垄断资本形成和新兴资本主义国家崛起
19世纪50—60年代，欧洲、北美和日本的资产阶级为了取得更多利润，不断谋求新的出路。一方面广泛利用最新科学技术成果，一方面热衷于发展大型企业，并通过这两个手段来扩大经济收益。扩大企业的规模和广泛应用最新技术，是互相影响和促进的。如钢铁工业采用大高炉技术以后，生产成本大幅度降低，产品质量也明显提高；又如化学工业采用综合利用新技术，使得更多的生产企业组织起来，有效地利用了各种副产品，也就适应了化工产品多品种的特点。这种做法，不仅提高了生产效率，还缩短了产品与原料的运输距离，减少了中转层次。这些因素加剧了垄断企业的发展。
在大企业经济实力愈来愈强的情况下，中小企业由于无力与大企业竞争而纷纷倒闭，形成企业以大吞小的势态，出现企业规模愈来放大，资本愈来愈集中的现象。19世纪70年代，首先在重工业部门出现垄断组织。到19世纪末，垄断组织先后控制了各个工业部门，从此，垄断成为资本主义经济生活的基础。垄断资本占统治地位的国家一方面严格控制殖民地发展科学技术；另一方面，把“剩余”资本大量输出到经济不发达国家和殖民地，实行经济侵略。随着资本输出的不断增加，国际垄断资本集团争夺世界市场的斗争加剧了。垄断资本家为了战胜竞争对手，愈加重视最新科学技术成果在生产上的应用，努力发展科学技术事业。各大垄断企业发展科学技术的具体手段是把高水平的科技人员和高效能研究机构掌握在自己手里，通过引进最新技术来加强自己的竞争能力。从总体情况看，在19世纪最后30年，资本主义国家利用科学技术和企业管理方法使工农业生产有了显著的发展。1870—1900年，世界钢产量增长54倍，即由52万吨增加到2830万吨；铁路网长度增加了近三倍，即由21万千米增加到79万千米。从这一时期开始，重工业在工业中开始占主导地位。
从1860—1900年，在科学技术推动下，资本主义经济得到快速发展，但各资本主义国家之间经济发展却很不平衡。按工业经济规模从大到小的顺序排列，1860年为英、法、美、德，到1870年，则变换为英、美、法、德；到1880年又变换为英、美、德、法，最后，1900年成为美、德、英、法。美国在此期间，由原来的第三位跃升到第一位；德国也由原来的第四位变为第二位。新兴的资本主义国家美国和德国的工业超过了英、法，其重要原因之一就是对科学技术的重视和科学技术新成果的应用。
德国的资产阶级革命虽然是一次不彻底的资产阶级革命，但在一定程度上为德国资本主义的发展扫清了道路。到19世纪60年代末，德国的工业革命已在先进地区基本完成。从70年代开始，德国开创了国立科学研究所的科研体制，先后建立了各种专业的国立研究所，并由国家在预算中正式拨款作为研究费用。同时，整顿教育体制，加强技术教育这一系列措施使德国迅速取得世界科学技术中心的地位。1870—1914年第二次科技革命期间，德国经济的发展速度大大超过英国和法国，到20世纪初已成为欧洲经济最发达的国家。其经济发展的原因，主要有：（1）1870—1871年普法战争中，普鲁士打败法国，并自上而下地完成了德国的统一，结束了长期存在的封建割据局面，既扫除了经济发展的政治障碍，又统一了全国的货币、度量衡、商业法规和交通运输业，以及促进国内统一市场的形成。（2）普法战争的胜利使德国从法国获得50亿法郎赔款和夺取了阿尔萨斯全省和洛林的一部分，增强了德国的经济实力，为其工业发展提供了资金、矿产资源和工业基地，特别是洛林铁矿与鲁尔煤田的结合，使鲁尔区成为强大的重工业区。（3）在第二次科技革命中德国处于领先地位，内燃机、柴油机、汽车、发电机和电动机的发明和改进大都来自德国，从煤焦油中提取苯、氨和人造染料的发明和大量生产硫酸和苏打方法的发现，使德国的酸、碱等基本化工产品的产量居世界首位，染料、医药等化学品也在世界占有重要地位。由于电力、化学等新工业部门的发展，轻工业的地位已被重工业取代，在最新技术成就的基础上建立了较完整的工业体系。19世纪70年代末80年代初，德国的工业革命完成，20世纪初实现了资本主义工业化，成为一个以重工业为主导的资本主义工业强国。
就在德国经济大发展的时候，美国也开始起步了。在此之前，美国科学文化没有很大发展。18世纪的七年战争（1756—1763）结束了欧洲人争夺美洲大陆的争斗。在英国实现手工业向机器工业转变时，大批失业工人来到美国寻求出路。1848年，欧洲革命失败之后，大批德国人、法国人、奥地利人，以及后来的意大利人和俄罗斯人移居美国，这些人构成美国最初的技术工人队伍，他们成为南北战争中向南方封建奴隶制度开火的主要突击力量。
南北战争（1865年以后）的结束扫除了阻碍工业发展的南方奴隶制度，工业技术开始受到人们重视，美国的工业才得到真正的发展。1869年完成了修筑横贯大陆的铁路，使西部丰富资源与东部工业结合起来，促进了美国工业的发展。接着，在大西洋铺设海底电缆，把欧美两个大陆连接起来，这对欧美之间的情报传播和贸易往来，以及市场的统一起着十分重要的作用。1859年美国发现了石油，随着后续新油田的相继发现，石油产量急剧增加。石油的运输促进了铁路事业的发展，也使石油资本进入铁路，形成更大规模的垄断企业。由于生产和利润的需要，要求资本积累与集中，资本主义竞争又使工业资本与金融资本结合起来。实际上美国的工业是在资本主义自由竞争起支配作用的年代里得到发展的，到垄断资本主义时期达到**。它在初始时期吸取了英国、德国的某些做法，首先发展了纺织工业、铁路运输和电讯事业，同时注意发展农业。这使美国工业产值在1860—1890年这30年当中增长了5倍。这一时期，美国采取了比德国还要大得多的托拉斯经营管理方式。1882年洛克菲勒财团成立了标准石油托拉斯，包办了全国95%的石油生产与加工工业，成为最早的托拉斯企业。1892年，在摩尔根财团的支持下又建立了世界最大的钢铁公司——美国钢铁公司。到20世纪初，汽车、食品、炼铝等工业也相继被各大财团所控制。随着垄断财团的发展，美国也就成为对外侵略扩张的帝国主义国家。
完美的世界图景遭遇新挑战
自从伽利略、牛顿等人创立近代力学以来，经过200多年的发展，到19世纪末，在当时大多数物理学家眼里，似乎已经有了一幅清晰的世界图景。他们看到：
——世界万物都是由80多种元素的原子组成的，原子是不可再分的最小微粒。
——一切自然过程都是连续的。任何一个给定的状态只能由紧接在它前面的那个状态来解释，如果在前后两个状态之间出现间隙，那就破坏了事物的因果性联系。因此，“自然无飞跃”，连能量的变化和转化也应当是连续的。
——不同原子之间的结合和分解就产生了化学反应。分子是原子组成的，它保持着物质最基本的物理和化学属性。
——热现象是大量分子作混乱的机械运动的表现，用统计力学的方法可以解释气态和凝聚态物理体系的性质。
——存在两种电荷；电荷产生电场，电荷的运动又产生磁场，电磁场的运动就是电磁波。热辐射、可见光、紫外线等都只不过是不同波长的电磁波。
——无论力、热、声、光、电、磁等现象多么复杂，一切过程都要服从能量守恒和转化定律。
从这幅图景看来，似乎所有的物理学基本问题都已经研究清楚了，尤其是经典物理学几乎在各个分支学科里都建立起了严密的数学形式，使得物理学家们可以怀着一种自豪的心情进入20世纪。1900年元旦，著名的英国物理学家威廉·汤姆逊（William Thomson，1824—1907，即开尔文勋爵）在新年献辞中十分满意地宣布：在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。普朗克（Max Planck，1858—1947）1924年在一次公开的演讲中回忆道，当他开始研究物理学时，他的老师菲·约里（Philipp von Jolly，1809—1894）曾告诉他，物理学是一门已经高度发展的、几乎是尽善尽美的科学，这门科学很快将具备自己终极的稳定形式。虽然在某个角落里还可能有一粒尘土或一个小气泡，但作为整体的体系却是足够牢固可靠的了。理论物理学正在明显地接近于几何学100年来已经具有的那种完善程度。但是正当人们准备庆贺经典物理学大厦落成的时候，一系列新的实验发现向这幅刚刚形成的世界图景接二连三地提出了有力的挑战。
X射线、天然放射性和电子等19世纪末的三大发现，猛烈冲击着经典物理学中关于质量、能量、运动等基本概念，使人们对已经形成的科学图景产生了怀疑。一种物质放出射线是需要能量的，但是，铀和镭既没有任何明显的物理和化学变化，又没有从其他任何地方获取任何能量，那么它放出射线所需要的能量是从哪里来的呢？难道能量守恒和转化定律被推翻了吗？电子的发现打破了原子是不可再分的最小微粒的传统观念，揭示出原子同样是有结构的实体。而且，电子在以接近光速的速度运动时，其质量急剧增加，这又打破了过去认为质量“守恒”与物质运动无关的思想。人们为了寻求这些新的实验现象的理论解释，不得不回过头来对已有的理论作出新的检验，甚至提出新的理论。物理学正面临着革命的前夜。