世界近代后期科技史-第1章
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内容提要
19世纪是近代科技发展的重要时期。这一时期的科学技术无论在深度和
广度上都是近代前期所不能比拟的。许多重要的观念、重要的规律和理论都
在这一时期里先后涌现出来；另一方面，科学的发展为新技术的发明提供了
启发和依据，并以前所未见的力量促使生产迅猛增长。19世纪因而获得了“科
学世纪”的美称。
本书用简约的语言，生动的事例，全景观地再现了19世纪科技的辉煌成
就，不仅介绍了物理、数学、化学、天文、地学、生物各学科的成长和发展
过程，而且介绍了医学在病理学、细菌学以及临床医学方面所取得的重要成
果和发展历程；在技术方面则详实地介绍了化学工业的进展，被称为第二次
技术革命的电气化工业技术的开创历程、交通工具革命、机械工程的大发展、
建筑和冶金革命。最后用对比的方式描写了这一时期里科学技术在日本和中
国的发展，指出封建意识和封建制度是阻碍科学技术发展的根本原因。
本书注重按历史发展的本来面貌去描述科学思想的产生、发展及争论。
在叙述中又力戒过分涉及具体的学科内容，以便使一般读者不至于感到难
懂。在技术发展史上则着重于介绍发明的思想及演变，力求具体生动。本书
适合具有大专以上文化程度的读者，对于开设了科技史课程的学校，不失为
有价值的参考书。
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一、概 述
19世纪是近代科技史上最辉煌的时代。在这一时期里各门学科形成了独
立的体系，理论在实验事实的基础上发育得更加完美，更加丰富，在研究方
法上更趋成熟，科学与生产的关系更紧密，所有这一切使19世纪赢得了“科
学世纪”的美称。
19世纪的各门学科在观念上都有不同程度的飞跃。在数学上非欧几何学
的产生是对有几千年历史的欧氏几何学的宣战，它在19世纪刮起了一场几何
学革命的风暴。在物理学上，场的观念和理论的提出，宣告了机械以太假说
的死亡；热力学的建立彻底结束了热质学说的统治地位。在化学上，原素周
期律的发现使元素学说和人类对物质的认识产生了真正的变革，化学第一次
从零散现象的描述及化学性质的罗列中摆脱出来，完成了从经验到理论的飞
跃。在生物学上，进化论第一次把生物学放在科学的基础上，是生物学的划
时代的革命理论，其影响之大，远远超出了生物学的范畴。
19世纪，科学已从搜集材料的阶段上升到整理和综合材料，最后形成假
说和建立理论体系的阶段。电磁学的发展就是一个明显的例子。直到18世纪
末，人类对电和磁的认识仅局限于某些零星的静电和静磁现象。然而一旦奥
斯特发现并证实了电和磁的联系，安培便在极短的时间里推导出了安培定律
及公式，使电磁学完成了走向理论的一次飞跃，接着法拉弟发现了电磁感应
定律，并提出了场的概念，最后麦克斯韦完成了对所有电磁实验现象的大综
合，建立了电磁场理论，把经典物理学发展到顶峰阶段。同样的，门捷列夫、
达尔文、施莱顿等伟大的科学家们也都在各自的研究领域里完成了具有历史
意义的理论的综合。
19世纪的科学在深度和广度上也有了空前的高水平的发展。在空间上，
天文学已扩展到银河系之外；在时间上，已追溯到太阳系的起源；在深度上，
已确立了原子和分子的差别，探索着细胞的奥秘；在物质运动的规律上，已
从实验上证明存在能的转化与守恒规律，并进而认识到运动转化的方向性问
题。即使是在19世纪建立的进化论，也由于孟德尔的遗传学说而获得更深刻
的发展。这些都是自文艺复兴以来所不曾有过的飞速进步。
19世纪以来科学已逐渐抛弃了从静止的、孤立的观点看待自然现象的研
究方法。人们对自然认识越深刻，越广泛，就越是能体会到自然界现象虽千
差万别，然而又是相互联系的统一的物质世界。他们已学会用发展、联系的
观点来研究自然界，着重于透过现象去寻找现象间的联系以及现象的发展，
并从中找到变化规律。例如赖尔着眼于地球的演化，达尔文着重于生物的演
化，孟德尔透过演化中的遗传现象去探寻遗传的规律。物理学证明了电、磁
和光相互间是联系着的，并且具有共同的本质。元素周期律表明一切元素由
于量的变化而发生性质的周期变化。细胞学说把动物和植物、高等生物和低
等生物联系在一起。能量的转化与守恒定律则揭示了各种运动形态的联系。
19世纪的自然科学既看到了自然界复杂、多样的一面，也认识到自然界统
一、和谐的一面；既看到物质世界相对稳定的一面，也看到进化、发展的另
一面。经典科学在19世纪走向成熟。
科学的成熟还表现在它对宗教显示了更加强大的战斗力。在 19世纪，科
学证明人是进化来的而不是上帝创造的；有机物是可以由无机物合成来的，
因而与造物主不相干；天文学家证明了在宇宙的星球中没有上帝的位置等
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等。神学的堡垒和领地就这样逐一被科学攻破。
19世纪，科学最重要的特征是它比任何时代都更鲜明地证明科学对生产
的重要推动作用，即科学是生产力的论断。有机化学理论的创立，使得 19
世纪建立了以煤焦油的利用为核心的有机化工，无机化学的发展，使化学基
础工业出现了蓬勃的生机。热力学的发展使蒸汽机日益完善并促成了内燃机
的诞生。电磁学理论的建立，大大推动了电力技术的发展，从而形成了发电
工业、电机工业、电灯、电话、电报等一系列电气产业。电气化的到来使整
个工业和人类的社会生活发生了广泛而深刻的变化。而这些变化又由于电科
学的继续发展获得了不断完善和提高。
在 19世纪，科学和技术已有了明显的差别，科学是对自然的探求和认
识，技术则是改造世界的物质手段。科学和技术是相互联系，相互促进的。
一般地说，科学是技术的基础，但是在生产不太发达的时代，技术往往更多
地依赖于经验，它掌握在工匠手中，与书斋中的学者联系不多。但在19世纪，
技术往往是科学成果的应用，可以说没有法拉弟定律便不可能发明发电机；
没有焦耳定律及电的热效应研究不可能发明电灯。这种紧密的依赖关系，决
定了19世纪技术发展的特点。
其一，随着科学理论的革命性变革，在技术的所有相应领域中也发生了
革命。
冶金工业革命是由于热工学的发展，促使转炉和平炉发明，结果使钢铁
工业在19世纪得到突飞猛进的发展。
交通革命是由于19世纪将蒸汽机和钢铁用于轮船和车辆的制造；而内燃
机的发明，最终导致汽车工业和汽车运输业的诞生，从而彻底改变了几千年
来的交通面貌。
建筑革命源于水泥和钢筋混凝土的发明，使几千年来依赖砖石、木材做
建筑材料的局面为之一改，并且还导致建筑结构的大发展。
化工技术革命导致发明了铂作催化剂，用以改进接触法制硫酸。无机化
学的进步还导致了苏尔维法制碱的发明，有机化学促使有机化工业得到相应
的发展，使人工合成染料、化肥和炸药得到发明并投入生产。
农业机械革命中，拖拉机和联合收割机的发明与应用，结束了几千年来
依靠人力和畜力从事农业生产的局面，使农业的生产效率大幅度提高。
19世纪后为了精密加工蒸汽机和武器，出现了先进的精密车床，继后又
发明了铣床、刨床、磨床乃至自动车床。从而形成了加工机械的革命。加工
工业技术的发展使得人们有可能去制造日益复杂的内燃机和汽车，制造高速
印刷机和纺织机等等，其影响是深刻的。
19世纪最有影响的技术革命是电力技术的出现及发展。一方面，电机技
术的发展为人类提供了一种高级能源，即电能，另一方面电力技术又带动了
一系列用电技术的发展，例如电灯、电话和电报，从而出现了一系列新材料
和新加工方法，形成了庞大的电气工业技术体系。这一切为19世纪末和20
世纪人类进入电气化时代奠定了基础。
其二，随着技术革命的深入，技术逐渐摆脱了对经验的依赖，借助于科
学的帮助终于形成了专门为技术服务的理论体系。例如1840年英国的格拉斯
哥大学讲授《应用力学》、《动力工程学》、《土木工程学》等课程，同时
在德国有人也编写了《机械学》、《机械设计》等讲义。到60年代英国还专
门创办了工程技术杂志《电气工程师》等。
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其三，工业革命带来了19世纪物质生产的迅猛发展。例如19世纪最后
30年里，世界工业总产值增加了两倍多，其中钢铁猛增55倍，石油增加了
25倍，农业生产也有大幅度增长。
其四，工业革命使许多国家认识到科学对生产的巨大推进作用，于是产
生了专门培养工程师和技术工人的学校。1823年成立第一所伦敦技工学校，
到1850年这类学校在英国多达500所。一些职业发明家开始创办专为发展工
程技术的实验室，如爱迪生实验室、贝尔实验室等。这些学校和实验室对培
养工程技术人材和发展科学技术起了巨大的作用。
最后，我们要提到19世纪医学的发展，西方医学在19世纪发生了革命
性的变化。这主要是麻醉剂的发明，使外科发生了根本的变化；细菌学和病
理学的发展，使医生对疾病的认识和治疗有了巨大的进步。这一切终于成为
现代医学的前奏。
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二、近代后期物理学
1。能量转化与守恒定律的确立
能量转化与守恒定律的发现是起源于对运动的量度和运动不灭的思想，
但是它的确立却经历了漫长曲折的历史进程，直到19世纪中叶才作为自然界
的一条普遍定律为科学界接受。
早在1644年，哲学家和物理学家笛卡尔（1596──1650，法国）的《哲
学原理》一书中就明确提出：“物质有一定量的运动，这个量是从来不增加
也从来不减少的。”他用质量和速度的乘积量度物质运动的量，因此他表述
的实质上是力学中的动量守恒的思想。稍后，惠更斯（1629──1695，法国）
提出过一条与碰撞有关的定理，认为碰撞物的质量和速度平方乘积的总和在
碰撞前后保持不变。这启迪人们重新思考运动量的量度问题。1696年，莱布
尼茨 （1646──1716，法国）指出：运动有两种量度，因为动力有两种，一
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种叫“死力”，另一种叫“活力”。动量是“死力”的量度，mv则是“活力”
的量度，自然界中真正守恒的是总的“活力”。他的观点影响了很长的一段
历史时期，直到19世纪，科里奥利（1792──1843年，
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法国）才建议用 mv2 ，代替mv2 ，后来叫做动能。1829年，工程师彭塞利
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（1788—1867年，法国）使用了“功”这一术语，并由科里奥利定义：力和
受力点沿力的方向位移之积叫“运动的功”。这样人们才明确：所作的功等
于增加的动能。
促使人们在19世纪确认这一伟大定律还有一个不容忽视的背景。那就是
一系列重大的发现揭示了各种自然现象间的普遍联系和相互转化关系。主要
有：1798年，本杰明·汤普逊（1753—1814年，英国）和戴维（1778—1831，
英国）用摩擦生热证明机械运动可以转化为热。1821年，塞贝克（1770—1831
年，德国）发现了温差电现象，证明热可以转化为电。1840年，焦耳定律指
明电转化为热的规律。1821年，法拉弟（1791—1867年，英国）发明了“电
磁旋转器”，表明电转化为机械运动；1820年，奥斯特（1777—1851年，丹
麦）发现了电流的磁效应，后来法拉弟完成了电磁感应定律的研究，从而证
明电和磁间的相互转化；1801年，李特尔（1776—1810年，德国）研究了紫
外光的化学作用；1839年，贝克勒尔（1820—1909年，法国）发现光照可以
改变电池的电动势等等。这一切启发欧洲的科学家们以一种“统一”的和“相
互联系”的观点去认识自然界的现象。
19世纪40年代，属于欧洲几个国家的十多位学者，从不同专业，用不
同的方式，各自独立地发现了能量转化与守恒定律，其中的代表者是迈尔、
焦耳和亥姆霍兹。
罗伯特·迈尔（1814—1878年，德国）是一位医生。1840年他作为随船
医生航行至印度尼西亚，在赤道附近他意外地注意到海员静脉的血比在欧洲
时要鲜红些。当时已经证明血的颜色鲜红表明血中含氧量高，迈尔想到一定
是在热带肌体消耗的热量较少，所以食物燃烧过程减弱，耗氧量少，静脉血
中留下的氧增多，颜色就鲜红。1841年他在一封信中写道：化学家们认为的
基本规律是物质不可破灭的……我们应该把完全同样的规律用在力上。力同
物质一样，也是不可破灭的，它们加入不同的组合，当某种旧的形式消失了，
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又会形成新的形式。”这里说的力是指能量。显然他从上面的例子已经认识
到食物所含的化学能可以转化为热。后来他又从海浪冲击使水温升高的现象
认识到机械运动与热的关系。
1841年，他的第一篇论文《论力的量和质的定义》没有被接受。1842
年，他在《论无机界的力》中写道：“力是不灭的、能转化的、无重量的客
体”。这篇论文发表在李比希主编的 《化学与药学年鉴》上。恩格斯因此认
为这是划时代的一年。
1845年，他自费出版《论有机运动和新陈代谢》一书。他指出，力的转
化与守恒是支配宇宙的普遍规律。他把力分为五种：运动的力，在弹性碰撞
上表现为活力守恒；下落的力，它和运动的力相互转化，这种“机械效应将
保持为一个恒量”；热，“热力是指转化为运动的力”；电力和化学力。他
还把这五种力画在一张表上，说明各种力相互转化的25种情况，得出了否定
热质和其它无重量流质假说的结论。
迈尔从几个实例出发计算了热功当量，他得到的计算值是J＝3。48焦耳/
卡。
迈尔个人�
