后来的一个晚上，使他十分惊奇的是，当他盯住木星时，他发现靠近这颗行星有三颗，后来又发现一颗，一共四颗未知的星体，他称之为“新星”。以前从未有人看到过它们。现在人们称之为木星的“伽利略卫星”，以示对伽利略的尊敬，它们都是围绕木星运转的巨型卫星，取名为：木卫一——爱莪（Io）、木卫二——欧罗巴（Europa）、木卫三——盖尼米得（Ganymede）和木卫四——卡利斯托（Callisto）。但是，它们都太小，用肉眼是看不见的；这是人们第一次凭借足够的放大仪器看见它们。
木星卫星的发现对于哥白尼的日心说有特殊的意义。许多反驳者攻击哥白尼体系时说，如果地球不是在宇宙的中心，那么，为什么只有地球才有月亮围绕着它旋转呢？现在伽利略找到了另一个行星，它不只有一个，而是有四个卫星！
许多其他的发现接踵而来。伽利略把望远镜转向金星，发现这颗行星也和月亮一样，具有相位——会经历盈亏过程。由此他得出结论，金星也和月亮一样，不是自己发光，而是反射太阳的光。对金星的新发现看来也符合哥白尼的革命思想，以及开普勒所作的修改。看起来，伽利略的望远镜已经使哥白尼的“古怪思想”变得越来越可能了。
1610年，伽利略把他的观察发表在一本名为《星际使者》（Sidereus nuncius）的小册子里。结果他赢得了巨大的名声和成功。他成了美第奇宫廷科西莫二世（CosimoⅡde’Medici，1590—1621）托斯卡纳（Tuscany）大公爵的“哲学家和首席数学家”。他被选进科学家的骨干团体——林琴学院（Accademia dei Lincei，也可译为山猫学院，名字取自视觉最锐利的动物山猫）。当然，伽利略也招来了不少同辈人的忌妒。
同年7月，伽利略把望远镜转向土星。在此他发现了另一件让人惊奇的事：他发现在土星那黄色球体两侧，看上去像是有突出物或把手样的东西。他秘密写信给他的资助人、势力强大的美第奇家族成员：
“我发现了另一个非常奇怪的景观，应该让殿下知晓……但是，请保守秘密，直到我的工作发表……土星不是单一的星体，而是由三颗星组成，它们彼此紧密接触，从不变换位置，并且沿着黄带道排成一列，中间那个比边上两个大三倍，它们的位置呈如下形式：o○o。”
然后，他用代码组成字谜，以表示他作出发现的日期。这是一条经重新排列后没有意义的拉丁文短句（smais mr milmep oet ale umibunen ugttauir as）。但是，它是如此简短以至不可能给人留下把柄，据说迄今为止还有其他不为人知的发现。今天，科学家仍然为一项发现能否得到认可而烦恼，不过定期出版的同行评议（peer review）期刊，为某项发现的公开发表提供了正式渠道。第一个提交研究结果的论文，并且通过其他内行科学家评审（同行评议）的研究者，在大多数情况下，就获得了出版许可。伽利略当时没有这样的制度安排。所以，字谜就提供了发现的日期和这一事实，只要把字母重新排列，就可以表明某项发现确曾已被做出。在使发现公之于众之前，伽利略还要再多想想，他看见的究竟是什么。
他所看到的一直使他迷惑。事实上，有时土星看起来像是“三联体”行星。这令人困惑，但是在他的望远镜里图像实在是太模糊了，难以看得更清楚。最后，他又以字谜形式公布答案：Altissimum planetam tergeminum observavi，意思是“我观察到了最高的行星（即土星）的三联组合”。（当时土星是人们知道的最远的行星，所以是“最高的”）。
使伽利略更为惊奇的是，两年后的1612年，把手，或者三联体似乎又消失了。正是他首次观察到这一光学赝像，这是由于地球刚好与土星光环处于同一平面上，所以地球上的观察者只能看到光环的边缘。由于光环很薄，用他的望远镜不可能看到。
在1655年以前，没有人能够作出更好的解释。这一年，荷兰的物理学家和天文学家惠更斯（Christiaan Huygens，1629—1695）运用更大的、经过改良的望远镜，看到了伽利略没有能够看到的东西。惠更斯起初也用密码写下这一发现。一旦确证，他随即公布消息。他认识到，土星周边弥漫着“一个薄薄的扁平的环，环与土星没有实质性接触。”
辩论与妥协：审讯
在当时情况下，伽利略的发现和著作不可避免地会被视为是对宗教的冒犯而招来批评。更糟的是，由于他写作的通俗风格，不但会使读者转向哥白尼体系，而且会使他们以一种崭新且棘手的方式对自然进行思考。1616年罗马宗教法庭宣告，把太阳看成是宇宙的中心，或者我们今天所谓的日心说，是一种异端思想。当然，在伽利略的时代，人们相信宇宙就是我们所谓的太阳系。宗教法庭动用它那巨大权力，特别禁止伽利略讲授哥白尼理论或者在写作中为其辩护。
奇怪的是，当几年后教会找人重新编写哥白尼的著作，使它能更好地符合当时的神学理论时，伽利略志愿接受这项任务，他也许是考虑到他那高超的论据可以把事情说清楚，也可能是相信教会正在采取更开放的立场。
1632年，他出版了《关于两大世界体系的对话》（Dialogo sopra i due Massimi Sistemidel Mondo）。书中采取三个人辩论的形式，其中一人是为哥白尼辩护，另一人则为亚里士多德说话，名叫辛普里丘（Simplicio）。伽利略申明他给出的是一场公正与平等的论战。但是这位亚里士多德的发言人为伽利略真正想说的意思提供了清晰的线索，与此同时，关于哥白尼思想的辩护论据，则显得更有条理，更加流畅。教会当局被激怒了。由于新教正在一旁密切关注事态进展，天主教会不能袖手旁观，好像它正在放弃传统。更重要的是，教会不能甘于示弱。
在70岁时，伽利略被传召到罗马，他被控告为异端，因为他相信“太阳在世界的中心，并且处于不动位置，而地球不在中心”。教会看穿他是在打擦边球，以回避1619年教会的指令。就谁才正确道出世界的真正机制这一问题，大多数伽利略的反对者甚至拒绝通过伽利略的望远镜观看，也不愿听取他的论证。他通过观察而进行论证的方法是一种新尝试，而对方却相信他们已经掌握了真理。如果伽利略的望远镜确实显示了某种东西，那么这必定就是望远镜本身的不足所致，他们为什么要为此而浪费时间？伽利略已经是够有勇气了，他坚持自己的信念，不过他还是要尽力抓住好运，当然，他从未表现出圆滑世故一面。
在罗马，伽利略以异端罪被判入狱。最后在圣玛利亚苏普拉·密涅瓦（Santa Maria SopraMinerva）教堂里，由于害怕酷刑，他以著名的公开认罪的形式表示妥协：“我不再坚持并且已经不再坚持哥白尼的这一主张，既然我已接到命令，我必须放弃它。”
据说，当这位风烛残年的科学家刚刚离开现场，就听到他依然在倔强地喃喃低语：“不管怎样，地球确实在动！”但是，尽管伽利略顽强无比，不过他也知道谁在掌握局面。强大的教会赢得了这场战斗。伽利略也许有时会鲁莽，却决不傻。当时他怎样想，我们永远不会知道，但是在这种情况下，他不可能说出这类话。这一传说只不过是对他的人格以及在历史上的丰功伟绩的一种赞美罢了，显然毫无事实依据。
尽管伽利略实际上从未被关进监狱，他的巨著还是被取缔了，他的余生被软禁在阿尔舍特里（Arcetri），在那里他影响了哲学家霍布斯（Thomas Hobbes，1588—1679）的思想轨迹，年轻的诗人弥尔顿（John Milton，1608—1674）以及其他人拜访了他。尽管教会为此不快，但他还是在世界史上为自己留下了英名，他知道这一点。正如他说的，他“已经开启了巨大而又优秀的科学之门，而我的工作只是一个开端，比我更出色的人将会探索其最遥远的角落”。
爱因斯坦曾经写道：“纯粹的逻辑思维不能使我们得到有关经验世界的任何知识；所有真实的知识都是从经验开始，又归结于经验……正是由于伽利略看清了这一点，特别是因为他将此引入科学界，他成了近代物理学之父——实际上，也是整个近代科学之父。”
伽利略死于1642年1月8日。1992年，罗马教皇约翰·保罗二世作出了一个极不寻常的姿态，他以天主教教会的名义承认伽利略受到冤枉。《纽约时报》的头栏评论说：“350年后梵蒂冈说伽利略是正确的：地球在动。”
伽利略去世之际，科学革命的火炬传到了另一代。其中有一位年轻人接过了火炬，从而成为那个时代最热忱和最有才华的科学家之一，他就是化学家和物理学家波义耳（RobertBoyle，1627—1691）。
波义耳、化学和波义耳定律
波义耳是每个学生都知道的科学家，他发现了以他名字命名的定律——尽管波义耳自己却总是把“波义耳定律”归于他的一名学生唐尼（Richard Townley．？—1711）。无论如何，波义耳作为当时一名先驱科学家的名声要远远超出他的这一命题：容器中一定量气体的体积与其压强成反比。毫无疑问，他的最大贡献是把化学确立为一门纯粹科学：致力于探讨自然界的基本过程，而不只是为了实用目的，为了制取产物而采用的一系列配方以及方法。它也决不仅限于炼金术士的这一努力，要把贱金属转化成黄金，于是充满希望地投入，却以一无所获而告终。
化学的开端
化学的最初转变开始于16世纪，这时化学开始从传统工艺——陶瓷上釉、制作合金、为普通金属镀上银和金（冶金学）以及生产染料——中脱离出来。古人的实用工艺和炼金术活动，对早期认识物质的结构、组成和特性，它们是怎样与其他物质相互作用，以及它们的转变，也就是说，对了解物质的化学过程，有过巨大的贡献。慢慢地，实践者开始褪去炼金术这一神秘色彩（尽管许多人，包括波义耳和牛顿，还继续从事炼金术活动）。化学作为科学开始崭露头角。大约与此同时，古代研制药物的方法也开始演变为一门科学，它立足于观察药物带来的相互作用及其治疗效果，这就有了药理化学。随着化学缓慢地以科学的面貌出现，好几位科学家对其知识的稳步增长作出了贡献。帕拉塞尔苏斯（Paracelsus，约1493—1541）和其他人对药理学的贡献将在本编第八章讨论。与此同时，化学的其他领域也开始引起人们注意。
在对化学知识的积累作出贡献的科学家中有德国医生阿格里科拉（Georgius Agricola，1494—1555），他探讨如何用化学药物治疗疾病，但是他更著名的工作却是对矿物学和冶金学的研究。他写过一本书，被认为是应用化学方面的首部著作，书名叫《论金属》（De re metallica）（1556年出版），其中探讨了采矿和冶金中涉及的各种实际过程。
比利时的佛兰芒族医生和炼金术师赫尔蒙特（Jan Baptista van Helmont，约1579—1644）发明gas（气体）这个词，源于chaos（混沌），他还成功地离析出好几种气体。他应用定量方法，通过使物质燃烧、发酵以及其他过程，对气体进行研究，并分析由此产生的蒸气。他还主张物质在化学反应的过程中不生不灭。
然而，赫尔蒙特具有浓郁的神秘主义色彩。他致力于寻找哲人石，据说它是炼金魔法术的关键。此外，他还声称，有这么一种“武器药膏”，若是某人受伤，只需把这种药膏涂于致伤的武器上，就可治愈这一伤口，这一说法引来诸多非议。为此，1625年西班牙的宗教裁判所谴责他是异教，赫尔蒙特的余生从此遭到软禁。伽利略也有类似的命运。因此，赫尔蒙特的大部分著作在其死后才出版，他也才为世人所知。
大多数化学史家承认，直到18世纪，化学中的真正革命才达到高潮。也许部分原因在于，有如此之多的化学家陷于炼金术这一神秘主义氛围中，致力于寻找能够点石成金的哲人石以及所谓的长生不老药。然而，还有一个理由，就是化学家试图了解的物质过于复杂。什么是人体化学？人体是由哪些成分构成？行星呢？动物呢？是什么使金属熔化？制造玻璃的化学原理是什么？酸是什么？醋呢？酒呢？这些基本问题不容易回答，特别是在当时的设备之下。
还存在许多其他绊脚石。在讨论化学问题时没有共同语言，没有我们现在所用的归类术语，如有机物和无机物，气液固三态，酸碱盐的分类。17世纪初还没意识到气体的存在。更糟的是，当时有些过于偏激的理论，不仅没有条理，相互矛盾，而且不符合新兴物理学和天文学中的世界观。难怪自然哲学家、物理学家、天文学家以及其他科学家都视化学为伪科学，是神秘过时的东西。
科克郡的天才
波义耳是科克郡第一任伯爵理查德·波义耳（Richard Boyle，1566—1643）大家庭中出生的第7个儿子和第14个孩子。年轻的波义耳有许多优势条件，他的家庭很富有，而且是贵族，他又是一个神童，家里给他请了私人教师，并且让他出国受教育，这个机会给他提供了广阔的视野，使他比同代人更少地受亚里士多德的传统束缚。波义耳14岁时伽利略去世，当时他正在意大利研读这位大科学家的著作。他也受到笛卡儿（Rene Descartes，1596—1650）的很大影响，笛卡儿当时已经被公认为最有影响力的哲学家之一，也是一位很有名望的科学家和理论家。
波义耳于1644年回到不列颠群岛，并决定留在英格兰，因为在他的家乡爱尔兰，新教徒和天主教徒之间冲突不断。1643年他父亲去世，分得的遗产可以让他独立生活，并把一生投入科学。在已经成为牛津科学界的一员之后。他又参加他们的聚会，这一活动被非正式地叫做“无形学院”，聚集在一起深入研究新的实验方法。这正是英国哲学家培根（Francis Bacon）和伽利略新近提倡的方法，波义耳已经有所掌握。1654年波义耳迁居到牛津，1660年，该团体的成员组织了后来成为世界上最早、最受尊敬的科学社团——伦敦皇家学会。
关于真空实验