16～17世纪是世界自然科学发展史上的一个重大变革时期。西方各国随着社会生产力的发展和资本主义产生，近代自然科学应运而生。中国在传统科学的道路上也有长足的发展，涌现出一批蜚声世界的科学巨匠，对比16～17世纪中西自然科学发展以及彼此之间的差异，是研究世界自然科学发展和演变过程中的一个重要学术问题。
一
在5～15世纪的西方，宗教神学独占了意识形态领域， “科学只是教会恭顺的婢女，不得超越宗教信仰所规定的界限”（注：《马克思恩格斯选集》第3卷，第523页。）托勒密、亚里士多德和盖伦的理论被当作宗教神学的“科学”基础，其统治长达千年之久。16世纪，西方各国资产阶级掀起了反封建的文艺复兴运动，一批新的科学家脱颖而出。他们首先在天文学领域向封建神学支持的“托勒密地心说体系”发起了一场革命。波兰伟大的天文学家哥白尼，根据自己30多年对天体的实际观察和计算，指出太阳是地球的中心，1543年他的不朽著作《天体运行论》正式出版。恩格斯说：“自然科学借以宣布其独立……便是哥白尼那本不朽之作出版”（注：《马克思恩格斯选集》第3卷，第446页。）。1543年，成为西方自然科学的独立年。意大利天文学家布鲁诺继承和发展了哥白尼的理论，1584年他发表了《论无限性、宇宙和诸世界》一文，提出了宇宙是无限的和统一的新观点，从根本上否定了上帝本身的存在，动摇了基督教信仰的基础。在物理学和数学领域，意大利著名的科学家伽里略提出了著名落体定律，否定了在中世纪作为绝对权威的亚里士多德关于重物比轻物先落地的传统理论和运动速度与外力成正比的错误观点。法国的数学家韦达在1591年出版了《分析术入门》一书，首次在代数学上使用文字符号，确立了解二、三、四次方程的统一方法。大科学家笛卡尔于1637年发表了自己的研究成果《几何学》，创立了解析几何。恩格斯对此评价很高，认为变数是“数学中的转折点”（注：《马克思恩格斯选集》第3卷，第524页。）。医学和生理学也突破了中世纪传统的理论。比利时著名的医学家维萨留斯通过多年对尸体的解剖，从科学的角度论证了作为中世纪封建神学支持的医学理论——盖仑血液循环说的错误。英国的科学家哈维在1628年出版了《心血运动论》一书，最终提出了科学的血液循环理论，开辟了生理学研究的新纪元。恩格斯说：“哈维由于发现了血液循环而把生理学确立为科学”（注：《马克思恩格斯全集》第20卷，602页。）。
当自然科学的曙光照亮欧洲大陆时，中国封建社会步入了晚期阶段。与西方国家5～15世纪自然科学在宗教神学的控制下比较贫乏不同， 中国古代在科学技术领域取得了举世瞩目的成就。如在天文学方面，早在商朝时期，甲骨文就记载了不少星名，成为世界上最早的日、月食记录。东汉时期的张衡是世界上第一个研究地震的科学家，他研制的测报地震方位的“地动仪”比西方类似的仪器早1700年。唐朝的僧一行，是世界上第一个实测子午线长度的人。北宋沈括创制的“十二气历”所达到的水平，英国八百年后才达到，在数学研究领域，西周初年，我们祖先已知“勾三股四弦五”这一勾股定理的特例，比古希腊学者毕达哥拉斯的勾股定理要早几百年，南北朝时期祖冲之第一次把圆周率精确到小数点以后六位数字，比欧洲早1100多年，直到1573年，德国人鄂图才算出这一数值。明朝以前，世界上的重要创造发明和重大的科学成就有300 项，其中中国占一半。英国剑桥大学凯厄斯学院院长李约瑟博士通过30多年对中国古代社会生产和科学技术历史发展的研究后也指出，中国的发明和发现，远远超过同时代的欧洲，特别是在15世纪以前更是如此（注：李约瑟《中国科学技术史》第1分册，商务印书馆1958年版，第3页。）。16～17世纪，中国在传统科学的道路上继续发展，其中对世界影响最大的是医学家李时珍，他的主要著作是“东方医学巨典”《本草纲目》。17～18世纪，该书传到欧洲，达尔文在《人类的由来》一书中，曾经引用《本草纲目》中关于金鱼颜色形成的史料来说明动物的人工选择（注： 《中国科学技术史稿》下册，科学出版社1985年版，第173页。）。他把这本书称之为“中国古代的百科全书”。明代著名的科学家徐光启以自己的杰作《农政全书》名扬海外，该书收集了历代的农业科学资料，并用他自身的实践经验加以补充，因而具有较高的科学研究价值。在地理学方面，最主要的成就是《徐霞客游记》，它对中国西南、中南地区岩溶地貌和溶洞的描述与研究，具有很高价值。李约瑟说：“他的游记读起来并不像是17世纪的学者所写的东西，倒像是一位20世纪的野外勘测家所写的考察记录”（注：《中国科学技术史稿》下册，科学出版社1985年版，第173页。）。
二
16～17世纪西方开创了近代自然科学，恩格斯说：“这是地球从来没有经历过的最伟大的一次革命”（注：《马克思恩格斯全集》第20卷，533页。）。笔者认为， 导致西方自然科学巨变的首要因素是资本主义生产方式的产生。14～15世纪在意大利地中海沿岸的一些城市中最早出现了资本主义的手工工场，根据凡乔尼·威兰尼《编年史》第8 卷第36章的记载，在14世纪末，佛罗伦萨总人口约11万人，以毛纺织业为生的有3万人，到1527年佛罗伦萨的毛纺织作坊有750个（注：A Ⅱ·罗洛娃《15世纪下半期和16世纪佛罗伦萨的经济结构》、《史学译丛》1958年第1期。）。与此同时，威尼斯的造船作坊、 丝织作坊和玻璃制造作坊也竞相建立。随着工场手工业的发展，一些生产技术问题，如战船制造，采矿技术和提高水磨机工率等被提上议事日程。这些问题必须依靠力学和机械学的发展才能得以解决。近代自然科学中力学和机械学的理论，正是在意大利这种环境下形成的。
16世纪，西欧各国资本主义手工工场普遍发展起来。以德国的银矿业为例，1493～1520年开采白银为35000公斤，1521～1544年为50500公斤，1545～1560年为53200公斤。16世纪中叶德国总人口有1200 万人左右，而大型矿山工人竟有12万人之多（注：斯米林《15～16世纪德国经济发展和社会运动高涨的特征》，苏联《历史问题》，1957年第6期。 ）。恩格斯说：“如果说，在中世纪的黑夜之后，科学以预料不到的力量一下子重新兴起，我们要再次把这个奇迹归于生产”（注：《马克思恩格斯选集》第3卷，第523页。）。欧洲的“矿物学之父”德国学者阿格里科拉的《矿物谈》和《冶金学》等巨著也正是这个时代生产发展的科研产物。
其次，西方各国为了发展海外贸易，积极开辟新航路，这也促进了近代自然科学的产生。15～16世纪的西欧各国相继建立天文台，观察天体，参照天空中的星座以确定船只所在的经纬度。16世纪，丹麦的天文学家第谷·布拉赫曾经说过他“把毕生的精力花在观察收集大量的星体资料，是要为航海家定一条安全线”（注：《科学技术简史》，上海人民出版社1987年版，第82页。）。航海需要准确的时钟，从而推动人们去研究振摆运动和钟的原理。伽里略于1583年发现了“摆”的定律，惠更斯在伽里略的基础上制造了第一个有摆的时钟，该钟被称为“伽里略钟”。
与西方各国一样，16～17世纪中国封建社会也出现了资本主义的手工作坊。其中苏州的情况最为典型：“机户出资，机工出力，相依为命”；织工“嗷嗷相聚于玄庙口，听大户呼织”（注：蒋以化《西台漫记》卷4。）。“若机房工作减， 此辈衣食无着矣”（注：《古今图书集成·考工典》卷676页。）。商业资本也呈现出活跃的姿态， 松江有“数百家布号，……而染坊、踹坊商贾悉从之”（注：顾公燮《消夏闲记》。）。但明清王朝与同时期西欧各国封建政府所实施重商主义和发展国内外贸易的政策不同，对商品经济的发展和江南资本主义的萌芽，采取了抑制和扼杀的政策。对内，死守重农抑商的国策，针对商人的国内贸易，设关置卡，征收重税；对外实行海禁和闭关政策，阻止商人的对外贸易。这样16～17世纪资本主义生产关系无论从广度上还是从深度上都远不及同时代的西方，它对科学技术发展的推动作用比西方差之远矣，中国不能像西方国家那样出现近代科学革命。李时珍、宋应星等人都是封建社会的知识分子，他们不像西方科学家那样是新兴资产阶级的代言人，以大无畏的牺牲精神追求真理，把窒息了1000余年的自然科学从封建神学的控制下解放出来。李、宋等人主要是在中国传统科学的基础上再进行大规模的总结，他们所取得的成就与同时期西方科学家相比是逊色的。笔者认为，中国自然科学从16～17世纪开始落后于西方，其主要原因是中国的资本主义生产方式没有发展起来，没有来自社会生产迅速发展对近代自然科学的呼唤。同时，腐朽的明清王朝所实行的文化专制主义政策，也严重地阻碍自然科学的发展。
三
如果仔细分析和研究16～17世纪中西自然科学的成果，无论从内容上还是从研究方法上都存在着较大的差异。
从内容上看，自16世纪以来，中国在科学上的主要成就，大多属于应用科学。李时珍的《本草纲目》，虽然对中国以至世界医疗学和生物学产生过深远的影响，但如同历代诸家“本草”一样，他编纂该书的基本目的，仍然是为了“辨天下物品之情味，合世人疾病之解宜”（注：《本草纲目》卷1，第1页。）。因此，它的重点是考证和列举多种药物的名称、性状、产地、炮制方法和药效范围等，而不是阐发事物变化发展的机制。同样，徐光启的《农政全书》所强调的也是使用价值。他认为发达的农业是保证国富民强、社会安定的根本措施。为此，他对农业生产技术、农业政策乃至农田管理等问题，都作了大量的论述，其目的显然是希望广大农民及与农业有关的人员从中获得直接的效益。而同一时期，西方自然科学家则侧重于理论科学的研究，他们主要致力于对事物及其发展规律的探索。如哥白尼所提出的“日心说”，如果从实用的观点来看，比起托勒密的“地心说”理论，并不能显出明显的优越性。人们之所以推崇“日心说”，是因为哥白尼的学说更能反映天体运行的规律。德国的科学家开普勒（1571～1630年）一生穷困潦倒，但对天体力学理论却充满激情，毕生从事科学研究，最终发现了行星三大定律，即“开普勒定律”。该定律使哥白尼学说得到数学的验证，从而进一步发展了哥白尼学说，同时也为英国科学家牛顿发现万有引力定律打下了基础。至于提出宇宙无限性理论的布鲁诺，其学说的理论而非实用价值更为明显，他至死捍卫自己所发现的真理，更足以说明他对事物和规律探求的崇高精神境界。
在科学研究方法上，西方科学家大多采用观察和实验的方法，以及数理逻辑推导的方法。达·芬奇曾说：“科学如果不是从实践中产生并以一种清晰的实验结果，便是毫无用处，因为实验乃是确实性之母”（注：W·C丹皮尔《科学史》，商务印书馆1979年版，第165～166页。）。近代西方实验科学的鼻祖伽里略，为了证明亚里士多德关于物体下坠的速度与其重量成正比的说法是荒谬可笑的，于1590年在比萨斜塔上做了一次有名的实验，把两个轻重不同的铁球从塔顶上同时抛下，结果这两个铁球同时着地。这次实验震动了欧洲，产生了极其深远的影响。伽里略还将数理方法与实验方法相结合，使之达到完善的程度。在他之前，人们对数学的兴趣，主要限于纯数学领域和数学在天文学中的应用。自伽里略开始，人们便对物体运动的规律开始采用数学形式来表示。在伽里略看来，物体的大小、重量、物体在运动过程中所经历的时间、距离都可以通过观察测定它们的量，并可以用数学公式来描述。在科学研究过程中，他还构思和设计了许多巧妙的实验仪器，诸如望远镜、计时器、温度计等等。伽里略被后人称为“现代自然科学之父”，不仅在于其在科学上的发明和发现，而且更重要的在于他在科学研究方法上的贡献。因为从那以后，现代自然科学研究方法及其步骤，基本上都是沿着他所开创的道路前进的。而16～17世纪，中国科学研究仍然主要采用传统的整理典籍和总结经验的方法，当然一些科学家在应用这一方法的过程中，也加入了自己新成果和观点。李时珍《本草纲目》的成书过程，充分体现了这一传统研究方法的使用过程。在《本草纲目》之前，已有多种《本草》存在。李时珍《本草纲目》的撰写，就是在充分利用这些古代药典的基础上进行的。其中他对宋代唐慎微的《本草》评价很高，吸收该书大约1500种药物，2000多个医方。当然，如果《本草纲目》仅仅是对历代药典的整理，那绝不会有世人公认的科学价值。李时珍在编写《本草纲目》过程中，不仅参考历代图书，而且还总结了自宋代以来散于民间而尚未见于文字的丰富的医疗实践经验。在编写的20多年中，他不畏艰险，外出旅行，足迹遍及大江南北。他亲自采药、制药，有时也解剖药用动物、品尝药味。因而取得了前人不曾取得的成果。但总体来说，关于药物的药效，大多都是对于经验和见闻的记述，虽经分析，但并非每个结论都是经过实验证明的。徐光启、宋应星等人在科研方法上，与李时珍大同小异，只是侧重点不同而已。
16～17世纪中西自然科学在内容上和研究方法上的差别，正是近代科学与传统科学本质差别的具体表现。在内容上，传统科学正是以感性和经验成果为主，而较少对事理和规模的探究，因而表现为较强的实用性，而近代科学正是建立在对事理和规律的探究之上，因而表现为较为抽象的理论性。在方法上，近代自然科学与传统科学的差别，就在于是否建立在科学实验的基础上。因此，中西方16～17世纪科学技术上的差别表明，西方科学技术已冲破了中世纪的黑夜，迎来了近代科学的曙光；而中国科学虽也有一定发展，但仍没有突破传统科学的范围。正是由于这种差别，西方科学从此阔步向前，而中国却仍在传统科学的道路上徘徊，直至几百年以后。