世界现代前期科技史-第16章
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的工程之一。诺布菱父子为此作出了不寻常的贡献。第三座铁桥是英国东部
的佛斯桥，全长2。5公里，桥长1000米，跨度超过500米，桥的中央有3
座钢塔座落在岩礁上，每个塔高105米，每个桥基受力10万吨。此桥1890
年3月4日建成，共用了7年时间，其规模之宏伟超过了美国的宝尔克菱大
桥，位居当时世界之首。
钢铁用之于建筑，突破了传统的建筑材料，几千年的土、木、砖、石受
到了挑战。1851年，在伦敦举行的第一届国际博览会，英国专门建筑了水晶
宫。这座面积7。2万平方米的三层建筑，把玻璃和钢铁用作主要材料，仅铁
柱就用了3300根，铁梁用了2300根，总计用铁7300吨。由于钢铁部件采用
工厂预制，所以整个建筑工期用了不到半年。当巴黎举办1889年的国际博览
会时，法国人以埃菲尔铁塔的建成，作为向博览会的献礼，迎接来自世界各
地的宾客，显示了他们高超的建筑技术。
当最早的水泥——波特兰水泥问世之后，钢铁与水泥的结合，使建筑技
术又发展到一个新阶段——钢筋混凝土结构阶段。法国园艺家莫尼埃 （1828
—1906）为增加混凝土的强度，以防止其破裂，采用了在混凝土中放置钢筋
的作法。起初他用此法制做花盆，效果很好，后来又建造了贮水池和桥梁，
于是他取得了这项发明的专利权。1884年，法国人对它详加研究，后广泛应
用于建筑。其后，瑞士于1890年建造了跨度为40米的钢筋混凝土拱桥。法
国巴黎在1894年，建造了一座钢筋混凝土结构的教堂。美国的辛辛那提在
1903年建成了一座16层的混凝土建筑，以后美国又建成了228米高的摩天
大楼。
钢铁不仅是工业的生产材料，而且成为重要的军用物资。历史上早就出
现了用钢铁打制刀、枪、剑、戟，以作武器的情况，这里我们不去说它。我
们只说火药发明之后，到了近现代在钢铁大发展的情况下，在现代战争中钢
铁所占有的地位和重要作用。
火药的发明，枪、炮的出现，改变了以往近身搏杀的战争方式。美国的
马克沁本是电气工程师，由于战争的需求他转而去研制速射武器。1887年他
发明了速射机枪。当马克沁带着机枪到俄国表演试验时，俄国人不相信这种
只有一根身管的怪异武器能达到600发/分的射速。当马克沁一扣扳机，未用
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半分钟打光了333发子弹时，俄国人惊讶得目瞪口呆。马克沁发明的机枪在
实战中获得了“陆战之王”的桂冠，成为现代战争中的常备武器。大炮也是
近现代战争中出现的主要武器，从过去的铸铁炮到 1907年法国发明的 155
毫米的加农炮，经过不断地改进，使现代战争由枪战过渡到了炮战。19世纪
末，由于内燃机的发明，出现了将矛与盾集于一身，攻与防二者皆能的新式
作战武器——坦克。英国在1915年试制成功世界上第一辆坦克“小游民”，
并很快生产出第一批坦克。当初的坦克是以内燃机为动力，采用了履带式拖
拉机的底盘，钢铁装甲厚度为5—10毫米，并装配有两门57毫米口径的火炮
和4挺轻机枪。在第一次世界大战中，坦克初上战场便大显威风。它造成了
德军的恐惧，并使英军获得松姆河战役的胜利。在1917年，英法联军集中了
474辆和604辆坦克，分别在“康布雷”和“亚眠”战役中对德军发起攻击，
并取得重大胜利。可以说坦克是导致第一次世界大战结束的第一个因素。从
此这种钢铁战车成为陆地战争的主要打击力量。19世纪60年代，随着蒸汽
机的推广使用，蒸汽军舰开始取代木帆战舰。这一变化，对钢铁工业是个极
大的促进。火炮用于装备军舰后，相应要求提高战舰的装甲水平和使用大马
力的蒸汽机。1860年，英国第一艘蒸汽装甲舰下水。到1864年，英国已作
好战斗准备的22艘军舰中，有一半是装甲舰。其他国家在海上优势的竞争中
也不甘落后，相继使军舰披上了铁甲。在舰船的发展中，一面是火炮的威力
不断增大，一面是装甲的厚度和防护性能在不断提高。在美国南北战争期间，
交战双方的舰队在海战中炮弹都未能击穿对方的装甲，由此可见钢铁装甲的
牢固。到19世纪70年代，蒸汽军舰达到了较高水平，动力达到6000至8000
马力，装甲厚度达到200至300毫米，并装备有75吨至100吨重的线膛炮，
能发射300至2000磅重的炮弹。在建造舰船的竞争中，大型战列舰于本世纪
初投入现役。1905年，英国造出了排水量达18000吨的“无畏”号战列舰。
舰上装有80至120门大口径火炮，分3层安置在炮台甲板上，其中口径为
305至406毫米的特大口径火炮就有8—12门，分别装在3—4个炮台上。在
战斗中，它能以强大的火力攻击敌舰，又能以空前的厚度装甲保护自己，因
而成为舰队的主力。德国紧随其后，也造出了可与“无畏”号匹敌的战列舰。
后来，海上军事优势的争夺，使潜艇和航空母舰又成为竟相追逐的目标。虽
然潜艇的出现较早，但真正能用于实战的潜艇是美国在 1899年设计和制造
的。当在水面行进时，靠汽油引擎驱动，当潜入水中时，靠蓄电池为马达供
电驱动，而蓄电池必须在潜艇浮出水面后才能由汽油引擎为其充电。航空母
舰的出现比潜艇要晚，1917年英国海军建造了专载作战飞机的大型军舰——
航空母舰。第二年美国也完成了第一艘航空母舰的设计工作，但由于国会的
反对未能施工建造，因而在1919年将运煤船“富匹特”号改装成航空母舰，
命名为“兰格利”号。在第一次世界大战爆发后，英德双方不可避免地发生
了海上冲突。当时英国拥有战列舰68艘，巡洋舰58艘，驱逐舰和鱼雷艇301
艘，潜艇78艘。德国拥有战列舰40艘，巡洋舰7艘，驱逐舰和鱼雷艇144
艘，潜艇28艘。在1916年5月的日德兰海战中，英德双方共投入军舰250
艘，在长达10海里的战线上，激战6个小时，双方发射的炮弹计达5000多
吨，其中280至380毫米口径的重炮就发射了8000发炮弹。在这场规模空前
的海战中，英国损失了3艘战斗巡洋舰，3艘轻巡洋舰和8艘驱逐舰。德国
则损失了1艘战列舰，1艘战斗巡洋舰，4艘轻巡洋舰和5艘驱逐舰。另在大
战期间。德国的潜艇对协约国实施封锁，用鱼雷击沉协约国和中立国的军舰、
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商船5000余艘。足见第一次世界大战的海上战争，是一场死拼钢铁的大炮
战，是以钢铁作后盾的大搏杀。
除此之外。在铁路铺设、机械制造等方面也需要大量的钢铁。到19世纪
末，钢铁生产不仅在数量上迅猛增长，而且品种日益增多，质量不断提高。
钢铁开始在人类生活、生产的各个方面发挥巨大的作用，从此世界进入了“钢
铁时代”。
钢铁技术的大发展，又反过来促进了钢铁冶炼的科学研究。19世纪40
年代，开始了对高炉原理的研究，同时出现了多种对钢铁材料进行化学分析
的方法。60年代以后，用于分析钢铁材料性质的物理方法也已发展起来。1864
年，英国冶金学家索比 （1826—1908）首创了显微镜分析法，发现了钢铁的
显微组织，并拍摄了许多金相照片，逐渐弄清了复杂的铁碳组织状态。1876
年，吉布斯从他的热力学方程建立了“相律”，发表了关于多相体系平衡的
论文。1900年鲁兹波姆把吉布斯的相率应用到冶金上，到19世纪末20世纪
初，产生了一个新的学科——金相学。
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七、生物学的发展及其成就
19世纪生物学领域的两大成果是细胞学说和进化论。它们奠定了后来生
命科学发展的基础。细胞学说阐述了个体成长发展的规律，进化论阐述了物
种、群体的形成和发展的规律。起初两大理论之间并无直接的联系。19世纪
下半叶，为了探索个体和群体 （物种）之间、细胞与遗传现象之间的内在联
系，遗传学把这两大理论紧密联系在一起，并逐渐发展起来，取得了令人瞩
目的成果，引起了全社会的重视。
1。达尔文的贡献
著名博物学家、进化论的奠基人达尔文 （1809—1882）1809年2月12
日出生在英国一个医生的家庭。周围环境对达尔文产生了深刻的影响。祖父
是位著名的学者和医生，并对植物学很有研究，是进化论的先驱者之一。父
亲也是一位出色的医生，后被选为英国皇家学会的委员。舅舅也是位博物学
的爱好者。这种文化氛围，使达尔文从小便对大自然产生了浓厚的兴趣。他
对鱼、虫、花、草等极为喜爱，并广为采集制作标本。父亲希望达尔文能子
承父业，于是便把他送到爱丁堡大学学习医学。达尔文虽入医门，但非本意，
因此兴趣不大，唯对生物学情有独钟。在此期间，他经常到海滨采集海洋动
物标本。1828年父亲又将达尔文送到剑桥大学学习神学，期盼他将来能做一
名牧师。由于达尔文与生物学结下了不解之缘，因此他特别喜欢当时植物学
教授亨斯罗的讲课，并从中受到亨斯罗的很大影响。在达尔文毕业时是亨斯
罗推荐他参加了贝格尔号军舰的环球航行。对此达尔文曾说：“航行是极其
重要的一件事，它决定了我的整个事业。”
达尔文很早就读过法国生物学家拉马克 （1744—1829）的著作，并从中
接受了进化论思想。在环球航行中他又读了莱尔 （1797—1875）所著的《地
质学原理》，并对其中的观点产生了认同。在长达5年的环球航行中，他对
所到之地的动植物情况进行了仔细的观察和深入的研究，为莱尔《地质学原
理》一书找到了可靠的证据。达尔文决心把自己的航行收获整理成书。在写
作的过程中，他在一个偶然的机会看了马尔萨斯 （1766—1834）写的《人口
论》，其中生存竞争的思想对他产生了很大影响。达尔文的科学巨著《物种
起源》一书经过20年的时间终于在1859年11月完成了。书中，达尔文系统
阐述了他的进化论思想，其基本原理主要有4点：其一，世界上的事物是发
展变化的，是处在进化过程之中并非静止不动的；其二，进化过程是逐渐的、
连续的，不是突变的、间断的；其三，相似生物是起源于一个共同的祖先，
一切生物最终起源是单一的；其四，生物发展变化是自然选择过程，普遍存
在的变异是通过生存斗争 （包括同类型生物的斗争、与异种生物的斗争和与
自然环境条件的斗争）而实现自然选择的，适者生存，不适者淘汰。达尔文
的进化论指出了“自然选择”规律，揭示了生物变异的秘密，指出了生物的
起源和进化问题，否定了牛顿的形而上学世界观，冲击了宗教神学物种不变
的神创论，成为19世纪自然科学的三大发现之一。从此，生物学才被置于真
正科学的基础之上。
同时也应看到，达尔文过分夸大了生物界生存竞争和自然选择的作用，
并不适当地把它看作是物种变化、发展的唯一原因。他承认进化中的渐变，
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而否认“飞跃”，显然这有悖于量变到质变的辩证原理。这虽是达尔文的不
足之处，但我们也不应因此而苛求于前人。
另外还有一件事有必要提及。当达尔文《物种起源》一书接近完成之时，
他收到了侨居马来群岛的英国青年华莱士 （1823—1913）寄来的一封信，并
附有一篇论文。论文的题目是：《论变种无限离开原始型的倾向》。这使达
尔文十分惊讶，因为他们研究的理论极其相似。究其原因，乃是华莱士与达
尔文一样也看了马尔萨斯的《人口论》，从中受到启发而想到进化论。华莱
士论文的首先完成，给达尔文造成了极大的困难，他20年艰苦劳动的成果，
有可能变得毫无所值。达尔文毅然决定放弃自己发现的自然选择法则的优先
权，建议并促使华莱士的论文尽早发表。由于莱尔和胡克等人对达尔文的工
作情况十分了解，于是在他们的建议下，将达尔文和华莱士两个人的研究成
果在林奈学会同时发表。达尔文随后用了一年多的时间于1859年11月24
日出版了《物种起源》一书，对进化理论作了详尽的阐述。这部长达15章的
巨著深受欢迎，极为畅销。当然他也未能幸免宗教势力的攻击和思想保守的
人们的嘲讽。事后，华莱士在1889年写了《达尔文主义》一书，披露了当时
的详情，于是达尔文的大家风范和高尚品质，深得世人的赞扬和推崇。
达尔文是位不辍耕耘的科学家。在《物种起源》问世之后，他又于1868
年发表了用4年时间写成的《家畜和栽培植物的变异》，1871年发表了用3
年时间完成的《人类的未来》，1876年又写了自传。在晚年他还发表了《人
类原始及类择》、 《植物行动的能力》等著作。在有生之年他共发表了22
部著作和80多篇论文，他的进化论思想也进一步得到发展和深化。1882年4
月19日这位成果卓著的科学家与世长辞，享年73岁。
2。细胞的发现与细胞学说的发展
显微镜的发明，扩大了人类的视野，使过去无法分辨的东西借助显微镜
可看个究竟。17世纪英国的胡克（1635—1703）和意大利的马尔比基（1628
—1694）分别发现了植物细胞和动物细胞结构。1832年，英国的植物学家布
朗（1773—1858）发现了植物的细胞核；捷克的生理学家普金叶（1787—1869）
发现了动物细胞核。1835年德国的冯·摩尔（1805—1872）最先记载了细胞
有丝分裂的过程。1839年德国植物学家施莱登（1804—1881）和动物学家施
旺（1810—1882）共同提出完整的细胞学说，指出细胞是生命的基本单位，
细胞是由细胞分裂出来的，生命现象是一个统一的整体，是由细胞组合后产
生的。他们还认为细胞学说不仅仅是有机体构造的学说，而且是有机体发育
的学说。
19世纪50年代德国的雷马克 （1815—1865）和瑞士的寇力克（1817—
1905）将细胞学说和胚胎学的研究结合起来，证明卵和精子也是细胞，指出
胚胎发育的过程就是细胞分裂和分化的过程。德国的微尔荷 （1821—1902）
将细胞学说和病理学研究结合起来，指出病变细胞是由正常细胞变化来的，
各种病变与细胞的形成和细胞结构的异常变化有关。
1880年，由于显微镜技术的不断提高，使人们清楚地看到了细胞分裂。
细胞内先是形成两极，两极之间有许多细丝相连，而后，这些细丝在细�
