第一次科技革命和產(chǎn)業(yè)革命

第二章第一次科技和產(chǎn)業(yè)革命一、第一次科學革命二、以機械為特征的第一次技術革命三、確立新生產(chǎn)體系和社會制度的產(chǎn)業(yè)革命一、第一次科技革命天文學成為科學的起飛先導天文學是文藝復興期間發(fā)展最快的領域，它是一場觀念的革命，也是近代科學革命的第一階段，是科學起飛與思想解放的先導。在歐洲古希臘時代，占主導地位的是由卡利普斯和亞里士多德創(chuàng)立的以一系列同心圓來解釋恒星的周轉(zhuǎn)以及太陽、月亮和行星運動的宇宙體系的地心說。在中世紀，古希臘的宇宙理論被視為異端而被拋棄，取而代之的是猶太人原始而粗糙的宇宙“帳篷說”到中世紀晚期，托馬斯.阿奎那將亞里斯多德理論融合入基督教神學，從而使地球中心理論漸漸居于中心地位，并且在這一“復古”的變動之下，又涌動著新的宇宙體系的構建和天文學革命。15世紀末，歐洲人的航海需求在實踐中刺激著天文學的進步。哥白尼的日心說

1509年，哥白尼寫出了《概要》，這是關于日心學說的最新闡釋。30年后，他又寫出其不朽的天文學著作《天體運行論》，論證了行星繞日公轉(zhuǎn)和地球自轉(zhuǎn)。哥白尼以大量的計算提出了嶄新的宇宙體系，第一次正確地描述了水星、金星、地球和月亮、火星、土星、木星軌道實際相對太陽的順序位置，計算了它們圍繞太陽公轉(zhuǎn)的周期（土星30年，木星12年，火星2年，金星9個月，水星80天），月球是圍繞地球而轉(zhuǎn)的地球衛(wèi)星，又隨地球繞太陽旋轉(zhuǎn)。哥白尼的學說是一場革命，也帶動了一系列觀念上的變動。首先，哥白尼打破了亞里士多德的絕對運動的概念，引入相對運動的觀念。其次，哥白尼打破了亞里士多德物理學中天地截然不同的界限，認清了地球是不斷運動的行星之一，將認識天體運動的參照中心由地球移到太陽。其三，哥白尼關于天體普遍旋轉(zhuǎn)運動是天體“固有屬性”的思想，取代了“原動天”里造物主以及各司其責的天使們的作用。繼哥白尼之后，意大利人喬爾丹諾.布魯諾、丹麥人第谷.布拉赫、德國人約翰.開普勒繼續(xù)完善日心說。布魯諾認為，在太陽系之外，還有無限多個世界，連太陽系也不是宇宙的中心，從而提出了宇宙無限的思想。布拉赫進行了天象觀測，對天文學發(fā)展提供了許多十分了利的細節(jié)上的科學資料。例如他觀測到一個彗星的軌跡并測算出其距離。開普勒利用了布拉赫的觀測資料，巧妙地計算出包括地球在內(nèi)的六大行星的運行軌道，接連提出了流行后世的三條“開普勒定律”。開普勒第一定律即行星軌道定律,諸行星的運行的軌道不是正圓而是橢圓的,它們圍繞各自軌道的一個焦點運行,而這些焦點又都重合在一起,那就是太陽的所在之處。開普勒第二定律是行星運動面積定律,即單位時間內(nèi)行星中心同太陽中心的連線掃過的面積相等。開普勒第三定律是行星運動周期定律，即行星在軌道上運動一周的時間的平方和它至太陽的平均距離的立方成正比。開普勒的三定律打破了以往歐洲天文學家關于行星軌道為正圓、天體運行速度為勻速的觀點。他的發(fā)現(xiàn)使哥白尼的日心說找到了數(shù)量關系，使其簡潔性和完善性正真體現(xiàn)出來，為哥白尼學說的鞏固奠定了基礎。物理學的突破奠定了近代科學的基礎伽利略是另一位偉大的科學家。他不僅傳播和發(fā)展了哥白尼的學說，而且以科學實驗和數(shù)學相結合的科學方法進行了一系列重大研究活動，特別是在力學方面有重大的突破，將近代物理學引上了歷史的舞臺。伽利略的偉大發(fā)現(xiàn)之一是糾正了亞里士多德的關于自由落體過程中重物快于輕物、速度與質(zhì)量成正比的觀點，提出了落體在沒有空氣阻力的條件下，其下降速度與物體質(zhì)量無關，即所有物體以同一速度下降的自由落體定律。伽利略的另一個發(fā)現(xiàn)，是發(fā)現(xiàn)了擺的等時性，即在下垂物的自然擺動中，無論擺動幅度是大是小，它都能自動調(diào)節(jié)速度，擺動一周的時間總是相等的。伽利略的第三個重要發(fā)現(xiàn)，是在對拋物運動的研究中發(fā)現(xiàn)了迭加原理。他認為，水平方向的勻速直線運動和垂直方向的自由運動同時存在于拋體上，互不干擾地合成一種運動。牛頓是近代最偉大的科學家之一。在數(shù)學方面，他發(fā)明了微積分；在天文學方面，他提出了萬有引力定律，開辟了天文學的新紀元；在物理學方面，他提出了關于運動的三大定律，從而建立了經(jīng)典力學體系。運動第一定律即慣性定律，它解決了力與物體運動的關系，力是改變運動狀態(tài)的原因。運動第二定律解決了力與物體加速度之間的關系。物體運動量的變化與作用力的大小成正比。運動第三定律解決了力的相互作用的關系問題。（作用力和反作用力大小相等，方向相反，并且在同一條直線上）1687年，牛頓出版了其代表性的巨著《自然哲學的數(shù)學原理》這部著作是對哥白尼到牛頓時期力學和天文學上所有發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)地總結和發(fā)展。當時人們所接觸的各種力學問題，基本上都可以在這個框架內(nèi)得以解決。經(jīng)典力學體系既有巨大的科學意義，也為后來技術的發(fā)展筑起了一個堅實科學平臺。生命科學的進步給神學以沉重的打擊比利時維薩留斯1543年出版了《人體結構論》，說明了人體構造。1553年西班牙醫(yī)學家邁克爾.塞爾維特的《基督教的復興》出版，提出了血液循環(huán)理論。1628年威廉.哈維出版《血液運動論》，以更為確鑿的實驗結果搞清了血液循環(huán)的規(guī)律。1650年荷蘭人阿.列文霍克經(jīng)過多次試驗改進，將顯微鏡的放大倍數(shù)提高到270倍，發(fā)現(xiàn)了看不到的生物微結構和微小生物的活動。意大利解剖學家莫.馬爾比基借助顯微鏡發(fā)現(xiàn)了毛細血管和細胞165年哈維在其出版的《動物的發(fā)生》中研究了鹿的胚胎生長和小雞在蛋殼中的發(fā)育過程。生命科學的進步和成就，對生命起源與進化等根本問題的認知提供了一系列科學依據(jù)，并以其科學精神和揭示的事實打破神學在人們頭腦中造成的精神枷鎖。第一次技術革命前夜的重大科學理論突破18世紀中后期開始，以牛頓的經(jīng)典力學體系理論為基礎，科學的發(fā)展逐漸由基礎理論向技術理論和應用理論方向推行，而技術的發(fā)展也由實驗技術向?qū)I(yè)技術和生產(chǎn)技術轉(zhuǎn)變，科學的實際應用已經(jīng)日益顯示出來。這突出地表現(xiàn)在熱力說形成和發(fā)展。1798年，美國人侖福德（1753年~1814年）在用磚頭浸水鉆金屬炮筒時，鈍鉆頭和金屬筒的溫度同時升高，發(fā)現(xiàn)熱量來自于鉆頭的運動。1799年英國科學家戴維做了一個更為精確的實驗，將兩塊冰放置在真空容器中，排除熱傳導條件，利用鐘表機械的準確運動使他們相互摩擦，冰融化為水。實驗證明了熱是一種運動形式和機械運動形式的轉(zhuǎn)換。1824年法國人卡諾發(fā)表《關于火的動力以及這種動力的機器》指出，熱機只能在具有溫差的兩個熱源之間工作，當熱從高溫熱源像瀑布那樣流向低溫熱源時，熱機才能做功，熱機的工作效率主要取決于兩個熱源之間的溫差，即鍋爐和冷凝器之間溫差。他的這些思想成為后來的熱力學第二定律（熱只能從高溫熱源向低溫熱源的過程中做功）的基礎。二、以機械為特征的第一次技術革命

由紡織業(yè)開始的工作機技術革命啟動了第一次技術革命技術革命第一個階段是圍繞工作機的技術突破。是以紡織機械的發(fā)明為代表的工作機革命。棉紡織技術本身有兩個環(huán)節(jié)——紡紗和織布。由織布和紡紗兩項關聯(lián)技術互相促進，出現(xiàn)了了一系列的技術發(fā)明，使紡織技術有了大的突破。1733年織布工約翰.凱依發(fā)明了飛梭,飛梭的出現(xiàn)是紡織技術的重大突破,棉布的產(chǎn)量顯著上升。

織布速度加快,使紡紗技術的落后狀態(tài)突顯出來。1751年英國皇家學會發(fā)出公告，征求“發(fā)明一家出色的能同時紡6根棉紗或麻線而只需一個人照管的機器”。1755年發(fā)明家約翰.懷特發(fā)明了滾輪式紡紗機。

1765年詹姆斯.哈格里夫發(fā)明了錠子垂直放置的立式多軸紡紗機即珍妮機。

1771年，阿克萊特發(fā)明了水力紡紗機，1784年建立了水力紡紗廠。

1779年塞繆爾.康普頓發(fā)明和改進了騾機，結合了水力紡紗機和珍妮機的特點。

騾機的發(fā)明是紡織技術革命的轉(zhuǎn)折點，這種紡紗機的應用，使棉紗生產(chǎn)能力明顯超過了織布所需，織布技術的革新迫在眉睫。

1790年后，卡特萊特發(fā)明了用水車帶動的臥式自動織布機，后又用鋼結構取代木結構，織布效率急劇地提高。至此，英國紡織業(yè)基本上用機械化代替了手工工業(yè)。并且引發(fā)了一系列技術上的連鎖反應，凈棉機、梳棉機、漂白機、染織機先后被發(fā)明和應用。環(huán)錠紡紗機紡織技術是第一次技術革命的先導技術。在紡紗和織布兩個環(huán)節(jié)的交替進步中，英國等西歐北美國家的棉紡織工業(yè)開始了機械化的過程，由此揭開了人類歷史上工業(yè)革命的序幕。以蒸汽機為代表的動力機技術革命奠定了大工業(yè)的基礎。第一次技術革命的第二個階段是以蒸汽機的發(fā)明和革新為代表的動力機革命，這是在生產(chǎn)中機器取代人力、自然力及獸力的過程。對蒸汽機最初的直接需要，源自煤礦抽水和紡織業(yè)的大發(fā)展。在17世紀前半期，西歐人已經(jīng)掌握了關于大氣壓力和真空的知識,這為蒸汽機的發(fā)明提供了科學知識基礎。大約1689年前后，法國工程師巴本（1647~1712）造出了最早的用于抽水的蒸汽動力機器。英國工程師塞維利（1650~1715）發(fā)明了用于礦山抽水的蒸汽泵“礦山之友”，成為第一臺投入使用的蒸汽機。英國工程師紐康門（1663~1729），又對塞維利的“礦山之友”進行改造，制造出在礦井有實用意義的蒸汽動力裝置。這種動力機器利用蒸汽的冷熱交替推進運動,但其熱能利用效率低。所以，它未能替代水力動力，在那個時期基本上是水力和火力并用。大約在紐康門蒸汽機出現(xiàn)半個世紀之后，1765年瓦特（英國格拉斯大學的儀器制作和維修工），受命修理紐康門蒸汽機時運用物理學家布萊克關于“潛熱”和“比熱”的理論，設計出將單冷凝器單獨設置的蒸汽機模型。英國化學家布萊克（1728年~1799年），依據(jù)實驗提出溫度相同的不同物體，所含熱量并不相同。把各種物質(zhì)升溫或降溫一度所吸收或釋放的熱量，與同重的水升溫一度所釋放的熱量相比較，它們都有固定的比值，即比熱（1克物質(zhì)溫度上升1度所需的熱量）。布萊克還發(fā)現(xiàn)，由氣到水，由水到冰所釋放出的熱量，正好是由冰到水、由水到氣所吸收的熱量。許多物質(zhì)物態(tài)變化都有這樣的現(xiàn)象。由此，他由提出“潛熱”的概念。隨著機械精密加工技術的完善，1769年瓦特的蒸汽機被制造出來。后來，瓦特又改變了蒸汽機只能作直線做功的狀態(tài)，用齒輪與連桿裝置將活塞的直線往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。瓦特的蒸汽機不受地點條件的限制，又能普遍應用于各種工藝上，因而成為可以給幾乎一切機械以動力的“原動機”，被稱之為萬能機。蒸汽機在工業(yè)中的普遍使用始于紡織業(yè)(1785卡特賴特)，它首先使紡織業(yè)拍脫了因使用水力推動而只能沿河而建的格局，城市里出現(xiàn)了紡織廠并迅速壯大。蒸汽機也陸續(xù)在其他各工業(yè)部門使用，用以帶動冶金業(yè)需要的鼓風機、滾壓機、機械制造業(yè)需要的氣錘，面粉廠、啤酒廠需要的麥芽磨，陶瓷業(yè)需用的粹磨等等。1814年史蒂芬遜研制出了蒸汽機車，

從此蒸汽機鐵路時代到來。蒸汽機為大工業(yè)提供了巨大的動力。

機器制造業(yè)的機械化宣告第一次技術革命的完成隨著工作機和動力機被廣泛應用，使機器代替了手工工具。但是制造這些機器本身仍以手工方式進行的地效率問題就暴露出來。以機器制造機器的要求就顯得十分迫切。在這種需求的推動下，機器制造業(yè)及其制造技術有了較快的發(fā)展。第一次技術革命的第三階段以機器制造業(yè)的建立為代表，它奠定了近代機械化大生產(chǎn)的基礎，與之相適應的是鋼鐵冶煉技術和交通運輸業(yè)的發(fā)展。用機器制造機器是資本主義的工業(yè)化的起點，它使資本主義生產(chǎn)體制得以確立。一臺機器由幾十個甚至幾千個零件組成，依據(jù)其生產(chǎn)過程的中的工序而言，大致可分為制造毛胚的鑄造工藝、鍛壓工藝，對毛胚進行進一步加工的切割、車工、銑工、鉆工、刨工等工藝。到1840年前后，機械制造業(yè)用的主要設備如車床，鉆床、銑床、刨床以及精確測量用的千分尺、卡尺、卡鉗等，都已經(jīng)被發(fā)明出來。不少工廠還開始以標準化的部件生產(chǎn)，實現(xiàn)了零部件的互換和多種機器的批量生產(chǎn)。機器制造業(yè)的最終完成，使工業(yè)的基礎變得更加堅實穩(wěn)固，也標明第一次技術革命已完成。技術革命在其他工業(yè)部門的全面展開冶金業(yè)開始發(fā)展成熟。紡織機、蒸汽機的發(fā)明和廣泛應用于生產(chǎn)，特別是鋼鐵取代木材成為紡織機、蒸汽機制造的主要原料后，對鋼鐵的需求迅猛增長，促使了冶金技術的發(fā)展，冶金業(yè)的發(fā)展成為工業(yè)化發(fā)展的關鍵。焦炭煉鐵法是18世紀前期歐洲冶煉技術的重大發(fā)明。1784年英國工程師亨利.考爾特發(fā)明攪拌與碾壓精煉法，生產(chǎn)出大量的富有彈性的熟鐵和具有剛性與韌性的鋼。軋鋼技術開始產(chǎn)業(yè)化，鋼板、鋼軌等鋼材源源不斷地生產(chǎn)出來。化工技術隨紡織工業(yè)、冶金業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展被帶動起來。煤成為化學工業(yè)的重要原料，用煤制成了焦炭、煤氣、煤焦油。隨著棉布產(chǎn)量的增多，對棉布進行漂白、洗滌和染色等加工的需要使稀酸、硫磺和堿等化工原料的需求增大，促進了化工生產(chǎn)技術和產(chǎn)量的提升。在這一過程中還出現(xiàn)了化肥工廠，農(nóng)業(yè)因化肥的使用而迅速地提高了產(chǎn)量。交通工具由于蒸汽機的應用而面貌煥然一新。1814年英國人史蒂芬遜研制出世界上第一臺蒸汽機車，1822年英國修建了世界上第一條鐵路。鐵路成為工業(yè)發(fā)展的大動脈。1838年第一艘蒸汽鐵船“大西洋”號將歐美之間的航行縮短了15天。蒸汽機輪船將世界各大洲緊密聯(lián)系起來。農(nóng)耕技術也出現(xiàn)了新的變化，各種農(nóng)具如打禾機、播種機、脫粒機等陸續(xù)出現(xiàn)，加上化肥的使用大大提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。第一次技術革命從18世紀30年代開始，至19世紀60年代基本結束。它為18世紀第一次產(chǎn)業(yè)革命奠定了技術前提，也為資本主義生產(chǎn)方式最終戰(zhàn)勝封建生產(chǎn)方式奠定了物質(zhì)基礎。三、確立新生產(chǎn)體系和社會制度的產(chǎn)業(yè)革命第一次技術革命基本上是從工作機（水力紡織機）的發(fā)明開始，經(jīng)動力機（蒸汽機）的普遍使用，到機器制造業(yè)的形成而告結束。產(chǎn)業(yè)革命與科技革命的發(fā)展進程息息相