科學(xué)、技術(shù)與工業(yè)革命(上)

劉冠杰

在前幾期的史話中，我們基本上都

是在講科學(xué)的故事，涉及技術(shù)的很少，其實(shí)，根

據(jù)歷史學(xué)家和考古學(xué)家的研究，人類(lèi)首先學(xué)

會(huì)和應(yīng)用的是技術(shù)，而且是在猿向人的進(jìn)化

中，就已經(jīng)開(kāi)始了。

大約200萬(wàn)年以前，人類(lèi)的始祖開(kāi)始用石

頭制造一些簡(jiǎn)單的工具，接下來(lái)是掌握了用

火和取火的技術(shù)。

技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)步不斷地改善著人類(lèi)的

生存和生活條件，隨著社會(huì)的發(fā)展，誰(shuí)都無(wú)法

否認(rèn)技術(shù)在人類(lèi)生活、社會(huì)文明的進(jìn)步中產(chǎn)

生的巨大影響和作用，然而，在19世紀(jì)以前，技

術(shù)還只是匠人們養(yǎng)家糊口的手段，難登大雅

之堂，在柏拉圖那里，甚至把機(jī)械技術(shù)認(rèn)為是

低賤的，是下等人的營(yíng)生手段。

在當(dāng)今的多數(shù)人看來(lái)，科學(xué)和技術(shù)似乎就

是天生的一對(duì)孿生姊妹，技術(shù)依賴科學(xué)是天經(jīng)

地義的，歷史進(jìn)入20世紀(jì)，科學(xué)與技術(shù)才有了

今天我們看到的相互依存、互相促進(jìn)的親密關(guān)

系，產(chǎn)生許多依賴科學(xué)發(fā)展出的高新技術(shù)，也

由此誕生了應(yīng)用科學(xué)，而在20世紀(jì)以前的漫長(zhǎng)

歷史上，科學(xué)和技術(shù)基本上是兩股道上的車(chē)，

各跑各的，互不相干，如果說(shuō)有聯(lián)系的話，令人

印象深刻的倒是技術(shù)的不斷創(chuàng)新促進(jìn)了科學(xué)

的發(fā)現(xiàn)和進(jìn)步，譬如，大家最為熟悉的，有列文

虎克發(fā)明了顯微鏡，從而開(kāi)始了對(duì)微生物的認(rèn)

識(shí)和研究。開(kāi)創(chuàng)了微生物學(xué)；伽利略發(fā)明了望

遠(yuǎn)鏡，為哥白尼的日心說(shuō)提供了令人信服的觀

察支持。促進(jìn)了天文學(xué)的發(fā)展。

科學(xué)是源自于人類(lèi)對(duì)自然的結(jié)構(gòu)法則、運(yùn)

行機(jī)制、變化規(guī)律的好奇和探求，在科學(xué)的發(fā)

祥地古希臘，首先產(chǎn)生了一批特立獨(dú)行的思想

家，他們開(kāi)始懷疑巫術(shù)、神話對(duì)萬(wàn)物起源和日

月星辰的解釋?zhuān)岳硇缘乃伎己陀^察，盡

管他們得出的結(jié)論五花八門(mén)，并不科學(xué)，但是

他們應(yīng)用的方法，尤其是他們所秉持的批判思

維和懷疑態(tài)度，卻叩開(kāi)了科學(xué)的大門(mén)，開(kāi)始了

科學(xué)的偉大征程，順便再?gòu)?qiáng)調(diào)一下，哲學(xué)也由

此開(kāi)端，懷疑和批判始終是哲學(xué)的靈魂。

此后的羅馬人在工程技術(shù)領(lǐng)域輝煌無(wú)

比，但這些和科學(xué)不僅不沾邊，而且在羅馬人

的統(tǒng)治下，科學(xué)反倒是日漸沒(méi)落，到了19世紀(jì)，

近代科學(xué)從哥白尼革命開(kāi)始，經(jīng)過(guò)伽利略、牛

頓、拉瓦錫、法拉第、麥克斯韋等人的傾力打

造，已經(jīng)是赫然聳立，盡管這時(shí)的人們信心十

足，認(rèn)為用牛頓的方法，就可以解開(kāi)所有的自

然奧秘，似乎整個(gè)宇宙盡可了然于胸。但人們

仍然無(wú)法讓技術(shù)從中受益，而開(kāi)始于18世紀(jì)的

第一次工業(yè)革命(也稱技術(shù)革命)，反倒促成

了熱力學(xué)的發(fā)展。

18世紀(jì)初，由哥白尼發(fā)動(dòng)的科學(xué)革命，在

牛頓的領(lǐng)導(dǎo)下大獲全勝，但整個(gè)歐洲卻依然

是一片農(nóng)業(yè)社會(huì)的景象，超過(guò)90％的人口生活

在農(nóng)村，日落而息，日出而作，年復(fù)一年地春

種秋收，但也就在此時(shí)，一場(chǎng)徹底改變?nèi)祟?lèi)生

存方式的工業(yè)化運(yùn)動(dòng)——后來(lái)也常稱為工業(yè)

革命，已經(jīng)在不知不覺(jué)中開(kāi)始了，首先是在英

國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，一個(gè)叫圖爾的人發(fā)明了機(jī)

械播種機(jī)，很快又有了馬拉耕耘機(jī)，隨著生產(chǎn)

力的急速提升，在英國(guó)發(fā)生了一場(chǎng)圈地運(yùn)動(dòng)，

少數(shù)人把一些偏遠(yuǎn)地區(qū)誰(shuí)都可以耕種的無(wú)主

土地圈起來(lái)變成了私有土地。接著又出現(xiàn)了

一種新型的農(nóng)耕技術(shù)，用四田輪作制代替了

中世紀(jì)的三田輪作制，糧食產(chǎn)量迅速提高，于

是在英格蘭，生產(chǎn)的糧食多了，失去土地的農(nóng)

民卻大量增加，成為潛在的工業(yè)勞動(dòng)力，這從

一定程度上為英國(guó)工業(yè)化的來(lái)臨奠定了基礎(chǔ)。

紡織業(yè)是最早由于一系列新技術(shù)的應(yīng)用

而引起急劇變化的產(chǎn)業(yè)，此前的紡花織布都是

分散在各個(gè)村落的千家萬(wàn)戶，靠手工完成的，

1733年凱伊發(fā)明了飛梭，織布速度大大提高，

紡紗跟不上了，于是就有了珍妮紡紗機(jī)，有了

紡紗機(jī)和織布機(jī)，動(dòng)力就成了新問(wèn)題，靠手工

顯然已“力不從心”，于是有人發(fā)明了用水力

帶動(dòng)的機(jī)器設(shè)備，這就有了規(guī)模比較集中的

較大的工廠，當(dāng)然這些工廠只能建在水力資

源豐富的地方，工業(yè)化也初見(jiàn)雛形。

真正使生產(chǎn)方式發(fā)生根本性的變革。把

人類(lèi)帶進(jìn)工業(yè)文明時(shí)代的是蒸汽機(jī)，首先發(fā)明

蒸汽機(jī)的是英國(guó)人塞維利，后來(lái)紐科門(mén)又對(duì)

其進(jìn)行了改造，但也只能在煤礦上用來(lái)抽礦

井里的水。而且效率很低，最終瓦特改造的蒸

汽機(jī)以其高效、方便、實(shí)用得到推廣和普及，

從而改變了世界。

詹姆斯·瓦特1736年生于蘇格蘭的一個(gè)港

口小鎮(zhèn)格林諾克，父親原來(lái)是個(gè)造船的技術(shù)工

人，后來(lái)自己經(jīng)營(yíng)一個(gè)小造船廠，母親出身貴

族，受過(guò)良好的教育，小時(shí)候的瓦特也是個(gè)病

秧子，過(guò)了入學(xué)年齡好幾年，才到鎮(zhèn)上的學(xué)校

念書(shū)，盡管他學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)秀，但由于身體不好，

還是沒(méi)能畢業(yè)，中途就退學(xué)了，但他心靈手巧，

從小跟著父親干活，耳濡目染，學(xué)會(huì)了許多技

能和機(jī)械制造方面的知識(shí)，在家里，他又自學(xué)

了天文、物理、化學(xué)和三門(mén)外語(yǔ)，所以，小時(shí)候

的瓦特還算幸運(yùn)，但他17歲時(shí)家庭發(fā)生了變

故，父親的造船廠幾近破產(chǎn)，這時(shí)母親也去世

了，于是家境一落千丈，他不得不開(kāi)始獨(dú)自謀

生，他先在格拉斯哥的一家鐘表店當(dāng)學(xué)徒，21

歲時(shí)，在格拉斯哥大學(xué)謀了一個(gè)教具實(shí)驗(yàn)員的

工作。負(fù)責(zé)修理和制造教學(xué)儀器。

1763年。瓦特爭(zhēng)取到了修理一臺(tái)紐科門(mén)蒸

汽機(jī)的差事，這成了瓦特一生的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，修好

這臺(tái)機(jī)器對(duì)于瓦特來(lái)說(shuō)不是難事，而善于觀察

思考的瓦特在修理中發(fā)現(xiàn)，這臺(tái)蒸汽機(jī)有很多

缺陷需要改進(jìn)，于是，瓦特就產(chǎn)生了改造、試制

新型蒸汽機(jī)的想法，但讓他沒(méi)有料到的是這竟

成了他畢生的追求，在這之后，他用了長(zhǎng)達(dá)20

年的時(shí)間，全身心地投入其中，其中的酸甜苦

辣，局外人恐怕很難感知。他曾調(diào)侃式地對(duì)人

自嘲道：“一個(gè)人最愚蠢的想法就是要發(fā)明什

么東西了?！?/p>

當(dāng)然，這些不會(huì)改變瓦特的初衷，他首先

改進(jìn)的是蒸汽的冷凝方式，紐科門(mén)蒸汽機(jī)的工

作原理是先把熱蒸汽注入汽缸，推動(dòng)活塞向

上運(yùn)動(dòng)，然后又把冷水注入汽缸讓蒸汽冷卻，

造成氣缸內(nèi)局部真空，活塞在外部大氣壓的

作用下又向下運(yùn)動(dòng)，活塞如此上下運(yùn)動(dòng)就可

以帶動(dòng)抽水機(jī)工作，但是汽缸如此反復(fù)冷熱交

替，必然要損失大量的熱，所以最初的蒸汽機(jī)

只能在煤礦上用，因?yàn)槊旱V有煤，價(jià)格很低，

不怕浪費(fèi)，瓦特的改造方案是在汽缸的外面專(zhuān)

門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)冷凝器，用來(lái)冷卻氣缸中的蒸汽，

使汽缸在循環(huán)工作時(shí)始終保持高溫狀態(tài)，耗

煤量自然就減少了，而且效果非常顯著，應(yīng)用

范圍也逐步擴(kuò)大到采煤業(yè)以外的其他行業(yè)。

瓦特蒸汽機(jī)最關(guān)鍵之處是改進(jìn)了傳動(dòng)裝

置，把活塞往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)一個(gè)曲軸連

桿轉(zhuǎn)變成了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)各式各樣的機(jī)

器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，為工業(yè)生產(chǎn)提供了源源不斷的動(dòng)

力，很快，英國(guó)的紡織、礦山、冶金、化工等工

業(yè)，由于蒸汽機(jī)的使用而突飛猛進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)

能力的提高，又刺激了運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，引發(fā)了

交通技術(shù)的革命，1814年，英國(guó)工程師史蒂芬

森推出了他的第一臺(tái)蒸汽火車(chē)，最初只是用在

煤礦上短途運(yùn)煤，1830年，第一條面向公眾的

客運(yùn)鐵路線把利物浦和曼徹斯特連接起來(lái)，隨

后，鐵路熱首先在英國(guó)興起，以后又蔓延到世

界各地，鐵路網(wǎng)逐漸布滿了全世界的陸地。

蒸汽機(jī)的出現(xiàn)結(jié)束了人類(lèi)對(duì)人力、畜力、

風(fēng)力、水力依賴的歷史，成功實(shí)現(xiàn)了熱能到機(jī)

械能的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)了熱力學(xué)的全面發(fā)展，蒸汽

機(jī)成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)革命的關(guān)鍵因素和改造世界

的強(qiáng)大動(dòng)力，人類(lèi)從此開(kāi)始逐漸告別農(nóng)業(yè)文

明，進(jìn)入到一種新的文明形態(tài)——工業(yè)文明。

(未完待續(xù))