第二次工业革命科技联手中的狂奔

摘要

如果说第一次工业革命后,中西差别还可以掰着手指、脚趾数过来,那么第二次工业革命过后,各种差别就需要揪着头发来数了。

言必称希腊还是言必称中国】系列文章之(七十一)

2008年12月,中国一家公司自主生产的一款双模电动轿车在深圳上市销售。该车是国内首创,为解决能源紧缺、环境污染等问题迈出了市场化的关键一步。所谓双模是指油电混合动力和纯电动两种模式,采用既可加油又可充电的能量补充方式,驱动汽车行驶。目前来看,这只是一种过渡性产品,最终目标是制造以车载电源为动力的纯电动汽车,用电动机取代内燃机,彻底摆脱对石油产品的依赖。内燃机主要燃烧汽油或柴油,因为排放废气,越来越遭到诟病,但在短期内还无法被取代。回想一百多年前,内燃机可是第二次工业革命的重要成果之一,是在原来蒸汽机基础上的重要进步。

蒸汽机在火车、轮船上大显身手之后,因为使用的局限性,在很多地方还是无法与马车的灵活便捷相比。于是有人希望用蒸汽机取代畜力,能造出一种与马车功能相似的交通工具。但是把蒸汽机安在马车大小的装置上,不仅过于笨重,而且根本无法操作。

19世纪中后期,科学家完善了热转化为机械动力的理论。1876年德国人奥托制造出第一台以煤气为燃料的内燃机。1883年德国工程师戴姆勒制造出以汽油为燃料的内燃机,这种内燃机除了体积小、重量轻外,还具有热效率高、功率大的特点,可用于小型交通工具。

1883年德国机械工程师卡尔·本茨创立奔驰汽车公司(本茨、奔驰、平治都是Benz的中译名),1885年,制成第一辆汽车,当时只有三个轮子。本茨因此获得第一个汽车专利,也被尊为“汽车之父”。本茨的三轮汽车是个新生事物,存在很多技术缺陷,因为总是抛锚,招来各种非议和嘲笑。本茨的性格有些内向,甚至不敢当众驾驶他的汽车。本茨的夫人贝尔塔是一位伟大的女性,不仅在生活和资金上支持丈夫的工作,而且亲自试验开车,将感受告知丈夫,以作改进。1888年8月的一天,贝尔塔带着两个孩子开着汽车,经过一天的奔波,克服种种困难,行使100多公里,去探望孩子的祖母。到达目的地后,贝尔塔马上给本茨发电报:“汽车经受住了考验,请速申请参加慕尼黑博览会。”本茨大受鼓舞,努力工作,汽车作为商品逐渐受到欢迎。后来三轮汽车改进成四轮汽车,多家汽车公司陆续成立。再后来汽车大行其道,不再是怪物,反而有观点认为人变成了驾驶汽车的怪物。

照片中间为本茨的夫人贝尔塔,与他人乘坐一款早期的三轮汽车。

照片中间为本茨的夫人贝尔塔,与他人乘坐一款早期的三轮汽车。

内燃机在汽车上的成功,如变形金刚般演化出各种用途,后来火车、轮船也得到改进。内燃机的广泛使用增加了对石油的需求,开采石油可以一夜暴富,为争夺石油资源而引发战争也成为家常便饭。

兴起于19世纪70年代的第二次工业革命,除了内燃机是第一次工业革命蒸汽机的延续,其他内容几乎全是创新,其中电的应用最为夺目。

人类很早就知道电,但是很晚才利用电。自然界中最常见的就是闪电,因为古人不了解其本质,所以一直都显得很神秘。经过几代科学家的努力,在18、19世纪终于取得突破,发现了电磁之间的关系,创立电磁学。伏打、安培、欧姆、法拉第、麦克斯韦、赫兹都是电磁学领域著名的科学家。法拉第是其中在应用方面取得突破的关键人物。

法拉第和麦克斯韦。

法拉第和麦克斯韦。

法拉第(1791-1867)是从贫困家庭走出来的英国科学家,在当时极为少见。因为科学研究本是一件闲事,不好混饭吃,而穷人的孩子要早当家。此前科学家的研究工作,从仪器制造到数据计算,事无巨细,多是单打独斗。后来实验量增加,科学家的实验室在运作上模仿工商业的小作坊,开始招募助手,于是给部分穷人提供了学习科学的环境。法拉第有幸成为其中的一员,除了面对科学难题,还要面对生活的艰辛和地位的尴尬,但最终依靠天赋、兴趣和努力,跻身于顶级科学家之列。

法拉第在物理、化学两个领域均有建树,主要成就是发现电磁感应现象和定律,创造出“场”、“力线”等概念,加速电磁学的发展,并且迅速得到应用。据说法拉第最初展示电动机时,有人问这东西有什么用。法拉第反问:“新生的婴儿有什么用?”法拉第的话很快得到证实,不过他本人对电的商业化应用并不感兴趣,把发财的机会留给了同代人。一些工程师在电磁学的传播中敏锐意识到它的实用价值,纷纷投身于电力技术的研究和开发,各种发电机轮番登场,展开竞赛。电的最早应用之一是照明,燃烧了上百万年的光明之火终于有了更高效的替代品。

电磁学的另一项重要应用是在通讯领域。1835年美国人摩尔斯在实验室内架设有线发报机,传输信号获得成功,随即发明了摩尔斯电码,并于1844年发送了世界上第一封电报。1894年意大利人马可尼利用赫兹的发现,制成无线电报通讯设备,比需要架电线、铺电缆的有线电报更方便。1876年美国人贝尔发明了第一台可实用的电话,获得专利,随后成立贝尔电话公司。电报和电话做到了千里传音信,比以前依靠人工方式或其他动物帮忙传递信息,在准确性、及时性、覆盖面上都得到大大提高。

与电的利用相同,同期科学的发展还帮助应用化学领域取得大发展。化学看上去要比电磁学古老得多,不过现代化学并不古老,是由法国科学家拉瓦锡(1743-1794)创立的。拉瓦锡家境殷实,聪慧勤奋,父亲是著名律师。他本应遵循家庭传统,从事律师职业,但是拉瓦锡对科学更感兴趣。他将定量分析方法引入化学,提出氧化理论,推翻了当时统治化学界的燃素说,并且阐述了元素和化合物之间的区别及化学反应中的质量守恒定律。由于这一系列的成就,拉瓦锡被誉为现代化学之父。可惜拉瓦锡的结局非常悲惨,因曾参与政府包税公司的工作,在法国大革命的疯狂岁月中,他被送上了断头台。

法国画家大卫的作品《拉瓦锡伉俪》,桌子上的仪器为洗气瓶。

法国画家大卫的作品《拉瓦锡伉俪》,桌子上的仪器为洗气瓶。

拉瓦锡开创的事业后继有人,道尔顿提出原子-分子论,门捷列夫发现元素周期律。现代化学作为一门崭新的学科从此发扬光大,尤其是在医药和材料领域迅速起到指导作用。

左图:门捷列夫1869年发布的化学元素周期表,表中周期为列,族为行。右图:门捷列夫,拍摄于1897年。

左图:门捷列夫1869年发布的化学元素周期表,表中周期为列,族为行。右图:门捷列夫,拍摄于1897年。

欧洲医学方面的早期杰出代表是古希腊的希波克拉底和罗马帝国的盖伦,不过受时代局限,很多真知灼见伴随着更多的谬误。诞生于文艺复兴中的科学革命,除了大宇宙的内容,还有人体小宇宙的内容。1543年与哥白尼出版《天体运行论》的同一年,尼德兰的维萨里(1514-1564)出版了《人体结构》一书,描述了人体中骨骼、肌肉、器官等等的基本功能和相互关系。英国的哈维(1578-1657)发现了血液循环和心脏的功能,于1628年出版《心血运动论》一书。两人的医学贡献非常巨大,但是人们对于疾病的来龙去脉还是不清楚。经过几代科学家和医生的共同努力,至19世纪生物学进入医学领域后,终于发现了致病的原因。法国微生物学家巴斯德提出疾病的病菌说,德国细菌学家科赫(1843-1910)发现特定的微生物是特定疾病的病原,特定的细菌会引起特定的疾病。这些发现对于认识人体和疾病都具有划时代的意义,促使医学研究水平出现质的飞跃,实现了科学意义上的对症下药,尤其是免疫防疫领域的研究成果,为人类健康设置了一道厚重的安全门。

巴斯德与科赫在实验室工作。

巴斯德与科赫在实验室工作。

传统医学是以经验医学为主,随意性极大,神怪巫蛊参杂其中。现代医学要求医生的诊治不能违背科学研究的结论和证据,临床经验必须与科研成果相结合,最终服务于每位患者。欧洲在医学上的进步,使欧洲人的平均寿命得到大幅提高,并且逐渐惠及全人类。当现代医学成为科学中的一份子后,令所有的传统医学黯然失色,现了原形,只能继续在愚昧中扮演神奇。

第二次工业革命的蓬勃发展还得益于科研人员的培养机制得到发展和完善。传统的科研模式,工作效率低,人才培养慢,实验室属于私人,科学家极为稀罕。如何更高效的培养专业人才,当时的科学强国在很多方面都进行了有益尝试,其中德国化学家李比希(1803-1873)贡献最大。身为大学教授,他发明了面向实验室的教学方法,也因此成为著名的教育家。

李比希在吉森大学任化学教授期间,面对科研人才匮乏、学生只学不研这一现实问题,着手实施了一项创新计划,改革传统的化学教学方式,于1826年创立了吉森公共实验室。在学校内,师生各展所长,相互促进,加速培养新一代化学家。李比希的成功经验迅速被各国效仿,并纷纷到吉森大学取经,一时间他的学生桃李满天下,德意志地区的化学研究水平也后来居上。不仅如此,当时欧洲的化学工业已经兴起,成立于1865年的德国巴斯夫公司主要生产合成染料,受此风气感染,聘请化学家来任职,创设研究开发部门,企业自己培养科研人才。此风一开,更是风靡全球,形成了产学研一条龙,如今研发部门早已是成功企业的标准配置。此后各种大型的、专业的科学研究机构在各国相继建立,出资者各不相同,科学研究变得越来越花钱,但是科研成果向技术转化的效率也越来越高、越来越快。

早期的吉森实验室场景。

早期的吉森实验室场景。

第二次工业革命的发生时段大约是19世纪70年代至20世纪初,其中电能的应用是重要内容,因此这一时期被称为电气时代(其中的“气”字是中文错译的衍文)。发电机、输电网、电动机的发明使电能可以远距离传输,并且持续稳定,因此扩展了工业生产的空间。同期炼钢技术实现突破,产量大增。从第一次工业革命的煤和铁升级为电和钢之后,支撑工业文明的大厦更加有力了。相比于第一次工业革命的匠气十足,第二次工业革命中科学和技术的结合更为紧密,以科学家的身份进行技术发明、技术改进的事例越来越多。电灯、汽车、飞机、电报、电话、塑料、人造纤维相继发明,很多方面与今天的物质生活开始接轨。商业应用只是一方面,新技术在军事领域的应用同样迅速,一支支工业化的军队相继诞生,军事制度和军事理论也得到相应的改变和发展。

第一次工业革命首先发生在英国,法国紧随其后,其他国家发展相对缓慢,而第二次工业革命几乎同时发生在多个国家,包括亚洲的日本,尤其是德国、美国完成了对英法的追赶,甚至是超越。英法脚步放缓的一个主要原因是,两个国家拥有大量的的殖民地,即使不采用更新的技术,只要不断扩大生产,依然能够凭借广阔的市场获取巨额利润。这种惰性与葡萄牙、西班牙通过大航海获益后出现的情况相似。所以与德美热衷新技术相比,英法对新技术的积极性相对不高,同时还对新兴国家进行大笔投资和放贷,帮助后者加速发展。经过这样的此消彼长,列强们的实力渐渐趋同。

第二次工业革命中,形成了西欧和北美两条工业带,另外还有亚洲新兴的日本。层出不穷的新技术不仅改变世界的经济政治格局,对各个工业国原有的社会结构也进行了重组。工业技术比农业技术更不受地域限制,替代人力的机器越来越多,同时创造了很多妇女也能从事的新职业。女性从传统的低人一等,向男女平等转变。这一变化,不仅在人类文明史中具有重要意义,在进化史中也是一座里程碑。

第二次工业革命是第一次工业革命的延续,也是落后国家噩梦的延续。中国逐渐开启的洋务运动正在追赶蒸汽时代,旋即又被电气时代远远落下。如果说第一次工业革命后,中西差别还可以掰着手指、脚趾数过来,那么第二次工业革命过后,各种差别就需要揪着头发来数了。别看与林则徐、魏源只相差几十年,但又是新一轮乌龟打盹慢爬、兔子打兴奋剂狂奔的龟兔赛跑,强弱对比连文盲都看得出来。而要想在这样的动态变化中弥补差距,可真不是一件容易的事情。

您还未添加分享代码,请到主题选项中,添加百度分享代码!

您可以选择一种方式赞助本站

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen:

图片 表情