世界现代前期科技史-第2章
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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
究引向综合。在19世纪下半叶到20世纪上半叶，生物学的理论研究取得了
一系列重大突破，在应用方面也开始取得实际效果。
达尔文这位进化论的集大成者，他的《物种起源》一书，成为19世纪最
具影响的科学著作之一。他将自己5年环球航行，20年研究、思考所形成的
思想精华熔入其中。达尔文的进化论蕴涵着丰富的辩证法思想。它指出了生
物的起源和进化问题，提出了自然选择的理论，有力地冲击了形而上学的世
界观和物种不变的神创论。达尔文在提出进化论的同时已注意到了遗传现
象。在《物种起源》一书中达尔文指出：“支配遗传的诸法则，大部分是未
知的。没有人能够说明同种的不同个体间或者异种间的同一特性，为什么有
时候能够遗传，有时候不能遗传；为什么子代常常重现祖父或祖母的某些性
状，或者重现更远的祖先的性状；为什么一种特性常常从一性传给两性，或
只传给一性……”。他认为，每一个能够各自独立变化的性状是与一种物质
载体连接在一起的；组成身体的所有细胞都能产生微粒，即所谓的生殖微粒，
这些微粒都能以不同的强度各自独立地繁殖，它们由循环系统带至生殖细
胞，集中在一起，生殖细胞就是由来自各种器官的物质组成的。显然，达尔
文没有把生殖细胞和体细胞加以严格区分。人们把达尔文对遗传现象的解释
称为“泛生说”。
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瑞士著名的植物学家耐格里（1817—1891），在1884年作出了细胞内有
遗传物质——种质的推想。他认为，种质充满整个细胞，从而遍布全身；每
一个可感知的性状，作为一种素质或遗传因子被包含在种质里。
19世纪末，德国生物学家魏斯曼（1834—1914）批判了泛生论，提出种
质理论也称种质连续假说。他认为体细胞和生殖细胞有根本区别，从而把生
殖细胞称作“种质”，试图用“种质论”来解释进化与发育的关系。魏斯曼
的学说为遗传学的研究奠定了基础。
随着显微镜的发明和应用，人们对生物的认识开始深入到生物的细微结
构。19世纪初，人们已经认识到细胞是植物和动物最基本的结构单位。德国
生物学家施莱登和施旺建立了完整的细胞学说，并明确指出了细胞是由细胞
生成的。19世纪40年代后，许多生物学家先后发现了细胞的分裂过程，到
1879年，德国生物学家弗莱明（1843—1915）发现了染色质。在细胞进行有
丝分裂时，染色质形成线状染色质丝，1888年，德国的瓦尔德尔将染色质丝
命名为“染色体”。1885年比利时胚胎学家贝纳登（1845—1910）又发现了
在形成配子时的“减数分裂”过程。随着细胞学说的建立和发展，许多鲜为
人知的生物学的秘密相继被揭开了。这一切又都为遗传学的产生和发展创造
了条件。
在19世纪末至20世纪初，遗传学的发展取得了重大突破。为遗传学作
出卓越贡献的代表人物是孟德尔和摩尔根。孟德尔通过豌豆杂交试验预见了
遗传因子（基因）的存在，揭示了遗传的秘密，提出了“分离定律”和“自
由组合定律”。分离定律被确定为遗传第一定律，系指一对遗传因子，其中
一个为显性因子，另一个为隐性因子，在彼此结合的状态下，并不相互影响，
相互沾染，而在形成配子时完全按原样分离到不同的配子中去。自由组合定
律彼确定为遗传第二定律，系指一对性状的分离与另一对性状的分离是相互
独立的，它们可以自由组合，故又称独立分配律。遗憾的是，孟德尔超越时
代的伟大发现，由于种种原因并没有被同时代的人所接受，竟至埋没达三十
多年才被重新发现。孟德尔遗传定律的重新发现标志着一个绵延两千多年的
关于生殖和遗传的臆想和猜测时代的终结。遗传学的进一步发展，使它与细
胞学结合了起来。美国的萨顿 （1877—1916）和德国的鲍维里是实现这一结
合的先行者。他们在1902年利用显微镜证实了染色体行为和遗传因子的相似
性。摩尔根利用著名的果蝇试验发现了“基因连锁”现象，即几个相邻的基
因往往组成“连锁”一起遗传而不彼此分开，不同染色体上的基因可以自由
组合，但在同一染色体上的基因却不能自由组合。这就是连锁遗传定律，亦
称遗传第三定律。摩尔根和他的学生在研究工作中还发现了基因“交换”现
象，提出了基因在染色体上直线排列的学说，说明了由杂交所引起的基因重
组是使生物发生变异的原因，并指出基因重组的发生与外界环境没有必然的
联系，因此获得性状是不遗传的等等。摩尔根提出了较完整的基因理论，发
展了孟德尔的遗传学说。
在19世纪下半叶，就生物学而言，除了细胞学说和生物进化论两大发现
之外，还有微生物学的研究和应用也取得了重大进展。尤其是法国的巴斯德
（1822—1895）为微生物学的建立及揭示微生物的秘密，取得了令世人瞩目
的功绩。巴斯德奠定了细菌致病学说，随后他不仅提出并且创造了细菌消毒
法，他还发现了免疫作用，成为抗御细菌感染，造福人类的千秋功业。
1870—1918年，在这近半个世纪的时间内，科学技术的发展取得了惊人
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的进步。首先是生活在这一历史时期的科学家们，他们的创造性劳动和对科
学技术的献身精神是推动科学技术发展的主要动力。在这一历史时期，活跃
着一大批出类拔萃的科学家和发明家，他们在各自的领域内都做出了不寻常
的贡献。例如卓越的物理学家法拉第、麦克斯韦、爱因斯坦、玻尔、开尔文
勋爵（汤姆生）、普朗克、德布罗意、薛定谔、海森堡；数学大师希尔伯特、
彭加勒；化学家门捷列夫、凯库勒、霍夫曼、拜耳；生物学家孟德尔、摩尔
根、巴斯德；炼钢专家贝塞麦、托马斯、马丁父子、西门子兄弟；为内燃机
的发明和改进作出重大贡献的雷诺、奥托、戴姆勒、本茨、狄塞尔；为电力
技术的发展和应用建立了不朽功勋的爱迪生、莫尔斯、贝尔、波波夫、马可
尼，以及第一架飞机的制造者莱特兄弟和率先使汽车投入大规模生产的技师
兼企业家福特……
在这一时期各国的科学家们相继建立了一批著名的实验室，并在科学研
究中形成了多支享有盛名的学术流派。著名的实验室如贝尔实验室、爱迪生
发明工厂、卡文迪许实验室、拜耳实验室、巴斯德研究所等。著名的学术流
派有哥廷根学派、哥本哈根学派、摩尔根学派等。这些著名的实验室和学术
流派为科学技术的发展和学术研究的争鸣发挥了重要作用。
在科学理论的指导下，技术发明获得成功，技术改进取得突破，技术成
果又迅速投入应用，形成强大的社会生产力。这是1870—1918年这一历史时
期的一个最显著的特点。如在电学理论的指导下，电力技术迅速发展起来，
先后发明了发电机、电动机、电灯、电报、无线电等，这些技术发明投入应
用以后，使人们的生产、生活发生了前所未有的变化。有机化学的发展是如
此，炼钢技术的发展是如此，内燃机的发展亦是如此。科学技术能够产生强
大的生产力，科学技术就是生产力，在当时科学技术发达的国家不仅形成了
这样一种观念，而且成为活生生的现实。
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二、热机变革及对交通事业的促进
蒸汽机作为一种强大的工业动力机械，自 18世纪发明以来不断得到改
进，对当时的工业革命产生了巨大的作用和影响，并导致了火车和轮船的发
明。其后，在陆路和水路运输业中都迅速得到了应用。然而蒸汽机又存在着
许多难以克服的缺点，诸如效率低（热效率一般在5—8％）、速度慢、体积
大、运转笨、安全性差（时常发生爆炸）。由于其在性能方面难以取得突破，
因此不易在更大的范围推广，应用便受到了限制，因此，人们祈盼着发明理
想的热机。1859年8月29日，美国采矿工程师德莱克在宾夕法尼亚州利用
地下取盐的钻机打出了世界上第一口油井，从此，石油成为化学工业的重要
原料，亦为内燃机的发展提供了能源条件。在这种情况下，内燃机便应运而
生了。
1。内燃机的发明与发展
说起内燃机发明来，应当说首先是火炮给了人们重要启迪，甚至可以说
火炮是内燃机的雏形。最早利用火炮原理进行动力机械研究的是著名物理学
家惠更斯。由于发明内燃机的条件尚不具备，结果是尽管内燃机的设想在蒸
汽机之前，而内燃机的诞生却在蒸汽机之后。
（1）从煤气机的问世到汽油机的成功
18—19世纪随着煤炭、石油工业的发展，煤气的生成和石油的分馏使内
燃机的发明成为可能。在年燃机的发展过程中，不少国家的工程师、发明家
对内燃机的设计、改进做出了开拓性的贡献。而第一台可以实际应用并投入
生产的内燃机是一部二冲程、无压缩、电点火的煤气机，其功劳当归法国人
雷诺（1821—1900），制造成功时为1860年。虽然其热效率只有4％，但它
毕竟是一种非蒸汽动力的新型热机。其后，随着热力学理论的发展，法国工
程师德·罗沙在1862年提出了制造高效率内燃机的四冲程循环原理。这一原
理的实现是由德国人奥托 （1832—1891）率先完成的。他研制出第一台四冲
程活塞式内燃机并于1876年获得专利，1877年在巴黎博览会上展出便很快
得到推广。奥托内燃机是一种煤气机，其热效率达14％。奥托在35年中，
一直从事内燃机的研究，后来又把热效率提高到20％以上。他因此而获得了
内燃机发明者的荣誉。
内燃机在其发展过程中不断改进和完善，但其向小型化、高速化转变则
是在石油燃料出现之后，确切地说是采用汽油作燃料之后才实现的。在奥托
成功地研制出四冲程活塞式内燃机之后，他创立了德意志煤气发动机股份公
司，其合作者德国人戴姆勒（1834—1900）在奥托内燃机的基础上，改用汽
油作燃料，于1883年成功地制造出第一台现代四冲程往复式汽油发动机。其
中的关键部分是戴姆勒发明的汽化器。于是发动机的转数由煤气机的每分种
200转迅速提高到900转。1889年，戴姆勒又制成了V型双缸汽油机，用于
汽车并获得了专利。
（2）柴油发动机的诞生
在石油中的轻质部分——汽油，用来充当燃料驱动内燃机获得成功之
后，人们自然想到了石油中的重油成份。于是许多人开始研制煤油机和柴油
机。1886年，滕特和卜雷斯特曼研制成功100马力的煤油机，并用于农业耕
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作。1892年，德国机械工程师狄塞尔（1858—1913）研制成功了柴油机。这
是一种不用点火装置的压燃式内燃机。它加长了燃烧过程前的压缩过程，增
大了压缩比，使热效率大幅度提高到27—32％，取得了内燃机技术的重大突
破。狄塞尔研制的第一台18马力的压燃式内燃机，1897年在慕尼黑展览会
上一展出，立即引起了人们的注目和赞赏。狄塞尔看到自己发明的商业价值
之后，迅速申请了专利，并广为推销其发明，他还开办了自己的柴油机制造
厂，于是很快成了百万富翁。由于这种新型的柴油机还不够成熟，狄塞尔又
无暇进行继续研究和改进，于是他的柴油机制造厂所生产的第一批产品，由
于运转不良，用户纷纷退货。狄塞尔和他的柴油机一下子弄得声名狼籍，在
激烈的竞争中，不仅赔光了家产，而且负下了20万美元的债务。面对这一沉
重打击，狄塞尔悲观之极自杀身亡。此后，狄塞尔柴油机经过30年的改进才
日趋完善，并成为重型运转工具中无可替代的原动机。
（3）汽轮机的研制
在内燃机发展的同时，另外两种新型热机也在加紧研制之中。一种是蒸
汽涡轮机。另一种是燃汽轮机。蒸汽涡轮机的运动部件是转子，转子在蒸汽
反冲力的作用下发生转动，由此带动其他部件的运动。英国人查尔斯·帕森
斯（1854—1931）在1884年取得了蒸汽涡轮机的专利。这部涡轮机的转子以
每分钟750—18 000转的转速高速旋转。1889年瑞典人拉瓦尔（1845—1913）
制造的冲击式高速汽轮机的转速竟高达每分种1000030000转。由于汽轮机较
之蒸汽机具有明显的高速、强力、高效等优点，因此汽轮机成为更加理想的
热机。
燃汽轮机的结构与蒸汽轮机类似，所不同的是使用燃料，通常是用煤油
作燃料，使燃料与高压空气混合后，连续燃烧，产生的燃烧气体推动转子的
涡轮叶片转动。在燃汽轮机的发明、改进过程中，不少人为此进行了不懈的
探索，1872年德国人斯托兹第一个实际制造出具有现代特征的燃汽轮机，因
其热效率很低，并未获得应用。进入20世纪后，几经改进燃汽轮机才达到实
用阶段。由于燃汽轮机存在难以克服的缺点：热效率低、噪声大、成本高、
寿命短、污染严重，因而仅用于发电、飞机、船舶等几个有限的方面。
2。内燃机的应用和推广
内燃机发明之后，由于它和蒸汽机相比有着极大的优越性，因此很快投
入应用并迅速得到推广。内燃机的应用和推广，使生产力发生了巨大变革，
加速了社会生活现代化的进程。因此，其意义不逊于电的发现和应用。
（1）内燃机的应用和汽车工业的崛起
从内燃机能够实际使用起，人们就看到了它的发展前景，于是试图用之
驱动车辆，以代替笨重的蒸汽机。内燃机的推广使用，使交通运输业产生了
继火车之后的又一次革命。从19世纪开始，人们制出了最初的汽车，如蒸汽
机汽车、蓄电池汽车和内燃机汽车，在20世纪初形成了世界的内燃机汽车工
业。
①汽车工业的前奏曲
法国军官居纽1769年将一台蒸汽机安装在三轮车上，用来拖运大炮，同
时还可乘坐四人。这种新型的运输工具，开创了自带动力装置驱动的新纪元。
这辆用蒸汽机驱动的车子堪称为世界上第一辆汽车。此后，蒸汽机汽车一度
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得到发展，法国巴黎在1790年出现了蒸汽机公共汽车，英国城市之间在19
世纪中叶出现了蒸汽机客车。在这一期间，法国、德国、丹麦、美国都发展
