世界现代前期科技史-第1章
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内容提要
1870年—1918年，屈指算来不过48年的时间，但这48年却横跨了两个
世纪。本书反映的是这一历史阶段世界科学技术发展的概貌。
世界现代前期科技史的主要内容包括：发生在这一历史时期的以电力技
术为中心的第二次动力革命；发生在19世纪末至20世纪初的物理学革命与
相对论的创立过程，并对世纪之交的化学、生物学、数学所取得的成就以及
炼钢技术的发展等作了较为详尽的论述。
本书内容以史为主、史论结合，透视了作为科学技术这一特定文化现象
的哲学内涵，对重要的人物和事件则作了专章介绍或着重论述。
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一、概述
1870年—1918年，总算起来不过48年时间，可这48年时间却非同寻常。
它在世界历史上占有重要的地位；它在人类的文明史上留下了辉煌灿烂的篇
章。
有人把这一时期称作发明的英雄时代，绝非评价过高，在这近半个世纪
的时间里，继英国、法国之后，德国、美国和日本也实现了产业革命，完成
了工业化的历史任务，成为工业发达的国家。这段时间，恰处世纪之交，偏
于此时爆发了第一次世界大战，后又发生了俄国十月革命，这些重大的历史
事件和社会变革，自然会对世界范围内的科学技术发展产生影响。
1900年，在19世纪终结，20世纪开启之际，有两位科学巨人，在世界
科学讲坛，分别作了关于物理学和数学发展前景的演讲，颇有辞旧迎新之感，
昭示后人之意。他们一位是物理学泰斗开尔文勋爵（威廉·汤姆生），另一
位是数学大师希尔伯特。开尔文勋爵总结了19世纪物理学取得的巨大成就，
同时也忧心忡忡地指出了物理学上空出现的两朵乌云。恰恰是这两朵乌云形
成了巨大的风暴，酿就了20世纪初物理学领域的革命。天才的爱因斯坦以其
所创立的相对论，不仅包容了牛顿的经典力学体系，而且为以后物理学的发
展指明了方向。希尔伯特值此世纪之交的当口归纳提出了数学领域有重大意
义然而又尚未解决的23个问题，以期引起数学界的重视和研讨。孰不知这些
问题竟对20世纪的数学研究发挥了巨大的指导作用。在解决这些问题的过程
中，还获得了一系列与此相关的重大研究成果。其意义或许远远超过了这些
问题本身。
关于物理学的情况，在此不妨作一点历史的回顾。在19世纪60年代，
物理学的发展在当时说来，可谓达到了辉煌的顶点。经典物理学已经形成十
分完备的理论体系。它所包含的经典力学和经典电磁学理论已达到“尽善尽
美”的地步。牛顿以其创立的第一、第二、第三三条运动定律和万有引力定
律构建了“坚不可摧”的经典力学大厦。麦克斯韦运用数学分析法建立了麦
克斯韦方程组，从而把光、电、磁现象统一了起来。至此，很多人认为，经
典物理学已经达到了顶峰，人类对自然的认识也已达到了尽头。因此，物理
学从19世纪70年代起直至19世纪末，再没有取得显著进展（孕育着巨大变
革）。当物理学家们送别19世纪，迎接20世纪的时候，英国享有盛名的科
学家威廉·汤姆生（开尔文勋爵）于1900年4月27日发表了一篇历史总结
性演讲。他概括了19世纪物理学取得的巨大成就。也指出了在古典物理学万
里长空中还漂荡着两朵“乌云”。其中之一是同比热和热辐射有关的理论问
题。汤姆生认为它还可望“在20世纪开头获得解决”；而另外一朵乌云即“以
太漂移”实验的否定结果则看不到任何可解决的途径。汤姆生说“恐怕我们
仍然必须把这一朵乌云看作是非常稠密的”。
乌云本是不祥之兆。处在世纪之交的物理学家们，以此坦露了他们感到
的困惑。因为“以太漂移“实验的否定结果，预示着经典物理学的理论根基
发生了动摇。然而，正是这两朵乌云引发了20世纪的物理学革命，解除了人
们的困惑，使经典物理学从山重水复疑无路，走进了柳暗花明又一村。在物
理学这场伟大的变革中，科学巨匠爱因斯坦以其超人的智慧和独特的思维，
创立了狭义相对论和广义相对论，其理论不仅囊括了经典物理学的理论体
系，而且把物理学推进到现代科学的新阶段。狭义相对论以惯性参考系中的
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“相对性原理”和“光速不变原理”否定了牛顿的绝对时空观，指出了仅仅
在低速运动状态下经典力学的合理性，从而化解了以太之谜。在爱因斯坦完
成狭义相对论之后，又向新的目标展开了进攻。他将相对性原理由惯性参考
系进一步扩大到任意参考系，并把牛顿的引力理论作为一级近似包容其中，
从而又创立了广义相对论。爱因斯坦在许多研究领域都取得了突破性的成
果，在科学上为全人类作出了划时代的巨大贡献。
1880年以后，一场新的技术革命在世界范围内迅速展开。在这场革命中
有三大技术发明带动了整个工业的发展。它们是法拉第发现电磁感应而导致
的电力技术的发展和应用；贝塞麦炼钢法的成功奠定了钢铁工业大发展的基
础；焦油化学理论的突破带来了有机化学工业的繁荣。
1820年奥斯特发现了电流的磁效应，1831年法拉第发现了电磁感应。这
些看似微不足道的发现却孕育着第二次技术革命的兴起，以电能为主要动力
的电力革命从此揭开了序幕，使20世纪成为“电气化世纪”。发电机的研制
成功，迅速形成了一个以汽轮机、水轮机等为原动力，以交流发电机为核心，
以变压器等电器的输配电系统为动脉的变压输电网。电，可以为电报、电话、
电灯提供能源，亦可通过电动机将电能转变成机械能以带动其他机械做功。
电的发现和利用是人类自觉应用电学知识的伟大成果。从此，电取代了蒸汽，
它所创造的生产力是蒸汽时代所不可比拟的。蒸汽机利用机械力代替人的体
力，是扩展人类肢体功能的一次革命；电的应用，尤其是电报、电话、无线
电的应用是扩展人类感官功能的一次革命。电的应用，是科学转化为技术、
技术转化为社会生产力的最好证明。随着科学技术的发展，电的应用逐渐深
入到人类生活、生产的各个领域，它不仅给经济生活带来了前所未有的大发
展，而且给人们的文化生活增添了丰富多彩的新内容。
蒸汽机技术的发明和应用，引发了18世纪的产业革命。从此机器大生产
逐渐代替了手工业的生产方式，生产效率十倍、百倍地增长，产品质量其精
细和准确程度使手工制品望尘莫及，达到了近乎完美的地步。蒸汽机在其发
明后的一百多年中，形成了极大的生产力，建立了极其宏伟的业绩。然而，
随着时代的发展和科学技术的进步，蒸汽机不可克服的缺点（笨重、热效率
低、不安全等），促使人们去研制新的动力装置。于是在蒸汽机不断改进的
同时，在热力学等科学理论的指导下，一种新型热机——内燃机诞生了，作
为内燃机产生的前提条件，当然是燃料的变革。在 18世纪末英国人默多克
（1754—1839）发现了用煤在炼制焦炭的过程中，同时有煤气生成，很快，
这种可燃气体便在19世纪初被欧洲一些国家用于照明。1859年美国人德莱
克（1819—1880）用顿钻成功地打出了石油，到19世纪70年代石油生产进
入了工业化时期。在煤气和石油能够充分供应的情况下，内燃机的发明才成
为可能。法国人雷诺 （1822—1900）发明了第一台二冲程煤气机，后由德国
人奥托 （1832—1891）、戴姆勒（1834—1900）和狄赛尔（1858—1913）对
内燃机进行了重要改进，于是出现了四冲程煤气机、汽油机和柴油机。以后
又出现了蒸汽涡轮机和燃汽轮机。这一系列内燃机的改进、发展和应用，促
进了交通事业的发展。其后出现了汽车、轮船、飞机等现代化的交通工具。
在这一时期，化学理论取得了重大进步，因而推动了化学工业的前进。
俄国科学家门捷列夫关于元素周期律的发现和周期表的提出，是化学理论研
究的巨大成果。从此，人们利用周期律和周期表可以掌握元素的基本化学性
质，从而把握化学反应的过程，预见化学反应的结果，并可据此预见未知元
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素的存在及其性质，在门捷列夫工作的基础上，英国的莫斯莱（1887—1915）
和德国的柯塞尔 （1888—1956）对元素周期律进行了科学的阐述，进一步完
善了周期律理论。此后，一些新元素陆续被发现，如惰性气体、放射性元素、
稀土元素等。当时，门捷列夫制出的周期表，列出了66个位置，找到了63
种元素，而到1945年元素周期表列出的92个元素均已找到。在20世纪40
年代，科学家们在寻找新元素的过程中，又发现了一系列超铀元素。于是突
破了92号元素的界限，使元素周期表又一次得到修正和完善。科学家们在研
究中发现，有些元素化学性质十分相似，它们总是紧密地相聚在一起，很难
使它们分离。英国的索第 （1877—1956）由此提出了“同位素”的概念，进
一步丰富了元素周期律，完善了元素周期表。后来，物理化学、电化学、结
构化学等一系列新的理论相继产生，对化学工业的发展产生了巨大的指导作
用。
化学工业，包括无机化学工业和有机化学工业两部分。首先发展起来的
是无机化学工业。无机化学工业的主要产品是酸和碱。在19世纪初期，酸、
碱的制取都有了较为成熟的方法并逐渐形成一定的规模。而克尼奇的接触法
制酸，和索尔维的氨碱法制碱，使酸、碱生产都进入现代化阶段。
有机化学工业的兴起始自维勒和李比希。维勒不仅合成了尿素打破了生
命力论，而且和李比希一起提出了基团理论，开创了合成化学的新时代。在
他们的带动下，德国出现了一大批杰出的科学家，如凯库勒、霍夫曼等。他
们以煤焦油作原料，合成了一系列苯胺染料，其中最主要的是茜素和靛蓝，
从而结束了由植物中提取茜素和靛蓝的历史。后来合成香料、合成药品、合
成炸药均获成功。从此使煤化学成为化学的一个重要分支。合成化学取得的
一系列巨大成就，使德国开始成为世界科学的中心。
电力技术的发展，化工技术的兴起，炼钢法的出现——这是第二次技术
革命的重要成果和显著标志。
当人类社会步入铁器时代的时候，伴之而来的是铁器文化的兴起。世界
著名的埃菲尔铁塔恰似一座历史的丰碑，成为钢铁时代的象征，钢铁冶炼技
术的发展经历了从铁到钢的过程和炼钢法的一系列改进。高炉炼铁在14世纪
就已出现，18世纪随着焦炭冶炼代替木炭冶炼使炼铁技术进入了焦炭时代。
铁器的使用，提高了生产力，改善了人们的物质生活条件。在此情况下，铁
的需求量日益增加，但铁的弱点也越来越突出：生铁太脆，熟铁又太软。于
是人们开始寻求新的冶炼方法，以期得到具有韧性的钢。在19世纪下半叶，
由炼钢法的突破迎来了钢铁工业的新时代。
1856年8月，英国的贝塞麦发表了《关于不使用燃料生产可锻铁和钢》
的论文。在此之前，他发明了转炉炼钢新技术，使用了“吹气精炼法”。贝
塞麦指出，这种炼钢法只需从炉底吹入空气，“除了铁水和空气什么也不需
要”。人们对于贝塞麦的炼钢法疑惑不解，但贝塞麦的公开实验却使人们出
乎预料，大开眼界。炼钢炉鼓入空气后，不但炉温没有降低反而升高，铁水
中所含的锰、硅、磷等杂质在高温中氧化脱出，同时生铁中的碳也被氧化成
二氧化碳，用了不到半个小时的时间，炼出一炉钢水。为了便于钢水倒出，
贝塞麦把炼钢炉从固定式改为转动式结构，并获得了这一发明的专利。
贝塞麦炼钢法适用于冶炼含磷、硫量较低的矿石炼出的生铁，而对含磷、
硫量较高的生铁则不适用。这一问题的解决是由英国的托马斯完成的。托马
斯通过试验找到了理想的脱磷方法。他用向炉内添加石灰石的方法，使磷进
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入矿渣，为避免石灰石和原来的酸性炉衬起化学反应，又把原来的酸性炉衬
改为碱性炉衬，即由酸性硅酸质改变为碱性石灰质。托马斯对贝塞麦炼钢法
的改革获得极大成功。
与贝塞麦炼钢法并驾齐驱的还有平炉炼钢法亦称西门子—马丁炼钢法。
平炉有个较大的熔池，将经由下层蓄热室预热的空气和煤气送入上层，在熔
池的铁水表面吹拂、燃烧，可较彻底地将铁水中的碳和其他杂质氧化。虽然
平炉冶炼过程比转炉耗时要长，但平炉的容量大，产量高，原料广泛，炼出
的钢质优良，因此适宜于大规模生产。
19世纪末的后30年，由于现代钢铁技术体系的形成，钢铁工业发展迅
猛，30年钢产量增加了120倍，到20世纪初叶，钢铁仍在稳步发展，而且
钢的品种也不断增加，并出现了各种合金钢和特种钢。
钢铁的发展，特别是钢铁材料的使用，引起了社会生活的巨大变化。在
水泥发明之后，出现了钢筋混凝土建筑。其中有高层楼房、大型桥梁等。另
外，铁路铺设，机械产品的生产，轮船、汽车的制造等，没有大量钢铁作支
撑，是不可能发展起来的。19世纪末至20世纪初，钢铁工业的大发展和钢
铁材料的广泛应用，使世界进入钢铁时代。
如果说18世纪以前的科学史属于“力学的世纪”，19世纪和20世纪上
半叶属于“物理学的世纪”的话，那么从20世纪开始，生物学的地位越来越
显示出它的重要性。在19世纪生物学领域就已取得两大成果——进化论和细
胞学说，它们奠定了后来生命科学发展的基础。19世纪下半叶，为了探索个
体与群体之间，细胞与遗传现象之间的内在联系，遗传学应运而生并迅速得
到发展。与此同时，微生物学也在应用中悄然兴起。至此，我们看到，随着
生物学研究的不断深化，研究对象从宏观转向微观，即从生物的群体、个体、
逐步深入到揭示生命现象的微观机制。当人们发现生物与生物之间、生物与
环境之间存在着某种平衡关系时，一门新的学科——生态学诞生了，于是人
们在科学研究中把个体与群体，宏观与微观，此种生物与彼种生物等因素统
一在共同的环境中，进行共存研究。这时，生态学又使人们把对生物学的研
究引向综
