由这一史实可得出认识,一项重大发明,必须要有先进制造技术为保证。不然就只是样品,或图纸。
轮船和火车的发明是第一次技术革命的重要表征。轮船和火车所用的蒸汽机并不是瓦特蒸汽机的简单搬用,而是经过其他发明家的若干改进。以火车为例,真正使火车成功运行的是英国发明家乔治·史蒂文森(George Stephenson)。史蒂文森生长于矿区,从当蒸汽机司炉助手起步,自学成为技术员,最后成为铁路公司总工程师,可谓是一个奋斗成功的典型。
1814年,史蒂文森造出了他的第一台火车头“布卢彻号”,此后十几年间,史蒂文森建造了大小十几辆机车,而真正使他扬名的是“火箭号”。1829年4月,为参加公开的火车比赛,史蒂文森在儿子罗伯特的协助下制成新的机车——“火箭号”。该机车有几个重要的创新:一是使用多管锅炉,增加了动力,设置了25条直径均为3英寸的铜制水管贯通锅炉的两端,从而增大了锅炉内水的受热面积,获得更多的蒸汽,这种设计后来在一百多年间(直到蒸汽机车时代结束),成为所有机车锅炉的基础;另一个创新是采用排气管,将废气从气缸中引入烟囱后再放出去,这就大大增加了烟囱的抽力和所保持的压力。1830年9月15日,世界上第一条客运铁路(利物浦——曼彻斯特铁路)正式开通,史蒂文森的“火箭号”率先在这条线路上运行,由此标志着人类进入了铁路时代。
在史蒂文森之前,已有人发明火车,但所用路轨为生铁铸造,被沉重的机车压裂,直接影响机车运行。史蒂文森与前人不同,为了解决这个问题,他到朋友的铁工厂去试验锻铁轨道。取得成功后,史蒂文森专门申请了铁轨的专利。同时,史蒂文森非常关注铁路的标准化、实用化建设,他提出的轨道间距、碎石枕木路基,拐弯半径等细节设计,后来都成为技术标准,被许多国家采纳。由此可见,一项因其他发明而导致的重大发明,自身又需要若干创新。
产业革命与科技革命
严格地说,世界历史迄今共发生过两次科学革命。第一次科学革命发生于16世纪到17世纪末,从伽利略到牛顿的力学研究是第一次科学革命的主线;第二次科学革命发生于20世纪初,相对论和量子论的建立为自然科学理论带来了深刻变革。⑤
从第一次产业革命看,当时与科学、科学革命没有什么联系,只用到少量科学知识(真空与大气压、动力测定、比热理论等),更多是工匠凭借经验的发明活动。而到第二次产业革命,情况发生了很大变化,科学明显起到了引领的作用,特别是电磁学的创立为电的开发和应用奠定了理论基础。不过,若从前述严格的“科学革命”界定看,第二次产业革命与第一、二次科学革命都没有交集。为了强调科学技术对产业的重要影响,故有不少学者取其他视角,采纳“第×次科技革命”的说法。
按科技革命的范畴理解,第二次产业革命与第二次科技革命(或说电力技术革命)联系紧密。19世纪70年代起,电的诸多用途得到开发,先是照明系统(局域电弧光照明),继之电力运输系统(有轨电车、地铁)发展起来。电力更重要的运用体现在新兴产业,如电解铝、氯、乙炔等化工产业直接与电力应用有关。
1825年,丹麦科学家奥斯特(H.C.Oersted)通过钾汞齐还原无水氯化铝,第一次得到了粉末状金属铝,不过仅有几毫克。铝因稀缺,被视为贵重金属。拿破仑三世认为铝轻而硬,可以带来武器装备的革命,慷慨出资支持法国化学家圣·德维尔(Saint Deville)进行工业制铝的研究。1854年,德维尔用还原氯化物的方法制得金属铝,建起世界上第一座铝厂,生产出铝制头盔、餐具和工艺品,因产品少,多供皇室贵族享用。当时,1千克铝高达3000多法郎,几近黄金价格。其后30年间,世界上炼得铝的总量有200多吨。随着小规模的工业生产,铝的价格有所下降。
德维尔制得铝的那一年,他与德国化学家罗伯特·本生(Robert Bunsen)一起,通过电解氯化铝的络合盐得到了金属铝。但当时用蓄电池供电,代价极大,直到1867年发电机问世后,采用电解法炼铝实现工业化生产才成为可能。