科學、技術與工業革命(上)

劉冠杰

在前幾期的史話中，我們基本上都

是在講科學的故事，涉及技術的很少，其實，根

據歷史學家和考古學家的研究，人類首先學

會和應用的是技術，而且是在猿向人的進化

中，就已經開始了。

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。

技術的應用和進步不斷地改善著人類的

生存和生活條件，隨著社會的發展，誰都無法

否認技術在人類生活、社會文明的進步中產

生的巨大影響和作用，然而，在19世紀以前，技

術還只是匠人們養家糊口的手段，難登大雅

之堂，在柏拉圖那里，甚至把機械技術認為是

低賤的，是下等人的營生手段。

在當今的多數人看來，科學和技術似乎就

是天生的一對孿生姊妹，技術依賴科學是天經

地義的，歷史進入20世紀，科學與技術才有了

今天我們看到的相互依存、互相促進的親密關

系，產生許多依賴科學發展出的高新技術，也

由此誕生了應用科學，而在20世紀以前的漫長

歷史上，科學和技術基本上是兩股道上的車，

各跑各的，互不相干，如果說有聯系的話，令人

印象深刻的倒是技術的不斷創新促進了科學

的發現和進步，譬如，大家最為熟悉的，有列文

虎克發明了顯微鏡，從而開始了對微生物的認

識和研究。開創了微生物學；伽利略發明了望

遠鏡，為哥白尼的日心說提供了令人信服的觀

察支持。促進了天文學的發展。

科學是源自于人類對自然的結構法則、運

行機制、變化規律的好奇和探求，在科學的發

祥地古希臘，首先產生了一批特立獨行的思想

家，他們開始懷疑巫術、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

管他們得出的結論五花八門，并不科學，但是

他們應用的方法，尤其是他們所秉持的批判思

維和懷疑態度，卻叩開了科學的大門，開始了

科學的偉大征程，順便再強調一下，哲學也由

此開端，懷疑和批判始終是哲學的靈魂。

此后的羅馬人在工程技術領域輝煌無

比，但這些和科學不僅不沾邊，而且在羅馬人

的統治下，科學反倒是日漸沒落，到了19世紀，

近代科學從哥白尼革命開始，經過伽利略、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

仍然無法讓技術從中受益，而開始于18世紀的

第一次工業革命(也稱技術革命)，反倒促成

了熱力學的發展。

18世紀初，由哥白尼發動的科學革命，在

牛頓的領導下大獲全勝，但整個歐洲卻依然

是一片農業社會的景象，超過90％的人口生活

在農村，日落而息，日出而作，年復一年地春

種秋收，但也就在此時，一場徹底改變人類生

存方式的工業化運動——后來也常稱為工業

革命，已經在不知不覺中開始了，首先是在英

國的農業生產中，一個叫圖爾的人發明了機

械播種機，很快又有了馬拉耕耘機，隨著生產

力的急速提升，在英國發生了一場圈地運動，

少數人把一些偏遠地區誰都可以耕種的無主

土地圈起來變成了私有土地。接著又出現了

一種新型的農耕技術，用四田輪作制代替了

中世紀的三田輪作制，糧食產量迅速提高，于

是在英格蘭，生產的糧食多了，失去土地的農

民卻大量增加，成為潛在的工業勞動力，這從

一定程度上為英國工業化的來臨奠定了基礎。

紡織業是最早由于一系列新技術的應用

而引起急劇變化的產業，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”，于是有人發明了用水力

帶動的機器設備，這就有了規模比較集中的

較大的工廠，當然這些工廠只能建在水力資

源豐富的地方，工業化也初見雛形。

真正使生產方式發生根本性的變革。把

人類帶進工業文明時代的是蒸汽機，首先發明

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

口小鎮格林諾克，父親原來是個造船的技術工

人，后來自己經營一個小造船廠，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，過了入學年齡好幾年，才到鎮上的學校

念書，盡管他學習成績優秀，但由于身體不好，

還是沒能畢業，中途就退學了，但他心靈手巧，

從小跟著父親干活，耳濡目染，學會了許多技

能和機械制造方面的知識，在家里，他又自學

了天文、物理、化學和三門外語，所以，小時候

的瓦特還算幸運，但他17歲時家庭發生了變

故，父親的造船廠幾近破產，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學徒，21

歲時，在格拉斯哥大學謀了一個教具實驗員的

工作。負責修理和制造教學儀器。

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現，這臺蒸汽機有很多

缺陷需要改進，于是，瓦特就產生了改造、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。他曾調侃式地對人

自嘲道：“一個人最愚蠢的想法就是要發明什

么東西了?！?/p>

當然，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

門設計一個冷凝器，用來冷卻氣缸中的蒸汽，

使汽缸在循環工作時始終保持高溫狀態，耗

煤量自然就減少了，而且效果非常顯著，應用

范圍也逐步擴大到采煤業以外的其他行業。

瓦特蒸汽機最關鍵之處是改進了傳動裝

置，把活塞往復的直線運動，通過一個曲軸連

桿轉變成了旋轉運動，從而帶動各式各樣的機

器連續運轉，為工業生產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，由于蒸汽機的使用而突飛猛進，工業生產

能力的提高，又刺激了運輸業的發展，引發了

交通技術的革命，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，鐵路網逐漸布滿了全世界的陸地。

蒸汽機的出現結束了人類對人力、畜力、

風力、水力依賴的歷史，成功實現了熱能到機

械能的轉化，促進了熱力學的全面發展，蒸汽

機成為實現工業革命的關鍵因素和改造世界

的強大動力，人類從此開始逐漸告別農業文

明，進入到一種新的文明形態——工業文明。

(未完待續)