试描述近代史上两次技术革命的主要成就，并比较其异同。

65438+20世纪60年代-65438+9世纪中期(人类开始进入蒸汽时代)

工业革命不能仅仅归功于一小群发明家的天才。天才无疑起了作用，然而，它更重。

重要的是18世纪后期开始发挥作用的各种有利力量的组合。除非在强烈需求的刺激下，发明家很少做出发明。许多作为各种新发明基础的原理在工业革命前几个世纪就已为人所知，但由于缺乏刺激，它们没有应用于工业。例如，蒸汽动力就是这种情况。蒸汽动力在古希腊时代就已为人所知，甚至被应用，但它只被用于打开和关闭寺庙的大门。然而，在英国，为了从矿井中抽水并转动新机器的轮子，迫切需要一种新的能源。于是，进行了一系列的发明和改进，直到最终研制出适合批量生产的蒸汽机。

这些有利条件导致了一系列的发明，使棉纺织业到1830完全实现机械化成为可能。在新发明中，理查德·阿克里特的液压纺纱机(1796)、詹姆斯·哈格里夫斯的多锭纺纱机(1770)和塞缪尔·克伦普顿的纺纱机(1779)是优秀的。水力纺纱机可以在皮辊之间纺出细而强的纱线；用多锭纺纱机，一个人可以同时纺八根纱线，然后是16根纱线，最后是100多根纱线；锭子纺纱机又称为“走锭纺纱机”，因为它结合了液压纺纱机和多锭纺纱机的优点。所有这些新型纺纱机生产的纱线很快就超过了纺织工的能力。一位名叫埃德蒙·卡特赖特的牧师试图纠正这种不平衡。1785年，他获得了一项动力织布机的专利，该织布机最初由马驱动，1789年后由蒸汽驱动。这项新发明很粗糙，在商业上无利可图。然而，经过20年的改进，其最严重的缺点已经得到纠正。到19的1920年代，这种动力织布机已经基本取代了棉纺织业的手工织布工。

正如纺纱方面的发明导致纺织方面的相应发明一样，一个行业的发明促进了其他行业的相应发明。新型棉纺机械需要动力，比传统的水车、马提供的动力更丰富、更可靠。大约在1702年，托马斯·纽科门制造了一台原始的蒸汽机，并广泛用于从煤矿中抽水。但与它提供的动力相比，它消耗的燃料太多，所以从经济上来说只适合煤田本身。1763年，来自格拉斯哥大学的技术人员詹姆斯·瓦特开始改进纽科门的蒸汽机。他与制造商马修·博尔顿建立了商业伙伴关系，博尔顿为相当昂贵的实验和初始模型筹集了资金。这项事业被证明是非常成功的；到1800，瓦特的基本专利权到期时，大约有500台博尔顿-瓦特蒸汽机在使用。其中38%的蒸汽机用于抽水，其余用于为纺织厂、炼铁炉、面粉厂等行业提供旋转动力。但是蒸汽机的顺利发明也离不开当时的自然环境和社会因素。早在公元前120年，古埃及就有人研究过蒸汽作为动力。据统计，在随后的1800多年里，尝试用蒸汽做动力的发明家不下20个，但没有一个制造出相对完善的蒸汽机，并广泛应用于生产。所以有人说:“如果瓦特早出生一百年，他和他的发明就一起死了！”因此，环境也很重要。

蒸汽机的历史意义怎么强调也不为过。它提供了一种控制和利用热能并为机器提供驱动力的手段。因此结束了人类长期以来对畜力、风力、水力的依赖。此时，人类已经获得了一种巨大的新能源，不久，人类还可以开发出隐藏在地球中的其他化石燃料，即石油和天然气。就这样开始了一个趋势，导致了现在的局面:西欧和北美每人可利用的能量分别是亚洲每人的11.5倍和29倍。在一个经济和军事力量直接依赖于可用能源的世界里，这些数字的重要性是显而易见的。事实上，可以说欧洲在19世纪对世界的统治是建立在蒸汽机的基础上，而不是其他任何手段或力量。

新的棉纺厂和蒸汽机需要增加铁、钢和煤的供应——这一需求已经通过采矿和冶金方面的一系列改进得到了满足。最初，铁矿石是在一个装满木炭的小熔炉里冶炼的。森林的枯竭迫使制造商转向煤炭；正是在这个时候(1709)，亚伯拉罕·达比发现了煤可以变成焦炭，普通的木头可以变成木炭。事实证明，可乐和木炭一样有效，而且便宜得多。达比的儿子研制了由水车驱动的巨大风箱，从而制造了第一座机械控制的高炉，大大降低了铁的成本。1760，约翰·斯密顿进一步完善；他抛弃了达比用皮革和木头制成的风箱，代之以水泵，水泵由四个带活塞和阀门的金属圆筒组成，由水轮驱动。更重要的是，这一改进是由亨利·科特(Henry Cote)作出的，他在1784年发明了“搅拌”法来去除熔融生铁中的杂质。Park Jung Su将熔融的生铁放入反射炉中搅拌或“搅动”。这样，熔体中的碳被熔体中循环的空气中的氧气除去。除去碳和其他杂质后，就产生了比原来易碎的熔融生铁或生铁更有韧性的铁水。当时，为了跟上炼铁工业日益增长的需求，采煤技术也得到改进。极其重要的是蒸汽机用于矿井排水，汉弗莱·戴维爵士在1815年发明的安全灯；安全灯大大减少了采矿中的危险。

这些发展的结果是，到1800年，英国生产的煤和铁将超过世界其他国家的总和。更具体地说，英国的煤炭产量从1770年的600万吨上升到1800年的12万吨，再上升到1861年的5700万吨。同样，英国的铁产量从1770年的5万吨增加到1800年的13万吨，再增加到1861年的380万吨。铁资源丰富，价格低廉，足以用于一般建筑。因此，人类不仅进入了蒸汽时代，也进入了钢铁时代。

纺织工业、采矿工业和冶金工业的发展引起了对改进运输工具的需求，这种运输工具可以运输大量的煤和矿石。这个方向最重要的一步是在1761迈出的；那一年，布里奇沃特公爵在曼彻斯特和沃斯利的煤矿之间开通了一条7英里长的运河。曼彻斯特的煤炭价格下降了一半；后来，公爵将他的运河延伸到了默西河，其成本只有陆地运输公司收费的六分之一。这些惊人的成就引起了运河开凿热，使英国到1830年拥有了2500英里的运河。

与运河时代并行的是伟大的道路建设时期。起初，道路非常原始，人们只能步行或骑马出行。在雨季，用马在这条路上拉一辆满载货物的面包车几乎是不可能的。1850之后，一群道路工程师——约翰·梅特卡夫(John Metcalfe)、托马斯·特尔福德(Thomas telford)和约翰·麦克亚当(John Macadam)——发明了用能承受全年交通的坚硬路面筑路的技术。乘坐四轮马车旅行的速度从每小时4英里提高到了6英里、8英里甚至10英里。夜间出行也是可以的。因此，过去从爱丁堡到伦敦需要65，438+04天。此时，只需要44小时。

1830后，公路、水路受到铁路的挑战。这种新的运输方式分两个阶段实现。最开始出现了到18世纪中叶已经广泛使用的铁轨或铁轨。它们被用来将煤从矿井口运输到水路或烧煤的地方。据说在赛道上，一个女人或小孩可以拉一辆载重四分之三吨的卡车，一匹马可以做22匹马在普通道路上做的事情。第二阶段是在卡车上安装蒸汽机。这方面的主要人物是采矿工程师乔治·斯蒂芬森，他首先用机车把几辆煤车从矿井拉到泰恩河。1830年，他的火车头“火箭”以平均每小时14英里的速度行驶了31英里，拉着一列火车从利物浦到曼彻斯特。在短短几年内，铁路主导了长途运输，与公路或运河相比，铁路可以以更快的速度和更低的成本运输乘客和货物。到1838，英国有500英里的铁路；到1850，铁路将达到6600英里；到1870，拥有铁路15500英里。

蒸汽机也用于水运。自1770年以来，来自苏格兰、法国和美国的发明家一直在船上试验蒸汽机。美国人罗伯特·富尔顿建造了第一艘成功的商业汽船。他去英国学习绘画，但是和詹姆斯一起。

互相了解后，瓦特转向了工程。1807年，他在哈德逊河推出了他的汽船“克莱蒙特”。这艘船装备了一台驱动桨轮的瓦特型蒸汽机。它行驶了150英里回到哈德逊河，到达奥尔巴尼。其他发明家也以富尔顿为榜样，包括格拉斯哥的亨利·贝尔，他为苏格兰在克莱德河两岸的造船奠定了基础。早期的蒸汽船只用于河流和沿海地区的航行，但在1833年，“皇家威廉”号蒸汽船从新斯科舍驶往英格兰。5年后，蒸汽船天狼星号和大西方号分别用16.5天和13.5天反方向横渡大西洋，航行时间约为最快帆船的一半。1840年，塞缪尔·肯纳德(Samuel Kennard)建立了一条横跨大西洋的定期航线，提前宣布船只的到达和出发日期。肯纳德宣扬他的路线是一条“海洋铁路”，取代了“航海时代不可分割的恼人的不规则性”。到1850年，汽船在运送乘客和邮件方面已经超过帆船，开始成功争夺货运。

工业革命不仅在运输方面引起了一场革命，而且在通讯方面也引起了一场革命。在过去，人们只能通过马车、快递或船只将消息发送到一个遥远的地方。然而，电报是在18世纪中叶发明的；做出这项发明的主席是英国人查尔斯·惠斯通和两个美国人塞缪尔·莫尔斯和阿尔弗雷德·韦尔。1866年，人们铺设了一条横跨大西洋的电缆，建立了东半球和美洲之间的直接通信。

人类就这样征服了时间和空间。自古以来，人类总是用乘坐马车、骑马或航海旅行所需的小时数来表示不同地方之间的距离。但是现在，人类已经穿着跨越七里格的靴子穿越了地球。人类可以通过汽船和铁路跨越海洋和大陆，可以通过电报与世界各地的同胞交流。这些成就，连同使人类能够利用煤的能量、低成本生产铁并同时纺出100根纱线的其他成就，显示了工业革命第一阶段的影响和意义。这个阶段世界是统一的，统一的程度大大超过了罗马时代或者蒙古时代的世界。此外，它使欧洲主宰世界成为可能，这种情况一直持续到工业革命蔓延到其他地区。

触发英国工业革命的必然是市场。

第二次工业革命

19世纪下半叶——20世纪初(人类开始进入电气时代，在信息革命中达到顶峰)。

始于18世纪末的工业革命，一直稳步不懈地延续至今。因此，将其发展过程划分为不同时期，本质上是任意的。但如果把1870作为过渡日期，还是可以分的。大约是在1870左右，出现了两个重要的发展——科学开始极大地影响工业，大规模生产的技术得到改进和应用。

正如我们在前一章中提到的，科学在开始时对工业几乎没有影响。我们至今掌握的纺织业、采矿业、冶金业、运输业的发明，很少是科学家做的。相反，它们大多是由对非同寻常的经济刺激做出反应的有才华的技术人员完成的。但是1870之后，科学开始发挥更重要的作用。渐渐地，它成为所有大规模工业生产的一个组成部分。工业研究的实验室配备了昂贵的仪器和训练有素的科学家，他们系统地研究指定的问题，取代了孤独的发明家的阁楼和工作室。早先，发明是个人应对机遇的结果，而现在，发明是事先安排好的，实际上是定制的。沃尔特·李普曼恰当地描述了这种新情况如下:

从远古时代起，机器就被发明了。它们极其重要，比如轮子，比如帆船，比如风车和水车。但是到了现代，人们发明了制造发明的方法，人们发现了制造发现的方法。机械的进步不是偶然的，而是系统的、递增的。我们知道我们会制造出越来越完美的机器；这一点是以前人们没有意识到的。

1870之后，所有行业都受到了科学的影响。比如在冶金方面，发明了很多工艺方法(贝塞麦炼钢法、西门子-马丁炼钢法、盖尔克里斯特-托马斯炼钢法)，使得从低品位铁矿石中冶炼出大量的高品位钢成为可能。由于电力的使用和主要使用石油和汽油的内燃机的发明，电力工业得到了彻底的改革。无线电的发明也改变了通讯方式。1896年，古里·埃尔莫·马可尼发明了一种不用电线就能收发信息的机器。然而，他的成就是基于苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和德国物理学家亨利希·赫兹的研究。石油工业发展迅速，因为地质学家和化学家做了大量的工作；地质学家以非凡的准确性勘探油田，化学家发明了各种方法从原油中提取石脑油、汽油、煤油和轻重润滑油。科学对工业影响的最显著的例子之一可以在煤的衍生物中找到。煤不仅为照明提供焦炭和有价值的气体，而且还产生一种液体，即煤焦油。化学家在这种物质中发现了真正的宝藏——各种衍生物，包括数百种染料和大量其他副产品，如阿司匹林、冬青油、糖精、消毒剂、泻药、香水、照相化学品、烈性炸药和橙花香精。

工业革命的第二阶段也以大规模生产技术的发展为特征。美国在这方面领先，就像德国在科学领域领先一样。美国有一些明显的优势可以解释为什么它在大规模生产方面排名第一:一个巨大的原材料宝库；为土著和欧洲人提供充足的资本供应；廉价移民劳动力的持续流入；中国巨大的国内市场，快速增长的人口和生活水平的提高。

大规模生产的两种主要方法是在美国发展起来的。一种方法是制造标准的和可互换的零件，然后用最少的人工将这些零件组装成一个完整的单元。正是在19世纪初，美国发明家伊莱·惠特尼用这种方法为政府制造了大量的火枪。基于这一新的原则，他的工厂引起了广泛的关注，许多游客参观了它。其中一位参观者恰如其分地描述了惠特尼革命性技术的基本特征:“他为火枪的每一个零件都做了一个模具；据说这些模具加工得非常精确，任何一把火枪的每一个零件都可以适用于其他任何一把火枪。”在惠特尼之后的几十年里，机器制造得越来越精确，因此有可能生产出不是几乎一样而是完全一样的零件。第二种方法，出现于20世纪初，是设计一条“流水线”。亨利·福特因发明了一种可以将汽车零件运送到装配工人需要的地方的环形传送带而声名鹊起，并获得了大量财产。有人形象地描述了这种传送带模式的发展过程如下:

制造传送带的想法来自芝加哥的罐头食品工人，他们使用空中起重机沿着一排屠夫提升肉牛的尸体。福特首先在组装发动机和飞轮磁电机上的小零件时尝试了这种想法，然后在组装发动机本身和汽车底盘时也尝试了这种想法。

一天，一辆汽车的底盘被绑在一根钢缆上。当绞车拖着钢缆穿过工厂时，六名工人沿着钢缆进行了一次250英尺的历史性旅行。他们一边走，一边捡起沿途的零件，并用螺栓固定在汽车底盘上。实验完成了，但是有一个困难。上帝造人不像福特造活塞环那么精确。流水线对矮个子来说太高，对高个子来说太低，结果是徒劳的。

所以，多做实验。先升高流水线，再降低流水线，再试用两条流水线，适合不同身高的人；先提高流水线的运行速度，再降低流水线的运行速度，然后做各种实验，确定一条流水线上需要安置多少人，每道工序应该相隔多远，是否让装螺栓的人再拧一次螺母，让原来装螺母的人有时间拧紧螺母。最后，组装每辆汽车底盘的规定时间从18小时28分钟缩短到1小时33分钟，世界有可能获得大量新的T型车。随着工人们在他们的机器上变得更加有效的齿轮齿，大规模生产已经进入了一个新的阶段。

然后在先进的机械设备的帮助下，对成堆的原料的处理得到了改善。这种大规模生产的方法在美国也得到了改进，最好的例子是钢铁工业。制造铁轨的过程的以下描述说明了这种方法:

钢铁工业在很大范围内发展了这种连续生产。铁矿石来自梅萨比岭。蒸汽铲把铁矿石铲进火车车厢；马车被拖到德卢斯或苏必利尔，然后进入一些洼地上面的码头。当车厢底部向外翻的时候，车厢里的铁矿石就被卸到了洼地里。斜槽允许铁矿石从凹部进入矿石运输船的货舱。在伊利湖港口，矿石船被自动装置卸下，矿石被装上火车车厢。在匹兹堡，这些汽车由自动倾卸卡车卸下，倾卸卡车将汽车转向自己的一侧，使矿石像瀑布一样落入箱子里；装在这些箱子里的焦炭、石灰石和矿石被装载机运到高炉顶部，然后倒入炉内。于是，高炉开始生产。从高炉出来的热生铁由铁水罐车运送到混铁炉，然后运送到平炉。这样就实现了省油。然后，平炉开始出钢，钢水流入巨大的钢包，再从那里流入放在平板车上的结晶器。一辆机车把平板车推到几个坑里，拆模后剩下的裸露的钢锭就放在这些坑里保温，直到制作的时候。输送机将钢锭运送到轧机，自动平台不时升降，在轧制设备之间来回投掷所需形状的钢轨。这样做出来的钢轨形状极好，稍有偏差就要报废。电动起重机、铲斗、输送机、自动倾卸卡车、卸载机和装载机使得从矿山到铁路的铁矿石生产成为一件令人难以置信的自动化和充满活力的事情。

从纯经济的角度来看，这种规模的大规模生产的意义，可以从钢铁之王安德鲁·卡耐基下面这句无可指责的话中探测出来:

两磅铁矿石从苏必利尔湖开采出来，运到900英里外的匹兹堡；开采一磅半的煤，制成焦炭，然后运到匹兹堡；开采半磅石灰，运到匹兹堡；在弗吉尼亚州开采少量的锰矿，然后运输到匹兹堡——这四磅原料制成一磅钢铁，消费者只需要为这一磅钢铁支付一分钱。

科学的大规模生产方式不仅影响工业，也影响农业。而且，在科学应用上领先的德国，在量产上领先的美国，都在发生这样的事情。德国化学家发现，为了保持土壤肥力，必须恢复土壤中植物吸收的氮、钾、磷。最初是用天然肥料来达到这个目的，但是到了19年底，天然肥料在形式上让位于更纯粹、更必需的无机物。结果，全世界无机物的产量大大增加了。在1850至1913期间，硝酸盐、钾肥和过磷酸钙的产量从微不足道的数量增加到899800公吨(其中四分之三用于化肥生产)、1348000公吨和16256553。

第三次工业革命

时间不确定，大概在二战之后。当人类进入科技时代，被欧美称为21世纪的生物克隆技术和空间科技的出现，将引发第三次工业革命，即生物技术和工业革命。

21世纪的生物技术和工业革命[1]

由美国引发的金融危机波及全球，这既是危机也是机遇。产业模式或产业结构的转变往往是新经济、新产业时代的特征，技术革命带来产业革命。自从第一次工业革命在英国中西部开始，第二次工业革命几乎同时在欧美发生以来，社会产业结构的形成和经济增长达到了一个新的历史时期。中国明清时期，纺织、印染、采矿等行业和商业萌芽，晋商和徽商在丝绸之路南北两端形成了著名的商业模式。西方近代科学的发展在中国文化中可见一斑，如儒家的社会伦理(社会规范)、墨家的实践经验(实验方法)、禅宗的概念澄清(顿悟)、道家的系统逻辑模型(结构模型)、一些科技发明的原型等。中国近代工业化经历了曾国藩、盛宣怀时代的江南制造业，广东、福建的经济特区，开始从珠三角、长三角、渤海湾向中西部发展。经济增长的本质是科技创新和产业化，体现为发明家、企业家和金融家的社会活力。瞄准新科技革命，及时把握从技术创意到产品市场化的整个经济链条，将为经济带来根本性崛起的机遇。

20世纪，科学技术的方法论从经验分析转向系统综合，人工智能和微电子技术的发展引发了计算机、电信等信息产业的革命，带来了基因组计划和生物信息学的发展。综合哲学早在系统科学诞生之前就已经形成，包括19世纪晚期和20世纪早期的斯潘塞的综合哲学、罗素的哲学分析与综合、怀特海的有机哲学。20世纪80年代末90年代初，中国科学哲学讨论综合哲学、系统科学与传统医学、中国哲学。90年代，中国科学院曾邦哲(解)阐述了系统生物工程和系统遗传学的概念，并于1999在德国建立了系统生物工程与工程网络。2000年，美国的L.Hood和日本的H.Kitano建立了系统生物学研究机构。2003年，J.Keasling建立了基于系统生物学的遗传工程-合成生物学系。2005年，法国人F.Cambien和L. Tiret讨论了系统遗传学对动脉硬化研究的概念。随后，世界爆炸性地走向计算机科学与生物科学融合的科技与产业发展趋势，这将带来细胞制药厂和细胞计算机生物产业化的21世纪时代。欧美的科技决策机构制定了教育、科研和产业改革的政策，中国在基因生物技术和系统医学发展方面出台了中医药产业现代化的重大项目和决策。

2007年6月，英国皇家工程院生物医学和生物工程系主任R. I. Kitney院士说:“系统生物学和合成生物学的耦合将产生第三次工业革命”，它将颠覆计算机、纳米技术、生物学和医学等领域的技术和工业变革，即生物工业革命。21世纪的整个产业结构将转变为系统生物工程的生物-(化学)-物理联盟产业模式，即体现为机器(进化和基因计算)、生物材料(纳米生物分子、工程生物材料)和基因工程生物的生物系统原理，集生态学、遗传、仿生学和机械、化工、电磁学的工程应用于一体的材料、能源和信息产业。计算机科学的理论来源于对动物通讯行为、神经系统控制论和信息论的研究。细胞内和细胞间通讯行为的探索导致了系统生物科学与工程的发展，这将形成未来的材料、能源和信息的全方位生物产业。

科技革命和产业革命是不同的概念，产业革命往往是由制造业的革命引起的，导致三大产业的全面变革。第一次工业革命始于纺织的工业规模和蒸汽机的广泛应用，止于内燃机和汽车工业的发明。第二次工业革命启动了电气化、电话、电子通讯行业的发展，在计算机互联网技术(即信息革命、信息革命)上达到顶峰；第三次工业革命应该是从有机化学工程的结束，基因工程的开始，以及系统生物学和合成生物学的迅速发展开始的。生物工业革命的显著特征是跨学科和技术综合，是基于有机化学合成技术、高精度分析化学、纳米分子科学、微电子技术、超大规模集成、计算机软件设计、转基因生物技术、药物筛选高通量技术等学科和技术的综合集成。生物分子计算机组件、人工智能生物计算、合成细胞生物系统等的开发。，将在30年左右带来人工设计的新型生物分子材料、藻类人工细胞合成的油、纳米医用细胞机器人等产业发展。将支持重点转移到有潜力的高新技术开发和发明上，将是未来支柱企业发展的基础。