第一次科技革命和产业革命

第二章第一次科技和产业革命一、第一次科学革命二、以机械为特征的第一次技术革命三、确立新生产体系和社会制度的产业革命一、第一次科技革命天文学成为科学的起飞先导天文学是文艺复兴期间发展最快的领域，它是一场观念的革命，也是近代科学革命的第一阶段，是科学起飞与思想解放的先导。在欧洲古希腊时代，占主导地位的是由卡利普斯和亚里士多德创立的以一系列同心圆来解释恒星的周转以及太阳、月亮和行星运动的宇宙体系的地心说。在中世纪，古希腊的宇宙理论被视为异端而被抛弃，取而代之的是犹太人原始而粗糙的宇宙“帐篷说”到中世纪晚期，托马斯.阿奎那将亚里斯多德理论融合入基督教神学，从而使地球中心理论渐渐居于中心地位，并且在这一“复古”的变动之下，又涌动着新的宇宙体系的构建和天文学革命。15世纪末，欧洲人的航海需求在实践中刺激着天文学的进步。哥白尼的日心说

1509年，哥白尼写出了《概要》，这是关于日心学说的最新阐释。30年后，他又写出其不朽的天文学著作《天体运行论》，论证了行星绕日公转和地球自转。哥白尼以大量的计算提出了崭新的宇宙体系，第一次正确地描述了水星、金星、地球和月亮、火星、土星、木星轨道实际相对太阳的顺序位置，计算了它们围绕太阳公转的周期（土星30年，木星12年，火星2年，金星9个月，水星80天），月球是围绕地球而转的地球卫星，又随地球绕太阳旋转。哥白尼的学说是一场革命，也带动了一系列观念上的变动。首先，哥白尼打破了亚里士多德的绝对运动的概念，引入相对运动的观念。其次，哥白尼打破了亚里士多德物理学中天地截然不同的界限，认清了地球是不断运动的行星之一，将认识天体运动的参照中心由地球移到太阳。其三，哥白尼关于天体普遍旋转运动是天体“固有属性”的思想，取代了“原动天”里造物主以及各司其责的天使们的作用。继哥白尼之后，意大利人乔尔丹诺.布鲁诺、丹麦人第谷.布拉赫、德国人约翰.开普勒继续完善日心说。布鲁诺认为，在太阳系之外，还有无限多个世界，连太阳系也不是宇宙的中心，从而提出了宇宙无限的思想。布拉赫进行了天象观测，对天文学发展提供了许多十分了利的细节上的科学资料。例如他观测到一个彗星的轨迹并测算出其距离。开普勒利用了布拉赫的观测资料，巧妙地计算出包括地球在内的六大行星的运行轨道，接连提出了流行后世的三条“开普勒定律”。开普勒第一定律即行星轨道定律,诸行星的运行的轨道不是正圆而是椭圆的,它们围绕各自轨道的一个焦点运行,而这些焦点又都重合在一起,那就是太阳的所在之处。开普勒第二定律是行星运动面积定律,即单位时间内行星中心同太阳中心的连线扫过的面积相等。开普勒第三定律是行星运动周期定律，即行星在轨道上运动一周的时间的平方和它至太阳的平均距离的立方成正比。开普勒的三定律打破了以往欧洲天文学家关于行星轨道为正圆、天体运行速度为匀速的观点。他的发现使哥白尼的日心说找到了数量关系，使其简洁性和完善性正真体现出来，为哥白尼学说的巩固奠定了基础。物理学的突破奠定了近代科学的基础伽利略是另一位伟大的科学家。他不仅传播和发展了哥白尼的学说，而且以科学实验和数学相结合的科学方法进行了一系列重大研究活动，特别是在力学方面有重大的突破，将近代物理学引上了历史的舞台。伽利略的伟大发现之一是纠正了亚里士多德的关于自由落体过程中重物快于轻物、速度与质量成正比的观点，提出了落体在没有空气阻力的条件下，其下降速度与物体质量无关，即所有物体以同一速度下降的自由落体定律。伽利略的另一个发现，是发现了摆的等时性，即在下垂物的自然摆动中，无论摆动幅度是大是小，它都能自动调节速度，摆动一周的时间总是相等的。伽利略的第三个重要发现，是在对抛物运动的研究中发现了迭加原理。他认为，水平方向的匀速直线运动和垂直方向的自由运动同时存在于抛体上，互不干扰地合成一种运动。牛顿是近代最伟大的科学家之一。在数学方面，他发明了微积分；在天文学方面，他提出了万有引力定律，开辟了天文学的新纪元；在物理学方面，他提出了关于运动的三大定律，从而建立了经典力学体系。运动第一定律即惯性定律，它解决了力与物体运动的关系，力是改变运动状态的原因。运动第二定律解决了力与物体加速度之间的关系。物体运动量的变化与作用力的大小成正比。运动第三定律解决了力的相互作用的关系问题。（作用力和反作用力大小相等，方向相反，并且在同一条直线上）1687年，牛顿出版了其代表性的巨著《自然哲学的数学原理》这部著作是对哥白尼到牛顿时期力学和天文学上所有发现的系统地总结和发展。当时人们所接触的各种力学问题，基本上都可以在这个框架内得以解决。经典力学体系既有巨大的科学意义，也为后来技术的发展筑起了一个坚实科学平台。生命科学的进步给神学以沉重的打击比利时维萨留斯1543年出版了《人体结构论》，说明了人体构造。1553年西班牙医学家迈克尔.塞尔维特的《基督教的复兴》出版，提出了血液循环理论。1628年威廉.哈维出版《血液运动论》，以更为确凿的实验结果搞清了血液循环的规律。1650年荷兰人阿.列文霍克经过多次试验改进，将显微镜的放大倍数提高到270倍，发现了看不到的生物微结构和微小生物的活动。意大利解剖学家莫.马尔比基借助显微镜发现了毛细血管和细胞165年哈维在其出版的《动物的发生》中研究了鹿的胚胎生长和小鸡在蛋壳中的发育过程。生命科学的进步和成就，对生命起源与进化等根本问题的认知提供了一系列科学依据，并以其科学精神和揭示的事实打破神学在人们头脑中造成的精神枷锁。第一次技术革命前夜的重大科学理论突破18世纪中后期开始，以牛顿的经典力学体系理论为基础，科学的发展逐渐由基础理论向技术理论和应用理论方向推行，而技术的发展也由实验技术向专业技术和生产技术转变，科学的实际应用已经日益显示出来。这突出地表现在热力说形成和发展。1798年，美国人仑福德（1753年~1814年）在用砖头浸水钻金属炮筒时，钝钻头和金属筒的温度同时升高，发现热量来自于钻头的运动。1799年英国科学家戴维做了一个更为精确的实验，将两块冰放置在真空容器中，排除热传导条件，利用钟表机械的准确运动使他们相互摩擦，冰融化为水。实验证明了热是一种运动形式和机械运动形式的转换。1824年法国人卡诺发表《关于火的动力以及这种动力的机器》指出，热机只能在具有温差的两个热源之间工作，当热从高温热源像瀑布那样流向低温热源时，热机才能做功，热机的工作效率主要取决于两个热源之间的温差，即锅炉和冷凝器之间温差。他的这些思想成为后来的热力学第二定律（热只能从高温热源向低温热源的过程中做功）的基础。二、以机械为特征的第一次技术革命

由纺织业开始的工作机技术革命启动了第一次技术革命技术革命第一个阶段是围绕工作机的技术突破。是以纺织机械的发明为代表的工作机革命。棉纺织技术本身有两个环节——纺纱和织布。由织布和纺纱两项关联技术互相促进，出现了了一系列的技术发明，使纺织技术有了大的突破。1733年织布工约翰.凯依发明了飞梭,飞梭的出现是纺织技术的重大突破,棉布的产量显著上升。

织布速度加快,使纺纱技术的落后状态突显出来。1751年英国皇家学会发出公告，征求“发明一家出色的能同时纺6根棉纱或麻线而只需一个人照管的机器”。1755年发明家约翰.怀特发明了滚轮式纺纱机。

1765年詹姆斯.哈格里夫发明了锭子垂直放置的立式多轴纺纱机即珍妮机。

1771年，阿克莱特发明了水力纺纱机，1784年建立了水力纺纱厂。

1779年塞缪尔.康普顿发明和改进了骡机，结合了水力纺纱机和珍妮机的特点。

骡机的发明是纺织技术革命的转折点，这种纺纱机的应用，使棉纱生产能力明显超过了织布所需，织布技术的革新迫在眉睫。

1790年后，卡特莱特发明了用水车带动的卧式自动织布机，后又用钢结构取代木结构，织布效率急剧地提高。至此，英国纺织业基本上用机械化代替了手工工业。并且引发了一系列技术上的连锁反应，净棉机、梳棉机、漂白机、染织机先后被发明和应用。环锭纺纱机纺织技术是第一次技术革命的先导技术。在纺纱和织布两个环节的交替进步中，英国等西欧北美国家的棉纺织工业开始了机械化的过程，由此揭开了人类历史上工业革命的序幕。以蒸汽机为代表的动力机技术革命奠定了大工业的基础。第一次技术革命的第二个阶段是以蒸汽机的发明和革新为代表的动力机革命，这是在生产中机器取代人力、自然力及兽力的过程。对蒸汽机最初的直接需要，源自煤矿抽水和纺织业的大发展。在17世纪前半期，西欧人已经掌握了关于大气压力和真空的知识,这为蒸汽机的发明提供了科学知识基础。大约1689年前后，法国工程师巴本（1647~1712）造出了最早的用于抽水的蒸汽动力机器。英国工程师塞维利（1650~1715）发明了用于矿山抽水的蒸汽泵“矿山之友”，成为第一台投入使用的蒸汽机。英国工程师纽康门（1663~1729），又对塞维利的“矿山之友”进行改造，制造出在矿井有实用意义的蒸汽动力装置。这种动力机器利用蒸汽的冷热交替推进运动,但其热能利用效率低。所以，它未能替代水力动力，在那个时期基本上是水力和火力并用。大约在纽康门蒸汽机出现半个世纪之后，1765年瓦特（英国格拉斯大学的仪器制作和维修工），受命修理纽康门蒸汽机时运用物理学家布莱克关于“潜热”和“比热”的理论，设计出将单冷凝器单独设置的蒸汽机模型。英国化学家布莱克（1728年~1799年），依据实验提出温度相同的不同物体，所含热量并不相同。把各种物质升温或降温一度所吸收或释放的热量，与同重的水升温一度所释放的热量相比较，它们都有固定的比值，即比热（1克物质温度上升1度所需的热量）。布莱克还发现，由气到水，由水到冰所释放出的热量，正好是由冰到水、由水到气所吸收的热量。许多物质物态变化都有这样的现象。由此，他由提出“潜热”的概念。随着机械精密加工技术的完善，1769年瓦特的蒸汽机被制造出来。后来，瓦特又改变了蒸汽机只能作直线做功的状态，用齿轮与连杆装置将活塞的直线往复运动转变为旋转运动。瓦特的蒸汽机不受地点条件的限制，又能普遍应用于各种工艺上，因而成为可以给几乎一切机械以动力的“原动机”，被称之为万能机。蒸汽机在工业中的普遍使用始于纺织业(1785卡特赖特)，它首先使纺织业拍脱了因使用水力推动而只能沿河而建的格局，城市里出现了纺织厂并迅速壮大。蒸汽机也陆续在其他各工业部门使用，用以带动冶金业需要的鼓风机、滚压机、机械制造业需要的气锤，面粉厂、啤酒厂需要的麦芽磨，陶瓷业需用的粹磨等等。1814年史蒂芬逊研制出了蒸汽机车，

从此蒸汽机铁路时代到来。蒸汽机为大工业提供了巨大的动力。

机器制造业的机械化宣告第一次技术革命的完成随着工作机和动力机被广泛应用，使机器代替了手工工具。但是制造这些机器本身仍以手工方式进行的地效率问题就暴露出来。以机器制造机器的要求就显得十分迫切。在这种需求的推动下，机器制造业及其制造技术有了较快的发展。第一次技术革命的第三阶段以机器制造业的建立为代表，它奠定了近代机械化大生产的基础，与之相适应的是钢铁冶炼技术和交通运输业的发展。用机器制造机器是资本主义的工业化的起点，它使资本主义生产体制得以确立。一台机器由几十个甚至几千个零件组成，依据其生产过程的中的工序而言，大致可分为制造毛胚的铸造工艺、锻压工艺，对毛胚进行进一步加工的切割、车工、铣工、钻工、刨工等工艺。到1840年前后，机械制造业用的主要设备如车床，钻床、铣床、刨床以及精确测量用的千分尺、卡尺、卡钳等，都已经被发明出来。不少工厂还开始以标准化的部件生产，实现了零部件的互换和多种机器的批量生产。机器制造业的最终完成，使工业的基础变得更加坚实稳固，也标明第一次技术革命已完成。技术革命在其他工业部门的全面展开冶金业开始发展成熟。纺织机、蒸汽机的发明和广泛应用于生产，特别是钢铁取代木材成为纺织机、蒸汽机制造的主要原料后，对钢铁的需求迅猛增长，促使了冶金技术的发展，冶金业的发展成为工业化发展的关键。焦炭炼铁法是18世纪前期欧洲冶炼技术的重大发明。1784年英国工程师亨利.考尔特发明搅拌与碾压精炼法，生产出大量的富有弹性的熟铁和具有刚性与韧性的钢。轧钢技术开始产业化，钢板、钢轨等钢材源源不断地生产出来。化工技术随纺织工业、冶金业等产业的发展被带动起来。煤成为化学工业的重要原料，用煤制成了焦炭、煤气、煤焦油。随着棉布产量的增多，对棉布进行漂白、洗涤和染色等加工的需要使稀酸、硫磺和碱等化工原料的需求增大，促进了化工生产技术和产量的提升。在这一过程中还出现了化肥工厂，农业因化肥的使用而迅速地提高了产量。交通工具由于蒸汽机的应用而面貌焕然一新。1814年英国人史蒂芬逊研制出世界上第一台蒸汽机车，1822年英国修建了世界上第一条铁路。铁路成为工业发展的大动脉。1838年第一艘蒸汽铁船“大西洋”号将欧美之间的航行缩短了15天。蒸汽机轮船将世界各大洲紧密联系起来。农耕技术也出现了新的变化，各种农具如打禾机、播种机、脱粒机等陆续出现，加上化肥的使用大大提高农业产量。第一次技术革命从18世纪30年代开始，至19世纪60年代基本结束。它为18世纪第一次产业革命奠定了技术前提，也为资本主义生产方式最终战胜封建生产方式奠定了物质基础。三、确立新生产体系和社会制度的产业革命第一次技术革命基本上是从工作机（水力纺织机）的发明开始，经动力机（蒸汽机）的普遍使用，到机器制造业的形成而告结束。产业革命与科技革命的发展进程息息相