技術細節和制度創新如何改變歷史

摘要 國內許多從事社會科學研究的學者，往往低估或者忽視技術的重要細節和復雜性，以及科學發現的不確定性等因素，以簡化的線性邏輯構建史實，這很可能會影響對孕育新產業革命諸創新要素的深入認識。我們應重視前因考察，認真分析促成產業革命興起的因素，改變以往我們的粗線條描述，多一些細筆剖析。今天的中國，需要通過對技術活動細致的了解，實現全方位的不斷創新。對產業革命進行歷史地思考，是我們為迎接新產業革命所必須作的思想準備。

關鍵詞 產業革命 科技革命 細節 創新

歷史是最好的教科書。在迎接新產業革命到來之時，有必要回顧歷史上的產業革命，特別是分析與之伴隨的技術革命和科學革命，以及其他不可或缺的要素，揭示重要的歷史細節，以增加我們對技術復雜性和科學不確定性的認識，增加我們對制度創新等要素的認識，從而更好地理解歷史上何以會發生產業革命，21世紀何以會有新產業革命。

產業革命與技術革命

中國知識界對產業革命（或說工業革命）早有一定的了解，這與馬克思、恩格斯著作的廣泛傳播有關，如：馬克思在《資本論》第1卷第13章“機器與大工業”中，明確提到18世紀的工業革命，并對技術發明與生產力、生產方式的關系有清楚的闡述。

改革開放以來，隨著西方經濟學經典的譯介，如保爾·芒圖的《十八世紀的產業革命——英國近代大工業初期的概況》、大衛·蘭德斯的《解除束縛的普魯米修斯——1750年迄今西歐的技術變革和工業發展》、喬爾·莫基爾的《富裕的杠桿——技術革新與經濟進步》等，我們對歷史上的產業革命有了更深入的認識。

然而，中西文化不同形成的思維差異，以及中國教育體制長期造成的文理隔膜，使國內許多從事社會科學研究的學者未必真正能理解技術。這種情況下，對產業革命的外部因素與社會影響、一般的技術概念等問題容易理解，而對技術的重要細節和復雜性、科學發現的不確定性等因素卻容易低估或者忽視，以致造成以簡化的線性邏輯構建史實，這很可能會影響對孕育新產業革命諸創新要素的深入認識。

以第一次技術革命為例，它是指18世紀中葉從英國開始的、與產業革命伴生的根本性的技術變革，以蒸汽機的發明與應用及機器作業代替手工勞動為主要標志。這次技術革命主要表現在五個方面：一是紡織業中機器的發明和應用；二是蒸汽動力技術的發明和改進；三是生產各類機器的機械制造業的形成；四是鐵和鋼冶煉技術的發展；五是輪船和火車的發明。①應該說，這種概括比較全面，避免了只強調蒸汽機發明而造成的誤讀。然而，具體看與蒸汽機相關的內容，即感覺到其描述的線性和簡化：“1698年，薩弗里發明蒸汽抽水機，經過紐可門等人的進一步改進，初步解決了煤炭開采中的排水難題。1769年，瓦特發明了旋轉式蒸汽機，由此，蒸汽機從排水工具成為‘萬能動力機’。蒸汽機終于使人們將燃料轉化為動力，突破了自然力的局限，為紡織機等提供了強大動力。”②類似的寫法在國內并不少見，如一部有影響的科學史著作寫道：“改進后的瓦特蒸汽機，成了效率顯著、可用于一切動力機械的萬能‘原動機’。蒸汽機改變整個世界的時代正式到來了。”③這種一蹴而就的“因果”關系，顯然與歷史不符。這里無意苛責作者，只是認為，這樣的表述可以使大眾對瓦特的發明與產業革命有粗略了解，而對當今的科技創新活動沒有什么啟示意義。

瓦特發明蒸汽機，制造順利嗎？看看牛津版《技術史》，該書寫道：“早期的機器制造商為熟練工程師的匱乏所困。他們的蒸汽機正如其設計所清楚表明的那樣，是由鐵匠、修造輪子的工匠和木匠各色人等湊在一起制造的。當把零部件裝配起來時，很容易發生某些零部件不能工作的情況。瓦特發現，在格拉斯哥可以找到的由最好的工人制作的汽缸，其直徑誤差也達3/8英寸。”④

最終，英國工程師約翰·威爾金森于1775年發明大型鏜床，解決了瓦特蒸汽機汽缸的關鍵技術難題。原來，瓦特于1765年發明的著名分離冷凝器，要求汽缸具備良好的氣密性，當時由于缺乏鏜床，瓦特的第一臺蒸汽機的缸體是用錫紙緊貼在硬木塊上鍛打而成的，制成的汽缸內壁粗糙，誤差大，活塞與缸體的間隙需以氈或油布等物填充，致使漏氣嚴重，新發明難以應用。威爾金森經營煉鐵廠，由于經常接受鍛造火炮的訂單，他接觸到各種鏜孔工具，當時鏜床在加工大型工件時，刀具在進給中會因重力影響而下垂，導致偏離基準。威爾金森通過研究，解決了這一問題，他把鏜桿支托在兩端的軸承上，并將工件固定于托架，使鏜床和工件都獲得足夠的剛性。工作時，鏜刀始終與中心軸平行，這樣就可鏜削出光滑的圓柱形內表面。據瓦特的合伙人博爾頓描述，由威爾金森鏜床鏜制的50英寸直徑的汽缸，其誤差不到1先令（舊制英幣）的厚度。蒸汽機試驗也因汽缸性能的提高而獲成功，以此為開端，瓦特蒸汽機順利進入市場，它的明顯優勢很快被社會接受。此后20年，瓦特蒸汽機的汽缸基本上都由威爾金森的工廠提供。

由這一史實可得出認識，一項重大發明，必須要有先進制造技術為保證。不然就只是樣品，或圖紙。

輪船和火車的發明是第一次技術革命的重要表征。輪船和火車所用的蒸汽機并不是瓦特蒸汽機的簡單搬用，而是經過其他發明家的若干改進。以火車為例，真正使火車成功運行的是英國發明家喬治·史蒂文森（George Stephenson）。史蒂文森生長于礦區，從當蒸汽機司爐助手起步，自學成為技術員，最后成為鐵路公司總工程師，可謂是一個奮斗成功的典型。

1814年，史蒂文森造出了他的第一臺火車頭“布盧徹號”，此后十幾年間，史蒂文森建造了大小十幾輛機車，而真正使他揚名的是“火箭號”。1829年4月，為參加公開的火車比賽，史蒂文森在兒子羅伯特的協助下制成新的機車——“火箭號”。該機車有幾個重要的創新：一是使用多管鍋爐，增加了動力，設置了25條直徑均為3英寸的銅制水管貫通鍋爐的兩端，從而增大了鍋爐內水的受熱面積，獲得更多的蒸汽，這種設計后來在一百多年間（直到蒸汽機車時代結束），成為所有機車鍋爐的基礎；另一個創新是采用排氣管，將廢氣從氣缸中引入煙囪后再放出去，這就大大增加了煙囪的抽力和所保持的壓力。1830年9月15日，世界上第一條客運鐵路（利物浦——曼徹斯特鐵路）正式開通，史蒂文森的“火箭號”率先在這條線路上運行，由此標志著人類進入了鐵路時代。

在史蒂文森之前，已有人發明火車，但所用路軌為生鐵鑄造，被沉重的機車壓裂，直接影響機車運行。史蒂文森與前人不同，為了解決這個問題，他到朋友的鐵工廠去試驗鍛鐵軌道。取得成功后，史蒂文森專門申請了鐵軌的專利。同時，史蒂文森非常關注鐵路的標準化、實用化建設，他提出的軌道間距、碎石枕木路基，拐彎半徑等細節設計，后來都成為技術標準，被許多國家采納。由此可見，一項因其他發明而導致的重大發明，自身又需要若干創新。

產業革命與科技革命

嚴格地說，世界歷史迄今共發生過兩次科學革命。第一次科學革命發生于16世紀到17世紀末，從伽利略到牛頓的力學研究是第一次科學革命的主線；第二次科學革命發生于20世紀初，相對論和量子論的建立為自然科學理論帶來了深刻變革。⑤

從第一次產業革命看，當時與科學、科學革命沒有什么聯系，只用到少量科學知識（真空與大氣壓、動力測定、比熱理論等），更多是工匠憑借經驗的發明活動。而到第二次產業革命，情況發生了很大變化，科學明顯起到了引領的作用，特別是電磁學的創立為電的開發和應用奠定了理論基礎。不過，若從前述嚴格的“科學革命”界定看，第二次產業革命與第一、二次科學革命都沒有交集。為了強調科學技術對產業的重要影響，故有不少學者取其他視角，采納“第×次科技革命”的說法。

按科技革命的范疇理解，第二次產業革命與第二次科技革命（或說電力技術革命）聯系緊密。19世紀70年代起，電的諸多用途得到開發，先是照明系統（局域電弧光照明），繼之電力運輸系統（有軌電車、地鐵）發展起來。電力更重要的運用體現在新興產業，如電解鋁、氯、乙炔等化工產業直接與電力應用有關。

1825年，丹麥科學家奧斯特（H.C.Oersted）通過鉀汞齊還原無水氯化鋁，第一次得到了粉末狀金屬鋁，不過僅有幾毫克。鋁因稀缺，被視為貴重金屬。拿破侖三世認為鋁輕而硬，可以帶來武器裝備的革命，慷慨出資支持法國化學家圣·德維爾（Saint Deville）進行工業制鋁的研究。1854年，德維爾用還原氯化物的方法制得金屬鋁，建起世界上第一座鋁廠，生產出鋁制頭盔、餐具和工藝品，因產品少，多供皇室貴族享用。當時，1千克鋁高達3000多法郎，幾近黃金價格。其后30年間，世界上煉得鋁的總量有200多噸。隨著小規模的工業生產，鋁的價格有所下降。

德維爾制得鋁的那一年，他與德國化學家羅伯特·本生（Robert Bunsen）一起，通過電解氯化鋁的絡合鹽得到了金屬鋁。但當時用蓄電池供電，代價極大，直到1867年發電機問世后，采用電解法煉鋁實現工業化生產才成為可能。

1886年，電解鋁技術實現了突破。美國的查理·霍爾（Charles Hall）和法國的保羅·埃魯（Paul Heroult）兩人，幾乎同時分別獲得用冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法制取金屬鋁的專利。這也是科學史的一段佳話，因為兩人雖然國度不同，但生卒年月相同，且在同樣年齡，幾乎同時發明了電解鋁的方法。⑥

1888年，德國化學家拜耳（K.Bayer）獲得從鋁土礦中提取氧化鋁的專利，自此氧化鋁的來源得到保障。瑞士冶煉公司利用萊茵河的水力發電，能夠提供較廉價的電能，電解法顯出巨大優勢，很快就取代了先前的化學法。電解法是鋁工業發展的一個重要里程碑，從此鋁工業開始進入新的階段。

一旦技術與科學緊密結合，兩者彼此推動，會在沒有任何預期的情況下，涌現出新發現和新發明，進而又催生新的產業。這方面，電子管堪稱范例。

電子管，又稱真空管。電子二極管的發明直接與“愛迪生效應”的發現有關。1883年，美國發明家愛迪生為尋找最佳燈絲材料，在燈泡內碳絲附近安裝一個小金屬片以抑制燈絲金屬的熱蒸發。他發現當金屬片連接到燈絲正極時，能夠檢測到微弱的電流，而連接到燈絲負極時，就沒有電流。后來這一現象被稱為“愛迪生效應”。

“愛迪生效應”引起約翰·弗萊明（John Fleming）的興趣。弗萊明1877年入劍橋大學跟隨著名物理學家麥克斯韋（James Clerk Maxwell）學習，后獲得博士學位。1881年，弗萊明出任倫敦愛迪生電燈公司顧問，正是出于職業的敏感，弗萊明盯住“愛迪生效應”。經過多次實驗，弗萊明研制成一種能夠利用“愛迪生效應”進行整流和檢波的特殊燈泡——“弗萊明閥”，它有一根燈絲和圍住燈絲的金屬圓筒電極（作陽極），當燈絲加熱時，陽極加正電壓能使電流通過，而加負電壓就沒有電流通過。由于電子很輕，慣性很小，“弗萊明閥”可使無線電信號被檢波成為人們所需的信息。

在“弗萊明閥”的啟發下，不久，電子三極管問世。電子三極管的主要功能是信號放大，它由美國電子工程師李·德福雷斯特（Lee de Forest）發明。1906年，受弗萊明研究的啟發，德福雷斯特在二極管的兩個電極之間加了一個金屬柵極，他發現當調整柵極電流大小時，其整流和檢波作用更加靈敏，由此成為一種新的電子器件。正是電子二極管、三極管的發明，催生出電子管產業，又與其他的電子元器件制造組成規模化的電子產業。

電力作為新能源應用，推動建立了新產業；技術與科學緊密結合，使新發現和新發明涌現，又催生新的產業。

產業革命與其他創新因素

產業革命的興起、發展也離不開其他創新因素，如公司制度、專利保護、科學學會、工業實驗室、大學教育等，且在不同階段呈現不同變化。這里集中分析科學學會、工業實驗室和專利制度的作用。

17世紀，科學知識還遠不為公眾所了解，科學活動主要集中于少數科學精英。然而，正是這種精英的活動，促進了科學知識和科學精神的傳播，為后來科學的社會化奠定了基礎。17世紀，一批科學機構順應時代潮流誕生，其中最重要的有佛羅倫薩的齊曼托學院、倫敦皇家學會和巴黎科學院，許多科學家、發明家都與這些科學機構有密切的聯系。

倫敦皇家學會于1662年7月經特許準予成立，其全稱為“倫敦皇家自然科學促進會”。皇家學會一開始就形成慣例，即把具體的研究項目分配給小組或會員個人，并要求他們及時向學會匯報研究成果。早期的會議都是會員作報告或演說，演示實驗，或展覽各種稀奇的東西，并對所引發的問題進行討論。隨著時間的推移，逐漸建立了若干委員會來指導學會各部門的活動。如貿易委員會從事工業技術原理的研究，向學會提出的報告涉及諸如海洋運輸、礦業、冶金、紡織業等。此外，還有天文學、化學、解剖學等學科委員會。

皇家學會也集中討論迫切的技術問題。當時木材大量用作燃料，用于造船、建筑，使森林資源急劇減少，煤炭便成為冶煉金屬的替代燃料。而銅、鐵、煤礦越挖越深，導致井下排水困難，現實需求促使抽水機的發明，也形成對蒸汽機的高度關注。

科學精英活動后來也演化出新形式。19世紀下半葉出現專門的研發機構，吸引了新型的科技人才。以德國為例，19世紀70年代，隨著茜素染料的開發成功，德國的幾大化學公司，如拜耳（Bayer）、巴斯夫（BASF）和赫斯特（H·chst）都積極招募科學家，建立自己的實驗室，極大促進了科學研究與產業的結合。1900年，美國通用電氣公司學習德國的經驗，建起工業研究實驗室。經過十幾年的努力，通用電氣在照明技術上取得突破，占領了照明器件和設備的主要市場。通用電氣的研發機構展示的技術優勢，在1910年前后推動了美國工業研究實驗室發展的高潮。1900～1914年間，大量的科技人才涌入大企業，從事專門的研發活動。1914年，第一次世界大戰爆發，歐洲國家深陷戰火，而美國利用此機會后來居上，科學研究與技術、生產密切結合，大大提升了國力。戰后，美國工業研究實驗室快速擴增，一直持續到二次世界大戰前。

專利制度可溯至1624年英國頒布的《壟斷法》（The Statute of Monopolies），這是世界上第一部具有現代意義的專利法。

18世紀初，英國進一步改善專利制度。專利法中要求發明人必須充分地陳述其發明內容并予以公布，以此作為取得專利的“對價”（Consideration）。這樣，專利制度就以合同的形式反映出來。專利的取得成為一種訂立合同的活動：發明人公布他所研制出的新產品或新技術，以換取公眾在一定時期內承認他對研制成果的專有權。按照這種要求，“專利說明書”出現了，這標志著具有現代特點的專利制度形成，它對于打破技術封鎖、交流和傳播科學信息，具有重要的意義

1790年，美國通過了美國的第一個專利法；1791年，法國創建了專利制度，即著名的《拿破侖法典》中有關工業產權的規定，這也是成文法的代表作。法國專利制度有別于英國專利法律體系，它的建立對一批法國殖民地國家有重要影響。

19世紀，在英、法兩大專利法律體系的影響之下，先后有俄國（1814年）、荷蘭（1817年）、西班牙（1820年）、巴西（1859年）、印度（1859年）、阿根廷（1864年）、加拿大（1869年）頒布了本國的專利法。后來，德國于1877年、日本于1885年也頒布了專利法。到19世紀末。實行專利制度的國家已達45個。至此，專利制度經過200多年的形成和發展，其作用已被越來越多的國家所承認和重視。

不過，專利制度在各國實施情況不一，不免遇到波折，一些國家為制度建設付出了一定代價。在英國，19世紀40年代，發明者不斷向議會提出請愿，表達對無法獲得專利和獎勵的不滿，抗議在1851年達到高潮。為此，議會宣布成立一個專門委員會以審理有關專利系統的問題。委員會通過廣泛調查形成建議，最后促使議會通過了《1852年專利法修正案》，建立單獨的專利局，并且簡化了管理程序。

在美國，1836年專利系統發生了重大變化，專利申請人不能再像1793年以來那樣，在申請之后自動獲得專利。相反，他們需要提交詳細的規格說明，指出該發明的創新性和效用。專利審查人員將審查所有申請，并且在授予專利之前驗證權利請求的創新性。

在德國，1877年頒布專利法，這個專利法是在大染料公司幫助下制訂的，顯然考慮了染料工業的需要。德國專利法有兩個顯著特點：一是單獨的工藝也受保護；二是收到專利申請，專利局要審查，以確保這項專利是新的。新專利法極大促進了德國合成染料工業的研發活動。

19世紀80年代，國際保護公約建立。起因是1873年奧匈帝國舉辦國際發明博覽會，當向其他國家發出參展邀請時，出于對參展發明缺乏足夠的法律保護的顧慮，許多國家都不愿參加。奧國政府為此決定，在博覽會舉辦期間對參展發明提供臨時保護措施。與此同時，由比利時、西班牙、巴西、法國、意大利等十幾個國家發起，在舉辦博覽會時召開國際會議，討論專利權的國際保護問題。經過兩次國際會議的討論，終于在1883年簽訂了《保護工業產權巴黎公約》。《巴黎公約》后經多次修訂，每次修訂會議結束時都通過一個新的公約文本。

與產業革命相關的諸多要素，在不同期間、不同國家經常發生變化，內容也與時代和實踐俱進。

產業革命史的啟示意義

學習和研究產業革命史，對于前瞻未來、迎接新產業革命不無意義，這里主要談三點啟示性認識。

認識產業革命興起的各種因素。可以說，我們對西方的真正認識是從鴉片戰爭中的“堅船利炮”開始的，在敵不過經工業化武裝的強硬對手之后，不得不改變態度學習他們的技術和科學。其間多經波折，從器物層面到制度層面，制度層面再到文化層面。直到20世紀30年代初，中國民族工業化初有模樣，又為日本侵略所毀。新中國成立后，高度重視工業化建設，但學習的卻是一邊倒的蘇式工業化，缺少技術創新的內涵。待到改革開放，驀然回首，汽車仍是30年一貫的“解放”牌，電子管收音機、盤式錄音機都已是西方淘汰的產品。我們大力引進各種“先進”生產線，盯住高新技術，極力追趕，卻在無意中耗竭了資源，破壞了環境。我們幾乎沒有認真思考，為什么要步工業化國家之后塵？把原因歸結為“閉關鎖國”、“錯失機遇”，這是把問題簡單化。借著迎接新產業革命到來，有必要認真學習產業革命歷史（包括技術史、科學史）。過去，我們過分強調西方產業革命的結果（且是部分），如大工業形成，造就無產階級、世界市場、商品傾銷……；今天，我們應重視前因考察，認真分析促成產業革命興起的因素，認識眾多因素長期積累而成的力量，改變以往我們分政治、經濟、社會幾大塊的粗線條描述，多一些細筆剖析，唯有此，才能在當下把我們與西方比較，看是否具備孕育新產業革命的種種因素，從而真正談“抓住機遇”。

認識技術演化的復雜性。產業革命史也是技術演化史，技術在演化中的復雜性不斷增加。或因組成部件多構成的復雜，或因自動控制表現的復雜，或因分門類技術形成的復雜。如鐵路技術早期簡單，在發展中逐漸增加復雜性，分出制造機車、車輛的技術，修建鐵路的技術（又分建橋梁、挖隧道技術），管理鐵路的技術（分通訊、信號技術）等。

看似簡單的部件，因涉及材料、加工等技術，也有其復雜性。前述的瓦特蒸汽機，因用到鏜床技術，就比手工敲打要復雜。要煉優質鋼，就需精選礦石，嚴格操作規程，這也顯得復雜。如果低估了這種復雜性，僅憑滿腔熱情，就會犯“大煉鋼鐵”的錯誤。

產業史表明，每達到一個工業發展階段，技術的復雜程度都會上升一兩個臺階，這為產品制造標準設置了更高的門檻。正因如此，對操作工人的受教育程度、綜合素質能力就會提出新的要求。過去習慣說工人是藍領，管理者是白領，而在未來新產業革命中，工人和管理者，就不可能還是這種簡單區分。對此我們要有清醒的認識。改革開放以來，在我國沿海地區，許多企業大量雇用學歷不高的農民工，上崗前的培訓時間也短，只能表明技術的復雜性不夠。這種情況究竟能持續多久？

認識從發明到產品的豐富內涵。由于傳統文化的影響，我們習慣于把一個“發明”同一個發明家聯系起來。古代就有“伯益作井”、“巧倕作舟”、“魯班發明鋸”的傳說；現代科技又有愛迪生發明電燈、萊特兄弟發明飛機的故事。

事實上，一個重大的發明物要經多人之手。就原創的意義講，我們可以認為某一個“發明”是某一個發明家的產物。然而，從這個“發明”問世到成為我們生活中熟悉的產品，其前后卻有著許多發明者的努力。

就以愛迪生的電燈為例。19世紀90年代，愛迪生的發明專利到期，此后其他公司的工程師繼續努力，先后試用鋨、鉭等金屬燈絲，性能有一定改善。最終，威廉姆·庫利治（William Coolidge）在1910年發明出鎢絲燈絲，徹底替代碳化竹絲，照明強度提高2到3倍，壽命提高了1倍。

重大的發明絕非“畢其功于一役”，我們使用的產品，都經過一系列的改進，距最初的發明已相差甚遠。

對產業革命進行歷史思考，是我們為迎接新產業革命所必須要作的思想準備。今天的中國，需要踏踏實實地學習，通過對技術活動細致的了解，實現全方位的不斷創新。

注釋

中國科學院編：《科技革命與中國的現代化》，北京：科學出版社，2009年。

吳國盛：《科學的歷程》，北京大學出版社，第262頁。

[英]查爾斯·辛格等：《技術史》（第Ⅳ卷），上海科技教育出版社，邊碼163。

戴吾三等：《影響世界的發明專利》，北京：清華大學出版社，2010年。

責 編∕樊保玲