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，根

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

會和應(yīng)用的是技術(shù)，而且是在猿向人的進化

中，就已經(jīng)開始了。

大約200萬年以前，人類的始祖開始用石

頭制造一些簡單的工具，接下來是掌握了用

火和取火的技術(shù)。

技術(shù)的應(yīng)用和進步不斷地改善著人類的

生存和生活條件，隨著社會的發(fā)展，誰都無法

否認技術(shù)在人類生活、社會文明的進步中產(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，甚至把機械技術(shù)認為是

低賤的，是下等人的營生手段。

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

是天生的一對孿生姊妹，技術(shù)依賴科學(xué)是天經(jīng)

地義的，歷史進入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

歷史上，科學(xué)和技術(shù)基本上是兩股道上的車，

各跑各的，互不相干，如果說有聯(lián)系的話，令人

印象深刻的倒是技術(shù)的不斷創(chuàng)新促進了科學(xué)

的發(fā)現(xiàn)和進步，譬如，大家最為熟悉的，有列文

虎克發(fā)明了顯微鏡，從而開始了對微生物的認

識和研究。開創(chuàng)了微生物學(xué)；伽利略發(fā)明了望

遠鏡，為哥白尼的日心說提供了令人信服的觀

察支持。促進了天文學(xué)的發(fā)展。

科學(xué)是源自于人類對自然的結(jié)構(gòu)法則、運

行機制、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)生了一批特立獨行的思想

家，他們開始懷疑巫術(shù)、神話對萬物起源和日

月星辰的解釋，代之以理性的思考和觀察，盡

管他們得出的結(jié)論五花八門，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，卻叩開了科學(xué)的大門，開始了

科學(xué)的偉大征程，順便再強調(diào)一下，哲學(xué)也由

此開端，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

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)反倒是日漸沒落，到了19世紀(jì)，

近代科學(xué)從哥白尼革命開始，經(jīng)過伽利略、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，盡管這時的人們信心十

足，認為用牛頓的方法，就可以解開所有的自

然奧秘，似乎整個宇宙盡可了然于胸。但人們

仍然無法讓技術(shù)從中受益，而開始于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)動的科學(xué)革命，在

牛頓的領(lǐng)導(dǎo)下大獲全勝，但整個歐洲卻依然

是一片農(nóng)業(yè)社會的景象，超過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，一場徹底改變?nèi)祟惿?/p>

存方式的工業(yè)化運動——后來也常稱為工業(yè)

革命，已經(jīng)在不知不覺中開始了，首先是在英

國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，一個叫圖爾的人發(fā)明了機

械播種機，很快又有了馬拉耕耘機，隨著生產(chǎn)

力的急速提升，在英國發(fā)生了一場圈地運動，

少數(shù)人把一些偏遠地區(qū)誰都可以耕種的無主

土地圈起來變成了私有土地。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)勞動力，這從

一定程度上為英國工業(yè)化的來臨奠定了基礎(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

分散在各個村落的千家萬戶，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，有了

紡紗機和織布機，動力就成了新問題，靠手工

顯然已“力不從心”，于是有人發(fā)明了用水力

帶動的機器設(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)化也初見雛形。

真正使生產(chǎn)方式發(fā)生根本性的變革。把

人類帶進工業(yè)文明時代的是蒸汽機，首先發(fā)明

蒸汽機的是英國人塞維利，后來紐科門又對

其進行了改造，但也只能在煤礦上用來抽礦

井里的水。而且效率很低，最終瓦特改造的蒸

汽機以其高效、方便、實用得到推廣和普及，

從而改變了世界。

詹姆斯·瓦特1736年生于蘇格蘭的一個港

口小鎮(zhèn)格林諾克，父親原來是個造船的技術(shù)工

人，后來自己經(jīng)營一個小造船廠，母親出身貴

族，受過良好的教育，小時候的瓦特也是個病

秧子，過了入學(xué)年齡好幾年，才到鎮(zhèn)上的學(xué)校

念書，盡管他學(xué)習(xí)成績優(yōu)秀，但由于身體不好，

還是沒能畢業(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)會了許多技

能和機械制造方面的知識，在家里，他又自學(xué)

了天文、物理、化學(xué)和三門外語，所以，小時候

的瓦特還算幸運，但他17歲時家庭發(fā)生了變

故，父親的造船廠幾近破產(chǎn)，這時母親也去世

了，于是家境一落千丈，他不得不開始獨自謀

生，他先在格拉斯哥的一家鐘表店當(dāng)學(xué)徒，21

歲時，在格拉斯哥大學(xué)謀了一個教具實驗員的

工作。負責(zé)修理和制造教學(xué)儀器。

1763年。瓦特爭取到了修理一臺紐科門蒸

汽機的差事，這成了瓦特一生的轉(zhuǎn)折點，修好

這臺機器對于瓦特來說不是難事，而善于觀察

思考的瓦特在修理中發(fā)現(xiàn)，這臺蒸汽機有很多

缺陷需要改進，于是，瓦特就產(chǎn)生了改造、試制

新型蒸汽機的想法，但讓他沒有料到的是這竟

成了他畢生的追求，在這之后，他用了長達20

年的時間，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)侃式地對人

自嘲道：“一個人最愚蠢的想法就是要發(fā)明什

么東西了。”

當(dāng)然，這些不會改變瓦特的初衷，他首先

改進的是蒸汽的冷凝方式，紐科門蒸汽機的工

作原理是先把熱蒸汽注入汽缸，推動活塞向

上運動，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

作用下又向下運動，活塞如此上下運動就可

以帶動抽水機工作，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

只能在煤礦上用，因為煤礦有煤，價格很低，

不怕浪費，瓦特的改造方案是在汽缸的外面專

門設(shè)計一個冷凝器，用來冷卻氣缸中的蒸汽，

使汽缸在循環(huán)工作時始終保持高溫狀態(tài)，耗

煤量自然就減少了，而且效果非常顯著，應(yīng)用

范圍也逐步擴大到采煤業(yè)以外的其他行業(yè)。

瓦特蒸汽機最關(guān)鍵之處是改進了傳動裝

置，把活塞往復(fù)的直線運動，通過一個曲軸連

桿轉(zhuǎn)變成了旋轉(zhuǎn)運動，從而帶動各式各樣的機

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

力，很快，英國的紡織、礦山、冶金、化工等工

業(yè)，由于蒸汽機的使用而突飛猛進，工業(yè)生產(chǎn)

能力的提高，又刺激了運輸業(yè)的發(fā)展，引發(fā)了

交通技術(shù)的革命，1814年，英國工程師史蒂芬

森推出了他的第一臺蒸汽火車，最初只是用在

煤礦上短途運煤，1830年，第一條面向公眾的

客運鐵路線把利物浦和曼徹斯特連接起來，隨

后，鐵路熱首先在英國興起，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。

蒸汽機的出現(xiàn)結(jié)束了人類對人力、畜力、

風(fēng)力、水力依賴的歷史，成功實現(xiàn)了熱能到機

械能的轉(zhuǎn)化，促進了熱力學(xué)的全面發(fā)展，蒸汽

機成為實現(xiàn)工業(yè)革命的關(guān)鍵因素和改造世界

的強大動力，人類從此開始逐漸告別農(nóng)業(yè)文

明，進入到一種新的文明形態(tài)——工業(yè)文明。

(未完待續(xù))