点：“蠕虫、苍蝇、毛虫及其他动物像机器般运动的可能性比它们都拥有不朽灵魂的可能性更高。”笛卡儿也否定了血液循环发现者威廉·哈维（William Harvey）认为心脏的运动像泵一样的观点。笛卡儿认为心跳源自一种持续不断的发酵和迅速扩张的过程，而哈维的观点更像是赋予了心脏自己的意志，这一点他无法认同。
尽管存在上述争议，机械哲学还是成了科学革命的指导框架，并用以解释碰撞、气压、重力和化学反应。不过，虽然笛卡儿认为世界是完全由物质填满的“充满物质的空间”（plenum），但同一时期的英国科学家们更赞同“微粒”版本的机械哲学，这种哲学认为所有的现象都可以追溯到微小粒子间的相互作用。罗伯特·波义耳（Robert Boyle）利用这一方法发现了以他名字命名的气体定律，牛顿则是提出了光的微粒说。
笛卡儿哲学中另一富有影响力的代表观点则有关神学、哲学和科学之间的关系，这是自中世纪以来一直极具争议的问题。在《哲学原理》（ Principles of Philosophy ）一书中，他把所有的知识比作一棵树，“形而上学是根，物理学是树干，其他所有科学就是树干上长出的枝杈”。笛卡儿也曾试图从某些所谓不证自明的上帝的本质和行动中推导出自然法则，进而推导出所有具体现象的定律。神学和形而上学并没有预先将科学成果建立在《圣经》权威或亚里士多德学派权威的基础上，而是自己成了这一科学课题不可或缺的一部分。
哲学家约翰·洛克不认可笛卡儿想从形而上学中推导出物理学的计划，但他认可了修正后的哲学模型，因为该模型是在为科学服务，而不是指挥科学。洛克在自己代表作的序言中写道：“在科学领域，伟大的‘惠天才’（Huygenius）
、无双的牛顿先生等都是建筑大师，而对哲学家来说，能够受聘为小工，负责稍微清理下地面，扫走一些挡在知识之路上的垃圾就已算野心勃勃了。”
这一新兴科学对宗教也很有用处。宗教可利用对大自然的深入了解证明其创造者的存在，提供关于其创造者的深刻洞见，就像我们通过阅读作品来了解作者一样。在大自然成为有关“上帝的另一本书”后，科学也就成了某种意义上的“自然神学”。正如弗朗西斯·培根所说，科学是“除上帝之言外，最能纠正迷信、最能滋养信仰的”。在大自然中寻找神的意志有时被称为“目的论”，这种做法在科学革命期间备受争议。虽然笛卡儿将自然规律建立在上帝永恒且连续地创造物质和运动上，但他并不赞同揣测上帝意图的行为，认为这样的行为极其放肆狂妄。超笛卡儿（hyper-Cartesian）哲学家斯宾诺莎断言，在科学中援引上帝意志等于躲在“无知庇护所”中寻求庇护，伏尔泰则把目的论比作非要将人类的鼻子解释为眼镜的理想支架。
真正给目的论以最后一击的是19世纪时达尔文提出的物竞天择的进化论。但在现代科学诞生初期，其中仍存在经验主义思想、哲学思想和目的论思想的混合体。一个很好的例证就是牛顿好友兼支持者塞缪尔·克拉克（Samuel Clarke）与伟大的德国通才戈特弗里德·莱布尼茨（Gottfried Leibniz）之间争论绝对的时间和空间是否存在的信件往来。莱布尼茨反对这些牛顿学说的主要论点之一就是，如果存在绝对的时间和空间，那么就说不清上帝为什么要在这个时间，而非另一个时间创造宇宙，也说不清上帝为什么要把宇宙创造在这个地方，而不是另一个地方了。莱布尼茨也不认同“上帝可以在没有充分理由的情况下随心所欲地促成某事”的观点，认为这种观点是荒谬的。而在科学革命期间，关于绝对时间和空间的这一争议也与其他争议一样，变成了混合有事实因素、神学因素和方法论因素的复杂体。
上文中洛克提到的“无双的牛顿先生”当然是指科学革命时期最伟大的天才艾萨克·牛顿。牛顿出生于普通的乡村家庭，但年幼时就已展现了不俗的数学天赋。牛顿想要揭开自然界各种运动的科学真相，而他发现，要做到这一点就必须发明一种新的数学方法，用统一的、有说服力的方式来表示加速度、瞬时速度、抛物线轨迹等。
1664年是奇迹迭出的一年，剑桥大学瘟疫肆虐，在这一隔离时期，牛顿待在自己的乡间别墅里发明了“流数术”，也就是我们今天所说的微积分。有了流数术这一工具，加上开普勒、伽利略及同为英国科学家的罗伯特·胡克（Robert Hooke）的研究所奠定的基础，1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》（下面简称为《原理》）。有了三大运动定律、一个“万有引力”定律和把时间和空间作为无限与绝对容器的模型，牛顿终于能用统一的方法去解释行星的椭圆轨道、伽利略的落体定律、月食和日食、每日的潮汐变化和炮弹的运动路径了。
与同为英国人的波义耳和洛克一样，牛顿坚持的通常是微粒说和经验主义方法论，他拒绝事物内在固有力量与能量的诱惑，认为这些都与经院哲学相关。因此，他在《原理》中宣称：“我不会杜撰任何假说。”不过，早期的《原理》批评家们无一不注意到，牛顿的体系依赖于一种相当神秘的宇宙力量，该力可以在无机械接触的距离上发挥作用。这其实就是地球引力，地球引力问题不但困扰着牛顿，在未来300年中许多物理学重大进步中也都有出现，包括相对论和最前沿的“弦理论”。在现代科学哲学中，使用假设进行推理的合理性一直是主要争议之一，这一点在第3章中会再探讨。
在《原理》出版后那些年中，诸多领域证实了牛顿定律的正确性。从亚里士多德时代开始，彗星一直是个谜。它们的运动没有规则但又有明显的轨道，在它们面前，传统的对天上与陆上物体运动的区分就不成立了。牛顿定律并不支持此类二分法：“大自然是极其简单的，且与其自身是一致的。适用于较大物体运动的推论往往也适用于较小物体。”1705年，牛顿好友埃德蒙·哈雷（Edmond Halley）用牛顿定律证明了之前3次观测到的彗星实际是同一颗，还预测它的第4次出现会在1758年末，而他早已去世，未能亲自观测。1758年圣诞节，彗星真的出现，不久便被命名为哈雷彗星，以纪念埃德蒙·哈雷。利用同样的定律和观测结果，天文学家也可以“倒推出”这颗彗星及其他彗星过往出现的时间，从而解释开普勒和许多中世纪科学家、古代科学家们所记录的观测结果。
牛顿有许多离经叛道的兴趣，比如炼金术和《圣经》考证，他对这些的激情不下于对力学的激情。但他的另一项持久成就来自古代光学领域。他利用一丝不苟的实验和精密的数学方法发现了白光是由各色光谱构成的，并提出了与光的波动说对立的光的微粒说。随着牛顿的发现得到证实并广为人知，它们不仅是科学界颂扬的对象，也成了国家的骄傲。诗人亚历山大·蒲柏（Alexander Pope）的下述诗句把握住了众人，尤其是英国民众对牛顿的热情崇拜：
大自然及其法则隐匿在黑夜；
上帝说，让牛顿来吧！
下一刻便光芒普照！
牛顿力学不仅为未来200年的物理学发展提供了基础理论框架，也设定了整个现代科学的模式。时至今日，一些无须使用爱因斯坦相对论解决的工程问题仍在使用牛顿定律。在现代观念中，科学应该提出普适定律。定律应该具备精确的数学公式，并能运用于复杂系统。假设如果存在着某种实体和力，那么它们的效果必须是可以直接观察并测量的。一种理论的最终评判应该是直接经验，而非哲学权威、政治权威或宗教权威。最后，现代科学主要采用微粒假设，即大型物体和变化过程的特征应该用它们较小部分的运动和相互作用去解释。在后续章节中，我将对这一科学观念所面临的诸多重大挑战进行评判。
尽管现代科学的酝酿和发展已有2000年的历史，但它成为主流知识模式却只有短短数百年，在世界许多地方甚至还远不到数百年。因此，一丝不苟且带有批判性地思考科学知识的本质、它与其他理解方式的关系以及它引导人类走向未来的潜力意义重大。这些也是我将利用后续篇幅探讨的有趣内容。
1．宇宙学是最古老的科学。古希腊哲学家最早提出了无神论的宇宙模型。
2．亚里士多德是第一个详细阐述科学方法的哲学家，他认为三段论法对科学推理至关重要。
3．哥白尼革命让地球从宇宙的核心位置掉到了第三位。伽利略将运动定律推广到了整个宇宙。
4．笛卡儿的机械哲学虽然存有争议，但仍然是科学革命的指导框架。
5．牛顿力学不仅为未来200年的物理学发展提供了基础理论框架，也设定了整个现代科学的模式。