三次工业革命 三次工业革命综述

第一次:19世纪60年代-19世纪中期

工业革命不能完全归咎于一小撮发明家的天才。虽然天才无疑起到了一定的作用，但更重要的是18世纪后期发挥作用的各种有利力量的结合。发明家很少发明，除非在强烈需求的刺激下。

在工业革命之前，许多作为各种新发明基础的原理已经为人所知几个世纪了，但由于缺乏刺激，它们还没有应用于工业。例如蒸汽动力就是这种情况。蒸汽动力在古埃及和古希腊已经为人所知，甚至得到应用，但它只用于打开和关闭寺庙的门。

然而，在英国，为了从矿井中抽水并转动新机器的轮子，迫切需要一种新的动力源。由此带来了一系列的发明和改进，直到最终研制出适合大批量生产的蒸汽机。

这些有利的条件导致了一系列的发明，使得棉纺织业在1830年实现了全面机械化。在这些新发现中，理查德·阿克莱的液压纺纱机、詹姆斯·哈格里夫斯的多轴纺纱机和塞缪尔·克罗姆普顿的步行纺纱机都是优秀的。水刺机可以在皮辊之间纺出细而强的纱线；多轴纺纱机，一个人可以同时纺8根纱线，然后是16根纱线，最后是100多根纱线；手摇纺纱机又叫骡机，因为它结合了液压纺纱机和多轴纺纱机的优点。所有这些新纺纱机很快就会生产出织工无法处理的纱线。

然而，当时没有发明机器来编织，而是仍然使用人力来编织。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，他获得了一台动力织布机的专利权，该织布机最初由马驱动，1789年后由蒸汽驱动。这项新发明粗制滥造，无利可图。

然而，经过20年的改进，它最严重的缺点已经得到了纠正。到19世纪20年代，这种动力织机已经基本取代了棉纺织业中的手工编织者。

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。新型棉纺机需要动力，比传统水车、马提供的动力更充沛、更可靠。大约在1702年，托马斯·纽科门制造了一台原始蒸汽机，广泛用于从煤矿抽水。但是与它提供的动力相比，它消耗的燃料太多，所以只在经济上适用于煤田本身。

1763年，格拉斯哥大学技术员詹姆斯·瓦特开始改进纽科门的蒸汽机。他与制造商马修·博尔顿建立了职业伙伴关系，博尔顿为昂贵的实验和初始模型筹集了资金。这个事业证明是极其成功的；到1800年，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、冶铁炉、面粉厂等行业提供旋转动力。然而，蒸汽机的成功发明离不开当时的自然环境和社会因素。早在公元前120年，古埃及就有人研究蒸汽作为动力。

据统计，在随后的1800年里，尝试蒸汽作为动力的发明家不下20人，但没有一个人制造出完美的蒸汽机并广泛应用于生产。因此，有人说:“如果瓦特早出生一百年，他和他的发明就会同归于尽！”可见环境也很重要。

蒸汽机的历史意义往往被有意无意地夸大了。它提供了一种利用热能和为机械提供驱动力的手段。因此结束了人类长期以来对畜力、风力、水力的依赖。此时，人类已经获得了巨大的新能源，很快，人类也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。

于是，一个趋势开始了，这就导致了当时的情况:西欧和北美每人可利用的能源分别是亚洲的11.5倍和29倍。在一个经济实力和军事实力直接依赖可用能源的世界里，这些数字的重要性显而易见。事实上，有人认为19世纪欧洲对世界的统治是以蒸汽机为基础的，但蒸汽机的作用不应该过分强调，因为19世纪欧洲对亚洲和非洲的征服是以军事征服为主的。

新的棉纺机器和蒸汽机需要增加铁、钢和煤的供应——这种需求通过采矿和冶金的一系列改进来满足。最初，铁矿石是在一个装满木炭的小熔炉里熔炼的。森林的枯竭迫使制造商转向煤炭；1709年的这个时候，亚伯拉罕·达比发现煤可以变成焦炭，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。达比的儿子开发了一种由水车驱动的巨大风箱，从而制造了第一座由机械操作的高炉，大大降低了铁的成本。

1760年，约翰·斯密顿做了进一步的改进；他放弃了达比使用的皮革和木材制成的风箱，取而代之的是一个由四个装有活塞和阀门的金属圆筒组成的泵，由水轮驱动。更重要的是亨利·科特的改进，他在1784年发明了“搅拌”法来去除熔融生铁中的杂质。朴正洙将熔融的生铁放入反射炉中搅拌或“搅拌”。这样，熔体中的碳被熔体中循环的空气体中的氧除去。除去碳和其他杂质后，生产出比以前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不断上升的需求，采煤技术也进行了改进。极其重要的是，蒸汽机用于矿井排水，安全灯由汉弗莱·戴维爵士于1815年发明；安全灯大大减少了采矿中的危险。

由于这些发展，到1800年，英国生产的煤和铁比世界其他国家的总和还多。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1200万吨，然后又上升到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，再到1861年的380万吨。铁既丰富又便宜，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、采矿业和冶金工业的发展导致了对运输工具的改进，可以运输大量的煤和矿石。朝着这个方向迈出的最重要的一步是在1761年；那一年，杜克·布里奇沃特在曼彻斯特和沃斯利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默西河，这仅仅花费了陆上运输商所要求价格的六分之一。这些惊人的成就引起了运河挖掘热，使得英国在1830年拥有了2500英里的运河。

与运河时代平行的是伟大的筑路时期。这条路起初很原始，人们只能步行或骑马。在雨季，在这样的道路上，运货物的卡车很难被马拉着走。

1850年后，一群道路工程师——约翰·梅特卡夫、托马斯·特尔福德和约翰·碎石——发明了用坚硬的路面建造道路的技术，能够全年承载交通。坐长途汽车旅行的速度已经从每小时4英里增加到6英里、8英里甚至10英里。晚上旅行也是可以的。因此，从爱丁堡到伦敦的旅程过去需要14天，但只有44小时。

1830年后，公路和水路受到铁路的挑战。这种新的运输方式分两个阶段实现。最早出现的是18世纪中期广泛使用的铁轨。它们用于将煤炭从矿井井口运输到水路或煤炭燃烧的地方。据说在赛道上，一个女人或孩子可以拉一辆载重3/4吨的卡车，一匹马可以在普通道路上做22匹马的工作。

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，他首先使用机车将几辆煤车从矿井拉到泰恩河。1830年，他的机车火箭以平均每小时14英里的速度行驶了31英里，将一列火车从利物浦拉到了曼彻斯特。

在短短几年内，铁路主导了长途运输，能够以比公路或运河更快的速度和更低的成本运输乘客和货物。到1838年，英国有了500英里的铁路；到1850年，它有6600英里的铁路；到1870年，有15500英里的铁路。

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。第一艘成功的商业汽船是由美国人罗伯特·富尔顿建造的。他去英国学习绘画，但在遇到詹姆斯·瓦特后，他转向了工程学。1807年，他在哈德逊河推出了他的汽船克莱门特号。这艘船配备了瓦特式蒸汽机来驱动开式叶轮。它在哈德逊河上行驶150英里，到达奥尔巴尼。

其他发明家也以富尔顿为榜样，其中格拉斯哥的亨利·贝尔为克莱德河两岸的苏格兰造船业奠定了基础。早期的汽船只用于在河流和海岸上航行，但在1833年，皇家威廉号汽船从新斯科舍航行到英国。五年后，“天狼星”号和“大西部”号汽船分别在16天半和13天半的时间内以相反的方向穿越大西洋，这大约是最快的帆船所需时间的一半。

1840年，塞缪尔·肯纳德建立了一条定期的跨大西洋航线，提前宣布船只的到达和离开日期。肯纳德口口声声说，他的路线是一条“海洋铁路”，用航海时代取代了“不可分割的、令人恼火的不规则性”。到1850年，轮船在运送乘客和邮件方面已经超过了帆船，开始成功地争夺货运。

工业革命不仅引发了交通领域的革命，也引发了通信领域的革命。在过去，人们只能用马车、信使或船把信息送到很远的地方。然而，在19世纪中叶，电报被发明了。这项发明的发明者是英国人查尔斯·惠斯通和两位美国人塞缪尔·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，并在东半球和美洲之间建立了直接通信。

就这样，人类征服了时间和空。自古以来，人类总是用乘坐马车、骑马或航海所需的小时数来表示不同地方之间的距离。但是在21世纪初，人类穿着靴子跨越了地球，一步跨越了七个联赛。人类可以通过轮船和铁路穿越海洋和大陆，可以通过电报与世界各地的同胞交流。

这些成就，加上其他使人类能够利用煤的能量，以低成本生产铁，同时纺出100根纱线的成就，显示了工业革命第一阶段的影响和意义。在这个阶段，世界是统一的，统一的程度大大超过了罗马或蒙古时代以前世界的统一程度；此外，它使欧洲有可能主宰世界，这种情况一直持续到工业革命蔓延到其他地区。

发起工业革命的必要性是市场。

第二次:19世纪下半叶-20世纪初

始于18世纪末的工业革命一直持续到19世纪末。因此，将其发展过程划分为不同的时期，本质上是任意的。但是，如果以1870年为过渡日期，还是可以进行划分的。大约在1870年，有两个重要的发展——科学开始极大地影响工业，大规模生产技术得到改进和应用。

正如我们在上一章中提到的，科学在一开始对工业几乎没有影响。到目前为止，我们在纺织工业、采矿业、冶金工业和运输业中提到的发明很少是由科学家做出的。相反，它们大多是由对非凡的经济刺激做出反应的有才华的技术人员完成的。然而，1870年后，科学开始发挥更重要的作用。渐渐地，它成为所有大型工业生产不可分割的一部分。

工业研究实验室配备了昂贵的仪器和训练有素的科学家，他们系统地研究特定的问题，取代了孤独的发明家的阁楼和车间。在早期，发明是个人对机会做出反应的结果，但如今，发明是提前安排的，实际上是定制的。沃尔特·李普曼对这一新情况的恰当描述如下:

从最早的时候起，机器就被发明了，它们极其重要，比如轮子、帆船、风车和水车。然而，在现代，人们发明了创造发明的方法，人们发现了创造发现的方法。机械进步不是偶然存在的，而是变得系统化和不断增加的。我们知道我们将制造越来越多完美的机器；这是人们以前没有意识到的。

1870年后，所有行业都受到科学的影响。例如，在冶金领域，许多技术方法被发明出来，使得从低品位铁矿石中大量生产高品位钢成为可能。随着电力的利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信。

1896年，古里·埃尔莫·马可尼发明了一种不用电线就能发送和接收信息的机器，但他的成就是基于苏格兰物理学家詹姆斯·科克斯·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。地质学家以非凡的精度勘探油田，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。

科学对工业影响最显著的例子之一可以在煤炭衍生品中找到。煤不仅为照明提供焦炭和宝贵的气体，还提供一种液体，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等。

工业革命第二阶段的特点也是大规模生产技术的发展。美国在这方面领先，就像德国在科学领域领先一样。美国拥有的一些明显优势可以解释为什么它在大规模生产中排名第一:巨大的原材料宝库；为土著人和欧洲人提供充足的资本；廉价移民劳动力的不断流入；中国巨大的国内市场，快速增长的人口和生活水平不断提高。

美国发展了两种主要的大规模生产方法。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它们组装成一个完整的单元。美国发明家伊莱·惠特尼在19世纪初用这种方法为政府制造了大量的火枪。基于这一新原则，他的工厂引起了广泛关注，并被许多游客参观。在惠特尼之后的几十年里，机器制造得越来越精确，因此有可能生产出几乎不相同但完全相同的零件。

第二种方法出现在20世纪初，就是设计“流水线”。亨利·福特通过发明能够将汽车零件运送到装配工人需要的地方的环形传送带而获得了名声和财富。

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英尺长的历史性旅行；他们一边走，一边捡起沿途的零件，用螺栓固定在汽车底盘上。实验完成了，但是有一个困难。上帝造人不如福特造活塞环精准。流水线对于矮个子来说太高了，对于高个子来说太低了，结果什么都没有。

因此，进行了更多的实验。先升高装配线，再降低装配线，然后试用两条装配线，以适合不同身高的人；先提高流水线的运行速度，再降低流水线的运行速度，然后做各种测试，确定一条流水线上需要放置多少人，每道工序应该相隔多远，是否让栓上的人重新戴上螺母，让原来的螺母上的人有时间拧紧螺母。最后，每个汽车底盘组装所需的时间从18小时28分钟缩短到1小时33分钟，世界可能会获得大量新的T型车；随着工人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，大量原材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。以下对铁路钢轨制造过程的描述说明了这种方法:

钢铁工业在很大的范围内发展了这种…连续生产。铁矿石来自迈萨比海岭。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，然后进入一些凹地上方的码头。当车厢底部向外翻时，车厢内的铁矿石被排放到凹陷处；滑道使铁矿石能够从凹口进入矿石运输船的货舱。

在伊利湖港，矿石船由自动装置卸载，矿石装上火车车厢；在匹兹堡，这些车由自动两车卸下，自卸车将车转向自己的一侧，使矿石像瀑布一样落入箱子；装料台车将这些箱子中的焦炭、石灰石和矿石运输到高炉顶部，然后倒入炉内。因此，高炉开始生产。铁水罐车从高炉将热生铁输送到混合炉，然后输送到平炉。这样就实现了节油。

然后，平炉开始出钢，钢水流入巨大的钢包，从那里，它流入放置在平板车上的模具。一辆机车把平板车推到几个坑里，拆模后留下的裸锭放在这些坑里保温，直到扎好为止。输送机将钢锭输送至轧机，自动平台不时升降，将所需形状的钢轨在轧制设备之间来回抛掷。生成的钢轨形状极佳，如有轻微偏差，将被丢弃。

电动起重机、钢包、输送机、自卸汽车、卸船机和装载机使矿山从铁矿石到铁轨的生产成为一件难以置信的自动化和动态的事情。

从纯经济的角度来看，这种规模的大规模生产意味着什么，可以从钢铁大王安德鲁·卡内基以下无可非议的话中感受到:

两磅铁石从苏必利尔湖开采出来，运到相距900英里的匹兹堡；开采一磅半的煤，制造焦炭，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锰矿，然后运到匹兹堡——这四磅原材料制造一磅钢材，而消费者只需为这一磅钢材支付一分钱。

科学和大规模生产方法不仅影响工业，也影响农业。此外，这种情况在科学应用领先的德国和大规模生产领先的美国再次发生。德国化学家发现，要保持土壤肥力，必须恢复土壤中植物吸收的氮、钾、磷。

起初，天然肥料被用于这一目的，但在19世纪末，天然肥料让位于形式上更纯净和必要的无机物。因此，世界范围内无机物的产量大大增加。从1850年到1913年，硝酸盐、钾碱和过磷酸钙的产量分别从微不足道的89.98万公吨、134.8万公吨和1625.1213万吨增加。

第三次:20世纪下半叶，二战后。。

生物技术与21世纪的工业革命。

美国引发的金融危机波及全球，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。自第一次工业革命在英国中西部开始，第二次工业革命在欧美几乎同时发生以来，社会产业结构的形成和经济增长都发展到了一个新的历史时期。

20世纪，科学技术方法论由经验分析向系统综合转变，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、怀特海的有机哲学等。

20世纪80年代末90年代初，中国科学哲学讨论了综合哲学、系统科学与传统医学、中国哲学。中国科学院曾邦哲在20世纪90年代阐述了系统生物工程和系统遗传学的概念，并于1999年在德国建立了系统生物科学与工程网络。2000年，美国的胡德和日本的北野建立了系统生物学研究机构。

2003年，凯斯林建立了基于系统生物学的基因工程-合成生物学系。2005年，法国人坎比恩和蒂雷特在动脉硬化研究中讨论了系统遗传学的概念。随后，世界爆炸性地走向计算机科学和生物科学相结合的科技和产业发展趋势，这将带来21世纪细胞药厂和细胞计算机的生物产业化时代。欧美的科技决策机构制定了教育、科研、产业改革等政策，中国出台了通过发展基因生物技术和系统医学实现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与生物工程系主任R. I. Kitney院士表示:“系统生物学与合成生物学的耦合将产生第三次工业革命”，颠覆了计算机、纳米技术、生物和医学等领域的技术和产业变革，即生物工业革命。

21世纪，整个产业结构将转变为系统生物工程的生物物理联盟产业模式，即集生态、遗传、仿生和机械、化学和电磁工程应用于一体的材料、能源和信息产业，体现在机器、生物材料和基因工程生物的生物系统原理上。

计算机科学理论源于动物通信行为、神经系统控制论和信息论研究；细胞内和细胞间通讯行为的探索导致了系统生物科学和工程的发展，未来将形成材料、能源和信息的全方位生物产业。