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(xué)革命二、以機(jī)械為特征的第一次技術(shù)革命三、確立新生產(chǎn)體系和社會(huì)制度的產(chǎn)業(yè)革命一、第一次科技革命天文學(xué)成為科學(xué)的起飛先導(dǎo)天文學(xué)是文藝復(fù)興期間發(fā)展最快的領(lǐng)域，它是一場(chǎng)觀念的革命，也是近代科學(xué)革命的第一階段，是科學(xué)起飛與思想解放的先導(dǎo)。在歐洲古希臘時(shí)代，占主導(dǎo)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(lái)解釋恒星的周轉(zhuǎn)以及太陽(yáng)、月亮和行星運(yùn)動(dòng)的宇宙體系的地心說(shuō)。在中世紀(jì)，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(shuō)”到中世紀(jì)晚期，托馬斯.阿奎那將亞里斯多德理論融合入基督教神學(xué)，從而使地球中心理論漸漸居于中心地位，并且在這一“復(fù)古”的變動(dòng)之下，又涌動(dòng)著新的宇宙體系的構(gòu)建和天文學(xué)革命。15世紀(jì)末，歐洲人的航海需求在實(shí)踐中刺激著天文學(xué)的進(jìn)步。哥白尼的日心說(shuō)

1509年，哥白尼寫(xiě)出了《概要》，這是關(guān)于日心學(xué)說(shuō)的最新闡釋。30年后，他又寫(xiě)出其不朽的天文學(xué)著作《天體運(yùn)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(jì)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(shí)際相對(duì)太陽(yáng)的順序位置，計(jì)算了它們圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期（土星30年，木星12年，火星2年，金星9個(gè)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(yáng)旋轉(zhuǎn)。哥白尼的學(xué)說(shuō)是一場(chǎng)革命，也帶動(dòng)了一系列觀念上的變動(dòng)。首先，哥白尼打破了亞里士多德的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的概念，引入相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀念。其次，哥白尼打破了亞里士多德物理學(xué)中天地截然不同的界限，認(rèn)清了地球是不斷運(yùn)動(dòng)的行星之一，將認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)的參照中心由地球移到太陽(yáng)。其三，哥白尼關(guān)于天體普遍旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是天體“固有屬性”的思想，取代了“原動(dòng)天”里造物主以及各司其責(zé)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(guó)人約翰.開(kāi)普勒繼續(xù)完善日心說(shuō)。布魯諾認(rèn)為，在太陽(yáng)系之外，還有無(wú)限多個(gè)世界，連太陽(yáng)系也不是宇宙的中心，從而提出了宇宙無(wú)限的思想。布拉赫進(jìn)行了天象觀測(cè)，對(duì)天文學(xué)發(fā)展提供了許多十分了利的細(xì)節(jié)上的科學(xué)資料。例如他觀測(cè)到一個(gè)彗星的軌跡并測(cè)算出其距離。開(kāi)普勒利用了布拉赫的觀測(cè)資料，巧妙地計(jì)算出包括地球在內(nèi)的六大行星的運(yùn)行軌道，接連提出了流行后世的三條“開(kāi)普勒定律”。開(kāi)普勒第一定律即行星軌道定律,諸行星的運(yùn)行的軌道不是正圓而是橢圓的,它們圍繞各自軌道的一個(gè)焦點(diǎn)運(yùn)行,而這些焦點(diǎn)又都重合在一起,那就是太陽(yáng)的所在之處。開(kāi)普勒第二定律是行星運(yùn)動(dòng)面積定律,即單位時(shí)間內(nèi)行星中心同太陽(yáng)中心的連線掃過(guò)的面積相等。開(kāi)普勒第三定律是行星運(yùn)動(dòng)周期定律，即行星在軌道上運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間的平方和它至太陽(yáng)的平均距離的立方成正比。開(kāi)普勒的三定律打破了以往歐洲天文學(xué)家關(guān)于行星軌道為正圓、天體運(yùn)行速度為勻速的觀點(diǎn)。他的發(fā)現(xiàn)使哥白尼的日心說(shuō)找到了數(shù)量關(guān)系，使其簡(jiǎn)潔性和完善性正真體現(xiàn)出來(lái)，為哥白尼學(xué)說(shuō)的鞏固奠定了基礎(chǔ)。物理學(xué)的突破奠定了近代科學(xué)的基礎(chǔ)伽利略是另一位偉大的科學(xué)家。他不僅傳播和發(fā)展了哥白尼的學(xué)說(shuō)，而且以科學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)相結(jié)合的科學(xué)方法進(jìn)行了一系列重大研究活動(dòng)，特別是在力學(xué)方面有重大的突破，將近代物理學(xué)引上了歷史的舞臺(tái)。伽利略的偉大發(fā)現(xiàn)之一是糾正了亞里士多德的關(guān)于自由落體過(guò)程中重物快于輕物、速度與質(zhì)量成正比的觀點(diǎn)，提出了落體在沒(méi)有空氣阻力的條件下，其下降速度與物體質(zhì)量無(wú)關(guān)，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(gè)發(fā)現(xiàn)，是發(fā)現(xiàn)了擺的等時(shí)性，即在下垂物的自然擺動(dòng)中，無(wú)論擺動(dòng)幅度是大是小，它都能自動(dòng)調(diào)節(jié)速度，擺動(dòng)一周的時(shí)間總是相等的。伽利略的第三個(gè)重要發(fā)現(xiàn)，是在對(duì)拋物運(yùn)動(dòng)的研究中發(fā)現(xiàn)了迭加原理。他認(rèn)為，水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和垂直方向的自由運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在于拋體上，互不干擾地合成一種運(yùn)動(dòng)。牛頓是近代最偉大的科學(xué)家之一。在數(shù)學(xué)方面，他發(fā)明了微積分；在天文學(xué)方面，他提出了萬(wàn)有引力定律，開(kāi)辟了天文學(xué)的新紀(jì)元；在物理學(xué)方面，他提出了關(guān)于運(yùn)動(dòng)的三大定律，從而建立了經(jīng)典力學(xué)體系。運(yùn)動(dòng)第一定律即慣性定律，它解決了力與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。運(yùn)動(dòng)第二定律解決了力與物體加速度之間的關(guān)系。物體運(yùn)動(dòng)量的變化與作用力的大小成正比。運(yùn)動(dòng)第三定律解決了力的相互作用的關(guān)系問(wèn)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(xué)的數(shù)學(xué)原理》這部著作是對(duì)哥白尼到牛頓時(shí)期力學(xué)和天文學(xué)上所有發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)地總結(jié)和發(fā)展。當(dāng)時(shí)人們所接觸的各種力學(xué)問(wèn)題，基本上都可以在這個(gè)框架內(nèi)得以解決。經(jīng)典力學(xué)體系既有巨大的科學(xué)意義，也為后來(lái)技術(shù)的發(fā)展筑起了一個(gè)堅(jiān)實(shí)科學(xué)平臺(tái)。生命科學(xué)的進(jìn)步給神學(xué)以沉重的打擊比利時(shí)維薩留斯1543年出版了《人體結(jié)構(gòu)論》，說(shuō)明了人體構(gòu)造。1553年西班牙醫(yī)學(xué)家邁克爾.塞爾維特的《基督教的復(fù)興》出版，提出了血液循環(huán)理論。1628年威廉.哈維出版《血液運(yùn)動(dòng)論》，以更為確鑿的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(guò)多次試驗(yàn)改進(jìn)，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(jié)構(gòu)和微小生物的活動(dòng)。意大利解剖學(xué)家莫.馬爾比基借助顯微鏡發(fā)現(xiàn)了毛細(xì)血管和細(xì)胞165年哈維在其出版的《動(dòng)物的發(fā)生》中研究了鹿的胚胎生長(zhǎng)和小雞在蛋殼中的發(fā)育過(guò)程。生命科學(xué)的進(jìn)步和成就，對(duì)生命起源與進(jìn)化等根本問(wèn)題的認(rèn)知提供了一系列科學(xué)依據(jù)，并以其科學(xué)精神和揭示的事實(shí)打破神學(xué)在人們頭腦中造成的精神枷鎖。第一次技術(shù)革命前夜的重大科學(xué)理論突破18世紀(jì)中后期開(kāi)始，以牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系理論為基礎(chǔ)，科學(xué)的發(fā)展逐漸由基礎(chǔ)理論向技術(shù)理論和應(yīng)用理論方向推行，而技術(shù)的發(fā)展也由實(shí)驗(yàn)技術(shù)向?qū)I(yè)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)變，科學(xué)的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)日益顯示出來(lái)。這突出地表現(xiàn)在熱力說(shuō)形成和發(fā)展。1798年，美國(guó)人侖福德（1753年~1814年）在用磚頭浸水鉆金屬炮筒時(shí)，鈍鉆頭和金屬筒的溫度同時(shí)升高，發(fā)現(xiàn)熱量來(lái)自于鉆頭的運(yùn)動(dòng)。1799年英國(guó)科學(xué)家戴維做了一個(gè)更為精確的實(shí)驗(yàn)，將兩塊冰放置在真空容器中，排除熱傳導(dǎo)條件，利用鐘表機(jī)械的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)使他們相互摩擦，冰融化為水。實(shí)驗(yàn)證明了熱是一種運(yùn)動(dòng)形式和機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換。1824年法國(guó)人卡諾發(fā)表《關(guān)于火的動(dòng)力以及這種動(dòng)力的機(jī)器》指出，熱機(jī)只能在具有溫差的兩個(gè)熱源之間工作，當(dāng)熱從高溫?zé)嵩聪衿俨寄菢恿飨虻蜏責(zé)嵩磿r(shí)，熱機(jī)才能做功，熱機(jī)的工作效率主要取決于兩個(gè)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(lái)的熱力學(xué)第二定律（熱只能從高溫?zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩吹倪^(guò)程中做功）的基礎(chǔ)。二、以機(jī)械為特征的第一次技術(shù)革命

由紡織業(yè)開(kāi)始的工作機(jī)技術(shù)革命啟動(dòng)了第一次技術(shù)革命技術(shù)革命第一個(gè)階段是圍繞工作機(jī)的技術(shù)突破。是以紡織機(jī)械的發(fā)明為代表的工作機(jī)革命。棉紡織技術(shù)本身有兩個(gè)環(huán)節(jié)——紡紗和織布。由織布和紡紗兩項(xiàng)關(guān)聯(lián)技術(shù)互相促進(jìn)，出現(xiàn)了了一系列的技術(shù)發(fā)明，使紡織技術(shù)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(shù)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(shù)的落后狀態(tài)突顯出來(lái)。1751年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)發(fā)出公告，征求“發(fā)明一家出色的能同時(shí)紡6根棉紗或麻線而只需一個(gè)人照管的機(jī)器”。1755年發(fā)明家約翰.懷特發(fā)明了滾輪式紡紗機(jī)。

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(jī)即珍妮機(jī)。

1771年，阿克萊特發(fā)明了水力紡紗機(jī)，1784年建立了水力紡紗廠。

1779年塞繆爾.康普頓發(fā)明和改進(jìn)了騾機(jī)，結(jié)合了水力紡紗機(jī)和珍妮機(jī)的特點(diǎn)。

騾機(jī)的發(fā)明是紡織技術(shù)革命的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這種紡紗機(jī)的應(yīng)用，使棉紗生產(chǎn)能力明顯超過(guò)了織布所需，織布技術(shù)的革新迫在眉睫。

1790年后，卡特萊特發(fā)明了用水車(chē)帶動(dòng)的臥式自動(dòng)織布機(jī)，后又用鋼結(jié)構(gòu)取代木結(jié)構(gòu)，織布效率急劇地提高。至此，英國(guó)紡織業(yè)基本上用機(jī)械化代替了手工工業(yè)。并且引發(fā)了一系列技術(shù)上的連鎖反應(yīng)，凈棉機(jī)、梳棉機(jī)、漂白機(jī)、染織機(jī)先后被發(fā)明和應(yīng)用。環(huán)錠紡紗機(jī)紡織技術(shù)是第一次技術(shù)革命的先導(dǎo)技術(shù)。在紡紗和織布兩個(gè)環(huán)節(jié)的交替進(jìn)步中，英國(guó)等西歐北美國(guó)家的棉紡織工業(yè)開(kāi)始了機(jī)械化的過(guò)程，由此揭開(kāi)了人類(lèi)歷史上工業(yè)革命的序幕。以蒸汽機(jī)為代表的動(dòng)力機(jī)技術(shù)革命奠定了大工業(yè)的基礎(chǔ)。第一次技術(shù)革命的第二個(gè)階段是以蒸汽機(jī)的發(fā)明和革新為代表的動(dòng)力機(jī)革命，這是在生產(chǎn)中機(jī)器取代人力、自然力及獸力的過(guò)程。對(duì)蒸汽機(jī)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(jì)前半期，西歐人已經(jīng)掌握了關(guān)于大氣壓力和真空的知識(shí),這為蒸汽機(jī)的發(fā)明提供了科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)。大約1689年前后，法國(guó)工程師巴本（1647~1712）造出了最早的用于抽水的蒸汽動(dòng)力機(jī)器。英國(guó)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(tái)投入使用的蒸汽機(jī)。英國(guó)工程師紐康門(mén)（1663~1729），又對(duì)塞維利的“礦山之友”進(jìn)行改造，制造出在礦井有實(shí)用意義的蒸汽動(dòng)力裝置。這種動(dòng)力機(jī)器利用蒸汽的冷熱交替推進(jìn)運(yùn)動(dòng),但其熱能利用效率低。所以，它未能替代水力動(dòng)力，在那個(gè)時(shí)期基本上是水力和火力并用。大約在紐康門(mén)蒸汽機(jī)出現(xiàn)半個(gè)世紀(jì)之后，1765年瓦特（英國(guó)格拉斯大學(xué)的儀器制作和維修工），受命修理紐康門(mén)蒸汽機(jī)時(shí)運(yùn)用物理學(xué)家布萊克關(guān)于“潛熱”和“比熱”的理論，設(shè)計(jì)出將單冷凝器單獨(dú)設(shè)置的蒸汽機(jī)模型。英國(guó)化學(xué)家布萊克（1728年~1799年），依據(jù)實(shí)驗(yàn)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(jī)械精密加工技術(shù)的完善，1769年瓦特的蒸汽機(jī)被制造出來(lái)。后來(lái)，瓦特又改變了蒸汽機(jī)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(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。瓦特的蒸汽機(jī)不受地點(diǎn)條件的限制，又能普遍應(yīng)用于各種工藝上，因而成為可以給幾乎一切機(jī)械以動(dòng)力的“原動(dòng)機(jī)”，被稱(chēng)之為萬(wàn)能機(jī)。蒸汽機(jī)在工業(yè)中的普遍使用始于紡織業(yè)(1785卡特賴(lài)特)，它首先使紡織業(yè)拍脫了因使用水力推動(dòng)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(jī)也陸續(xù)在其他各工業(yè)部門(mén)使用，用以帶動(dòng)冶金業(yè)需要的鼓風(fēng)機(jī)、滾壓機(jī)、機(jī)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(jī)車(chē)，

從此蒸汽機(jī)鐵路時(shí)代到來(lái)。蒸汽機(jī)為大工業(yè)提供了巨大的動(dòng)力。

機(jī)器制造業(yè)的機(jī)械化宣告第一次技術(shù)革命的完成隨著工作機(jī)和動(dòng)力機(jī)被廣泛應(yīng)用，使機(jī)器代替了手工工具。但是制造這些機(jī)器本身仍以手工方式進(jìn)行的地效率問(wèn)題就暴露出來(lái)。以機(jī)器制造機(jī)器的要求就顯得十分迫切。在這種需求的推動(dòng)下，機(jī)器制造業(yè)及其制造技術(shù)有了較快的發(fā)展。第一次技術(shù)革命的第三階段以機(jī)器制造業(yè)的建立為代表，它奠定了近代機(jī)械化大生產(chǎn)的基礎(chǔ)，與之相適應(yīng)的是鋼鐵冶煉技術(shù)和交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。用機(jī)器制造機(jī)器是資本主義的工業(yè)化的起點(diǎn)，它使資本主義生產(chǎn)體制得以確立。一臺(tái)機(jī)器由幾十個(gè)甚至幾千個(gè)零件組成，依據(jù)其生產(chǎn)過(guò)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(duì)毛胚進(jìn)行進(jìn)一步加工的切割、車(chē)工、銑工、鉆工、刨工等工藝。到1840年前后，機(jī)械制造業(yè)用的主要設(shè)備如車(chē)床，鉆床、銑床、刨床以及精確測(cè)量用的千分尺、卡尺、卡鉗等，都已經(jīng)被發(fā)明出來(lái)。不少工廠還開(kāi)始以標(biāo)準(zhǔn)化的部件生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了零部件的互換和多種機(jī)器的批量生產(chǎn)。機(jī)器制造業(yè)的最終完成，使工業(yè)的基礎(chǔ)變得更加堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固，也標(biāo)明第一次技術(shù)革命已完成。技術(shù)革命在其他工業(yè)部門(mén)的全面展開(kāi)冶金業(yè)開(kāi)始發(fā)展成熟。紡織機(jī)、蒸汽機(jī)的發(fā)明和廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，特別是鋼鐵取代木材成為紡織機(jī)、蒸汽機(jī)制造的主要原料后，對(duì)鋼鐵的需求迅猛增長(zhǎng)，促使了冶金技術(shù)的發(fā)展，冶金業(yè)的發(fā)展成為工業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵。焦炭煉鐵法是18世紀(jì)前期歐洲冶煉技術(shù)的重大發(fā)明。1784年英國(guó)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(shù)開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化，鋼板、鋼軌等鋼材源源不斷地生產(chǎn)出來(lái)?；ぜ夹g(shù)隨紡織工業(yè)、冶金業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展被帶動(dòng)起來(lái)。煤成為化學(xué)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(duì)棉布進(jìn)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(jìn)了化工生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)量的提升。在這一過(guò)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(jī)的應(yīng)用而面貌煥然一新。1814年英國(guó)人史蒂芬遜研制出世界上第一臺(tái)蒸汽機(jī)車(chē)，1822年英國(guó)修建了世界上第一條鐵路。鐵路成為工業(yè)發(fā)展的大動(dòng)脈。1838年第一艘蒸汽鐵船“大西洋”號(hào)將歐美之間的航行縮短了15天。蒸汽機(jī)輪船將世界各大洲緊密聯(lián)系起來(lái)。農(nóng)耕技術(shù)也出現(xiàn)了新的變化，各種農(nóng)具如打禾機(jī)、播種機(jī)、脫粒機(jī)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(shù)革命從18世紀(jì)30年代開(kāi)始，至19世紀(jì)60年代基本結(jié)束。它為18世紀(jì)第一次產(chǎn)業(yè)革命奠定了技術(shù)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(chǔ)。三、確立新生產(chǎn)體系和社會(huì)制度的產(chǎn)業(yè)革命第一次技術(shù)革命基本上是從工作機(jī)（水力紡織機(jī)）的發(fā)明開(kāi)始，經(jīng)動(dòng)力機(jī)（蒸汽機(jī)）的普遍使用，到機(jī)器制造業(yè)的形成而告結(jié)束。產(chǎn)業(yè)革命與科技革命的發(fā)展進(jìn)程息息相