随着资本主义生产方式的产生,在欧洲出现了航海探险活动、文艺复兴运动和宗教改革运动。这些经济活动和文化活动,为近代科学技术的产生创造了良好的社会条件。
(-)资本主义生产方式的出现
欧洲中世纪晚期,由于广泛运用包括中国四大发明在内的新技术,在封建社会内部发展起来的手工工场和商业活动导致了生产力水平的提高和商品经济的活跃,也逐渐突破了自然经济的局限,出现了资本主义生产方式的萌芽。
资本主义生产方式的出现促进了生产技术的改进,手工工场的分工和协作的发展使生产过程更加专业化,劳动技艺更加熟练,这为改进技术和使用机器创造了条件。从15世纪起,欧洲手工业各部门,如纺织业、采矿业、冶金业中都开始使用一些新式机器,或采用一些新技术,生产各种新的、大型的器件。生产工具的改革又引起了动 力和传动机械的变化,水轮和风车得到普遍应用,包括曲柄和齿轮联动机构的传动装置越来越复杂。在14世纪就兴盛起来的钟表制造业为这些机械传动装置的研制提供了技术基础。此外,随着城市的发展,玻璃制造业、眼镜磨制业、造纸业等,在技术上也有很大改进。
技术上的改进给自然科学的发展开辟了道路。像水轮、风车的制造和控制、使用,就极大地推动了力学的发展;治金、纺织、玻璃和眼镜制造业的发展不仅向化学和光学提出了大量需要解决的问题,而且给自然科学的研究提供了诸如望远镜和显微镜之类的观察和实验手段。这些事实表明,资本主义生产方式产生后,经济上的需要越来越成为科学技术发展的动 力。
(二)航海探险与地理大发现
欧洲工商业的发展,使封建贵族和新兴的资产阶级都想从扩大对外贸易中得到更丰足的东方财富。15世纪初,原来东西方贸易的陆路通道由于土耳其的扩张而受阻,海路通道又为阿拉伯人所垄断,因此欧洲人试图渡过大西洋,另辟通往印度和中国的通路,掀起了远航和探险的热潮。在近一个世纪的时间里,一批又一批的探险家不屈不挠地与惊涛骇浪博斗,他们获得了一系列的地理发现。其中最重大的成就有:1492年哥伦布(1446～1506)发现了美洲大陆;1497年达.伽马(1460?～1524)开辟了通往印度的新航路;1519力1522年麦哲伦(1480～1521)的船队完成了环球航行。
航海和地理发现对近代科学技术的直接推动,首先表现在航海。促进了与之有关的科学技术的发展。远航探险离不开大量的星表、星图和航海地图,而远航和地理发现的结果又给绘制和修正这些图表提供了丰富的材料,这就推动了天文学、大地测量学、地理学和数学的发展。制造舰船和大炮需要解决大量的 力学、数学和技术问题,这些学科也由此得到发展。如在16世纪,三角学就从天文学中分化出来成为独立学科;为了简化计算,耐普尔(1550～1617)发明了对数。其次,航海和地理发现开阔了欧洲人的视野,一些前所未见、闻所未闻的自然现象丰富了他们的知识,启迪了他们的思想,从而推动科学观念上的突破和新学科的建立。
(三)文艺复兴运动
发生于14力16世纪的欧洲文艺复兴是近代史上一次著名的思想文化运动,它从意大利开始,以后扩展到欧洲的许多国家。这一运动以复兴古希腊罗马的学术和艺术为口号,故名文艺复兴。它是
要从古代文化中吸取民主思想和理性主义,造成新的世界观,以与封建的宗教世界观相抗衡。文艺复兴运动的主旨是肯定人的价值,要求运用文学艺术表达人的思想感情,主张教育要发展人的个性,社会要发挥人的才能,满足人的欲望,这些主张构成被人们称为”人文主义”的思潮。这股思潮有 力地冲击了中世纪以来形成的教会的绝对权威,解放了人的思想。文艺复兴运动不仅造成了欧洲近代文学和艺术的繁荣,产生了大量的文学艺术史上不朽的戏剧、小说、绘画和雕刻作品,同时也有 力地促进了自然科学的解放。文艺复兴破除了人们对宗教神圣不可侵犯的迷信,培育了自由
研究的精神,引导人们去观察和研究自然界。古典学术的复兴使那时的知识分子了解到古希腊罗马十分活跃的学术思想和科学技术成就,这不仅鼓舞了他们进行独立思考的勇气,而且为他们研究科学技术提供了丰富的思想营养和方法启示。为近代科学奠基的著名人物哥白尼、伽利略、维萨里和哈维等,都是在文艺复兴的氛围中成长的、通晓古典学术的大师,他们从古代人那里找到了自己学说的种子和雏形,并且敢于对抗宗教的势 力,提出离经叛道的新的科学学说。
(四)宗教改革运动
16世纪欧洲发生的宗教改革运动首先开始于德国。这次运动的发起人马丁.路德(1483～1546)所提出的宗教改革主张,揭露了教廷的腐朽和虚伪,反对教会和教士们的特权,反对繁缛的礼拜仪式,认为宗教信仰是个人的事情,教士不应监督和干预。继德国之后,瑞士、法国、英国等国家也先后进行了宗教改革,欧洲基督教中分裂出了不承认罗马教廷的最高权威的”新教”。
中世纪以来的欧洲,科学成了神学的附庸。宗教改革运动对科学从神学中解放出来有积极作用。新教鼓励人们研究和认识自然,认为上帝的智慧完全体现在他所创造的自然秩序中;鼓励人们运用科学技术为社会创造更多的物质财富,认为为社会创造财富是对上帝的爱戴。这些教义客观上有利于科学技术的发展,近代欧洲的著名科学家中新教徒占了很大的比例,就是一个很好的例证。当然,新教与自然科学的关系是很复杂的,尽管在某些方面它允许甚至鼓励科学技术活动,但当某个科学学说与宗教利益激烈抵触时,新教徒也照样会残酷迫害科学家。科学与神学的根本对立并未因新教的出现而消失。
近代科学的发展
16力17世纪,一系列重大的科学发现构成了近代自然科学革命,牛顿力学体系的建立为近代科学奠定了基础。从此,科学摆脱了神学的束缚向前发展,新的学科相继诞生。18世纪是近代科学不断积累实验材料,平稳发展的时期。到19世纪进入了近代科学全面繁荣的时代,建立了各门自然科学的理论体系。19世纪末20世纪初,新的科学发现宣告了近代科学的终结,自然科学开始进入现代发展时期。
(一)近代科学革命
近代科学革命是以哥白尼创立日心说为开端。哈维发现血液循环是这场革命的一个重要标志。牛顿力学体系的建立宣告了近代科学革命的成功。
1.哥白尼日心说
波兰天文学家哥自尼(1473～1543)曾在文艺复兴运动的中心意大利留学,受到火文主义思想的熏陶和希腊古典著作的启发。他在1543年临终前发表的不朽著作《天体运行论》中阐述了他的日心说,其要点是:(1)地球并非静止不动的天体,也不在宇宙的中心,它是一颗普通的行星,既有自转,又围绕太阳旋转;(2)月亮绕地球旋转,并且和地球一起绕太阳旋转;(3)太阳处于宇宙的中心,行星在各自的圆形轨道上围绕太阳旋转,它们的轨道大致处在同一平面上,它们公转方向也是一致的。
日心说的发表是近代科学革命的首要标志,它推翻了一千多年来占统治地位的、在中世纪被基督教神学教条化了的托勒密地心说宇宙观,描绘了一幅关于太阳系的科学图景,为近代天文学奠定了基础。尤其重要的是,这一学说宣告了神学宇宙观的破产,开始了自然科学从神学中解放出来的运动。
日心说提出后的几十年里,经过意大利学者布鲁诺(1548～1600)和伽利略等人的传播,在知识界和群众中产生了巨大影响,因而引起了教会的严重不安,他们利用宗教法规迫害新学说的传播者。
布鲁诺惨遭火刑,伽利略也被终身监禁。德国天文学家开普勒(1571～1630)经过多年潜心研究,于1609年和1619年先后提出了行星运动的三条定律：(1)轨道定律：行星运动的轨道是椭圆的,太阳在椭圆的一个焦点上;(2)面积定律:单位时间内行星中心同太阳中心的连线(向径)扫过的面积相等;(3)周期定律：行星在轨道上运行一周的时间的平方和它至太阳的平均距离的立方成正比(T2=K.R3。开普勒的发现使哥白尼日心说更趋完善,他突破了圆形轨道的传统观念,使行星运动的不均匀性等现象得到了自然而合理的解释。
2.哈维血液循环理论
近代科学革命的另一重要标志是英国生理学家哈维(1578～1657)在1616年公布的血液循环理论。
近代科学革命时期,对人体血液运动的研究始终是医学、生理学领域中引人注意的问题。古罗马盖仑的:”三灵气说”和托勒密地心说一样,也是在中世纪被教会教条化了的学说,至此时已受到越来越多的怀疑和挑战。比利时的维萨里(1514～1564)于1543年出版《人体的构造》一书,以解剖为根据,纠正了盖仑关于左右心室相通的说法,并否定了上帝用男人肋骨创造出女人的宗教教义。维萨里因此获罪。西班牙医生塞尔维持(1511～1553)发现了静脉血变为动脉血过程的血液心肺循环(又叫小循环),他批判盖仑的三种灵气说,主张人体中只有一种来自空气的灵气(即后来发现的氧气)。塞尔维特把盖仑所说两相独立的动脉系统和静脉系统统一起来,为发现全身的血液循环铺平了道路。
在前人研究的基础上,哈维进一步通过科学实验和理论研究,提出了血液循环理论,其要点是：(1)血液循环的原动力是心脏的收缩和舒张,而非任何灵气;(2)血液在全身沿着一闭合路线作循环运动,路线是从右心室输出的静脉血经过肺部变为动脉血,然后通过左心房进入左心室;从左心室搏出的动脉血沿动脉到达全身,然后再沿静脉回到心脏;(3)哈维预言,在动脉和静脉的末端必定存
在一种微小通道将二者联结起来。几十年后人们发现了毛细血管,证实了哈维的预言。
如哥白尼日心说彻底否定了天文学中的传统观念一样，哈维的血液循环理论给了生理学中的传统观念──盖仑的三灵气说以致命的打击。从此,生理学发展成为科学。哈维因为这一成就而被誉为”生理学之父”。
3.牛顿力学体系
研究物体机械运动形式,即空间位置变化的力学,是近代自然科学中发展较快、成熟较早的学科。英国大科学家牛顿(1642～1727)总结了天体力学和地面上力学的成就,规定了一套 力学概念,
提出了运动三定律和万有引力定律,从而使力学成为一个完整的理论体系,人们把它称为牛顿力学或经典力学体系。这个体系的建立,标志着经典力学的成熟;同时,由于牛顿 力学体系成为了此后300年近代自然科学整体发展的理论基础,因此,它的建立也宣告了近代科学革命的成功。
古希腊亚里斯多德的力学理论也是被中世纪教会教条化了的学说之一,其核心观点是认为力是运动的原因,自由落体重物速度大于轻物。近代科学诞生后,亚里斯多德的力学不断受到质疑。意大利科学家伽利略(1564力1642)继承古希腊阿基米德的传统,发展了实验和数学相结合的科学研究方法,他在观察、实验的基础上,经过推理和计算对现象提出假定性说明和定量的描写,然后再用实加以检验,从而取得了静 力学和动力学方面许多十分有价值的研究成果。其中最为突出的是他运用逻辑分析并通过著名的比萨斜塔实验和小铜球斜面滚动实验,得出了自由落体定律,推翻了亚里斯多德的学说。伽利略的一系列开创性工作为牛顿 力学体系的建立奠定了基础。
牛顿认真研究了伽利略的自由落体理论,通过进一步的精确化,得出了惯性定律和加速度定律。他又在笛卡儿和惠更斯对碰撞运动的研究基础上总结出了作用力和反作用力定律。这三条定律后来被分别称为牛顿第一、第二和第三定律。牛顿还以独特的思考方式,从研究地球对月球的引 力入手,综合了惠更斯、开普勒等人有关天体力学方面的研究成果,并运用他自己创立的微积分作计算工具,成功地导出了万有引力定律。以运动三定律和万有引力定律为基础,运用逻辑和数学方法构建的牛顿 力学体系,统一了天上物体和地上物体的机械运动,对自然界的力学现象作出了系统的、合理的说明。1687年牛顿将包含他的力学体系以及数学、天文学方面研究成果的巨著《自然哲学的数学原理》交付出版。这本书被公认为近代科学史上最伟大的著作。
(二)近代数学的发展
古代数学在算术、代数、几何、三角等学科方面积累了相当丰富的知识,尤其是几何学已形成了完整的学科体系。这些都是研究常量的数学。从16世纪开始常量数学逐步向变量数学发展,于17世纪创立了解析几何、微积分和概率论。18世纪这些新的学科都得到了进一步的发展,产生了许多分支学科。代数学的方程论也取得了显著进展。19世纪是近代数学大发展的世纪,微积分的理论基础被精确化,代数学进入到抽象代数的新阶段,并且诞生了非欧几何学。与古代数学主要追求理性上的满足不同,近代欧洲数学很大程度上是为了描述客观现象的规律以及其他实用上的需要,数学与科学技术研究,与解决生产问题的关系更为密切了。
1.解析几何和微积分的创立
法国数学家费尔玛(1601～1665)和笛卡儿(1596～1650)在创立解析几何方面贡献显著。费尔玛最早用代数方程来表示几何曲线的性质,笛卡儿进一步把几何图形看作是依照一定的函数关系运
动的轨迹。几何问题因而化为代数学问题来解决。这样,变量和函数被引进了数学,由此创立了解析几何学。
解析几何的创立对微积分的发明起了相当大的促进作用。17世纪上半叶,许多数学家都沿着和费尔玛、笛卡儿相同或相似的思路,研究诸如求曲线的切线、求瞬时速度、求极大值极小值、求曲线围成的面积等等这些由科技的发展或生产实践的需要向数学提出的问题。这些数学家各自作出了一定的贡献,提出了一些新概念,创造了一些新方法,为微积分的发明奠定了基础。
微积分是牛顿和德国科学家莱布尼兹(1646～1716)在17世纪60力80年代各自独立发明的。牛顿把自己的微积分方法叫”流数术”,其基本原理是把变量看作是连续轨迹运动而产生的,生长中的
量叫”流量”,流量的生长率叫”流数气如果诸流量之间的关系已给出,确定这些流数之比的方法就是微分,这种方法可用以解决求曲线上任一点的切线和求运动的瞬时速度等几何学、物理学问题。把微分方法”倒过来”,即给出一个包含流数的方程,求流量之间的关系,就是积分方法,它可以用于求曲边梯形面积或一定时段中运动的路程等问题。微分和积分两种运算之间有互逆关系。莱布尼兹的微积分叫做求差的方法和求和的方法,他所用的名词术语和计算符号与牛顿的不同,但本质上是一致的。
微积分发明后很快就成为普遍应用的处理变量的数学工具。18力19世纪,在微积分基础上逐渐形成了包括许多分支的数学分析学。其中主要有微分方程、积分方程、无穷级数、变分法、复变函数论、实变函数论,它们在自然科学和工程技术很多学科中都有重要用途。微积分虽然在应用上取得了很大成功,但它的理论基础”无穷小量”却未加严格定义。直到19世纪后期,经过许多数学家的潜心研究,才给微积分奠定了严格的理论基础。
2.概率论的产生和发展
概率论是研究大量随机现象的统计规律的一门数学,它产生于17世纪,经过18力19世纪的发展逐步变成内容丰富的数学分支。
17世纪一些数学家对赌博中的机遇问题的考察是产生概率论的直接原因。荷兰科学家惠更斯(1629力1695)于1657年写成的《论赌博中的计算》是概率论最早的著作。18世纪瑞士的伯努利、法国的布丰等数学家继续发展概率论,丰富了它的内容和方法。19世纪法国的拉普拉斯、德国的高斯和俄国的切比雪夫等数学家的研究又把概率论大大地推进了一步,在概率论基础上发展了新的分支──数理统计。概率论和数理统计用以探索纷纭复杂的大量偶然现象背后隐藏着的必然规律,在现代科学技术中获得了极为广泛的应用。
3.代数学的发展
近代代数学在19世纪以前的突出成就有代数符号的创立、对数方法的发明和方程论的进展。最早的代数符号是16世纪法国数学家维埃特(1540力1603)创造的,他用元音字母表示未知数,用辅音字母表示已知数。数学语言走向符号化、形式化,是数学自身抽象化程度提高和更加成熟的表现。英国数学家耐普尔(1550～1617)于1614年发明了对数方法,大大减轻了天文学和工程技术中繁重的计算劳动,很快得到推广和应用。
近代方程论主要研究三次以上一般方程的解法,为了找出这种通用的方法,17～18世纪许多数学家绞尽了脑汁终未如愿,但研究过程中还是获得了很多别的新发现。19世纪初挪威数学家阿贝尔
(1802～1829)终于证明了高于四次的一般方程不可能用根式来求解。法国数学家伽罗瓦(1811～1832)继而研究可以用根式求解的n次方程的类型问题,由此开辟了代数学的一个新的领域──群论。以此为标志,进入了抽象代数学(或称近世代数学)的阶段。除群论外,代数数论、超复数系、线性代数、环论、域论等许多新的分支相继出现,代数学的研究向着更加抽象的纯理论的方向发展了。
4.非欧几何学的出现
18～19世纪几何学出现了一系列新的分支学科,如画法几何、微分几何、拓扑学等。此外,还有一项突破性的成果,就是非欧几何学的建立.
欧几里德几何学中的第5公设(平行线公设)多年来受到数学家的质疑,认为它可能不是公设而是可以证明出来的定理。1826年俄国数学家罗巴切夫斯基(1793～1856)提出第5公设是不可证明
的,但把这个”过直线外一点能而且只能作一条直线与该直线平行”的平行线公设改为”能作无数条直线与该直线平行”,而其他公理、公设仍旧,那末同样能够建立一个没有逻辑矛盾的几何学体系。于是一种与欧几里德几何学不相同的非欧几何学──罗巴切夫斯基几何学便诞生了。这种几何学对应的是曲率为负数的物理空间,其中的三角形内角和小于180。。1854年,德国数学家黎曼(1826～1866)把平行线公设改为”过直线外一点不能作该直线的任何平行线”,又得到另一个非欧几何体系,即黎曼几何学。这种几何学对应着曲率为正数的物理空间,其中的三角形内角和大于180。。传统观念认为现实物理空间是平直的、曲率为零的欧几里德空间,因而非欧几何学开始被视为仅仅是理智的游戏。现代科学诞生后,非欧几何学首先在爱因斯坦的广义相对论中获得了应用,才使人们改变了看法。
{三)近代物理学的发展
除力学的发展状况已如上文所述之外,近代物理学的主要成就表现在热学、电磁学和光学的发展上。
1.热学的发展
近代对热现象的实验研究是从研制温度计开始的。16力17世纪,人们试制了气体的、液体酒精的各种温度计。到18世纪初,制成了水银温度计,并且改进了标记刻度的方法,形成了三种较为适用的温标,即华氏、摄氏和勒氏温标。其中瑞典人摄尔修斯(1701～1744)于1742年确定的摄氏温标最为通用。
18世纪英国科学家布莱克(1728力1799)对热学的发展作出了很大贡献。他和他的学生通过实验确立了热学中极为重要的概念“比热”。又在研究冰融化为水和水变成汽时,物质吸收了大量的热 ，而温度却不升高的现象后,提出了”潜热气(即哺解热”和”汽比热”)概念。布莱克的发现为人们研究不同材料的吸放热现象及传导能 力提供了理论指导。瓦待在研究改进蒸汽机时就应用了布莱
克的热学理论。
19世纪热学的主要成就是发现了热力学第一定律和第二定律,以及新的分支学科统计力学的诞生。热力学第一定律即能量守恒与转化定律,它是19世纪中叶,在人们认识到电、磁、热、机械运动和化学变化等自然界各种运动形式都是可以相互转化的基础上,经过英国的焦耳(1818～1889)、开尔文(1824～1907)、德国的迈尔(1814～1878)4赫尔姆霍茨(1821～1894)等科学家多年的实验分析和理论研究而总结出来的,它通常表述为:自然界的一切物质都具有能量,能量有各种不同的形式,它能够从一种形式转化为另一种形式,由一个系统传递给另一个系统,而在转化和传递中总能量守恒。热 力学第二定律的发现,起始于法国工程师卡诺(1796～1832)提高蒸汽机热效率的理论探索,后经开尔文和德国物理学家克劳修斯的进一步研究,于1850年前后得出了这样一条普遍定律:在一个孤立的系统内,热总是自发地从高温物体传到低温物体中去而不是相反。根据这条定律,人们认识到热机.不可能把从高温热源中吸收的热量全部转化为有用功,而总要把一部分热量传给低温热源。因此热机效率不可能达到100%。在热 力学第一和第二定律的基础上,19世纪60年代英国的麦克斯韦和奥地利的玻尔兹曼(1844力1906)分别把统计方法和几率的概念引进了热学。他们的研究表明:热状态是大量分子的无规则运动的统计表现,单个分子的运动对系统的热状态没有独立意义;大量分子的运动不服从牛顿定律,只服从统计规律。用统计的观点解释热现象就产生了一门新学科──统计 力学,它的出现对物理学和化学的发展都有重要意义。
2.电磁学的发展
近代对电和磁的实验研究最早作出成就的当数英国的吉尔伯特(1540～1603),他首先研究了摩擦起电现象,并用天然磁石和小磁针做了大量的实验,提出了地球是个大磁石的设想,还得出了太阳也是块大磁石的推论。17力18世纪,静电学和雷电方面的研究多有发明和发现z先后发明了摩擦起电机、能储存电荷的莱顿瓶,以及避雷针等等;发现了感应起电现象、人体导电现象,区分了正负两种不同的电,证明了雷电和摩擦产生的电的同一性。法国科学家库仓 (1736～1806)在18世纪80年代通过实验证明了电荷之间的作用力的大小与电荷量的乘积成正比,与电荷之间距离的平方成反比,它的数学形式与万有引力定律相同。
1800年意大利科学家伏特(1745力1827)发明了用铸板和铜板作为两极的直流电池,从此人们开始了对电流的运动规律的实验研究。利用电流实验,实现了电解和电镀的应用,发现了电和热的相
互转化。德国物理学家欧姆(1784力1854)于1826年研究了电位差、电流强度和电阻之间的关系,总结出了V=IR的欧姆定律。
电和磁之间的相互转化现象的发现是19世纪电磁学的重大事件。1820年丹麦物理学家奥斯特偶然发现当磁针旁的导线通以电流时,磁针发生了偏转,这是电产生磁作用的证明。英国科学家法拉第(1791力1867)根据奥斯特的发现提出了磁可以转化为电的设想。经过长达10年坚持不懈的实验研究,终于在1831年实现了通过磁场强度的变化,使闭合线路中产生电流,这就是电磁感应现象。法拉第总结出了感生电动势的大小与闭路中磁通量变化率成正比的电磁感应定律,还进一步提出了”场”和”力线”的概念,用以解释电和磁的作用。
英国科学家麦克斯韦(1831力1879)在法拉第成就的基础上建立了电磁学理论,用偏微分方程组定量地表达电磁场的转化和电磁波的传播规律。麦克斯韦的理论是物理学发展的又一个里程碑,标志着近代物理学的成熟。
3.光学的发展
近代最早较系统研究光学现象的是开普勒。他提出了光的强度与离光源的距离的平方成反比的光度学定理,认识了光的折射和全反射的一些规律,通过实验对透镜成像进行了定量研究,还设计了一种新型的开普勒式望远镜。17～18世纪,几何光学取得了一系列进展。如发现了光的折射定律、光的衍射现象和薄膜干涉现象,光经过某些晶体产生双折射现象等等。牛顿对光学现象进行过大量总结性的研究,他用三棱镜分解了太阳光,并说明其原理,还发现了”牛顿环”现象,他的光学成就集中体现在所著《光学》一书中。牛顿还设计过一种反射望远镜。
牛顿对光的本性也进行了探讨,他认为光是光源向各个方向阵阵簇射出来的粒子流。这个学说被称为光的粒子说。荷兰科学家惠更斯(1629～1695)则提出了与牛顿不同的光的波动说,认为光是以球面波的形式向前传播的,光波的介质是以太粒子,它们能把振动传给邻近的以太,而本身不发生位置移动。这两种学说争论了100多年,到18世纪,由于牛顿在科学界的威望使他所主张的微粒说占了上风。而进入19世纪之后,光学中的一系列发现极大地支持了光的波动说,使得微粒说的优势地位被波动说所取代。这些发现中最为关键的是英国物理学家托马斯.杨(1773～1829)所做的光的干涉实验、法国工程师菲涅尔(1788～1827)用数学运算证明了波动说对衍射现象的解释,以及法国人傅科(1819～1868)测定光在水中的速度小于它在空气中的速度符合波动说的预设(粒子说预设与此相反)。19世纪60年代麦克斯韦预言光是一种电磁波,1888年德国人赫兹证实电磁波具有光的一切性质,进一步揭示了光的波动本质。
(四)近代化学的发展
16力18世纪,由于波义尔和拉瓦锡等人的实验和理论研究,化学作为一门科学从炼金术和化学工艺中脱胎出来。19世纪,原子-分子学说的创立和元素周期律的发现是化学理论发展上的重大成就,有机化学和物理化学等分支学科的建立标志着化学科学的成熟。
1.化学科学的确立
西方的炼金术和古代中国的炼丹术一样,是迷信、荒诞的动机驱使的非科学实践,但长期的实践过程中炼金术士们积累了不少化学知识。直到16世纪,欧洲人的化学知识仍然处在很低水平,理论上还没有脱出古代的框架、依然笼罩在炼金术的迷雾中。此外,在矿业、冶金和制药的技术实践中,人们也积累了相当丰富的关于物质的各种化学性质和化学反应的知识。但这些知识多数是经验性的、非系统的,其中有些解释性的内容仍然是炼金术的一套,如主张物质由柔、硫、盐三种要素组成等。英国科学家波义耳(1627～1691),为把化学从炼金术中解放出来,确立为一门科学,作出了重要贡献。波义耳在物理学和化学上都做过大量的实验,著名的波义耳-马略特定律是他的成就之一。他于1661年出版了《论怀疑派化学家》-书,从理论上提出了化学应是从各种技艺中找出一般原理的知识的新见解,在历史上第一次明确把化学与炼金术以及其他实用工艺加以区别。他继承古代原子论的思想,认为组成物质的粒子的成分的变化决定物质性质的变化,而不是相反(像炼金术认为的那样)。波义耳还给元素下了一个新的定七提出元素是”某种不由任何其他物体构成的或是相互构成的原始的和简单的物质”。这个定义没有区分元素和单质,还不是现代意已下的元素概念,但在当时对否定炼金术的元素学说起了决定性作用。
17力18世纪化学家们对燃烧这种普遍的化学现象的本质作了这多研究。广泛流行的一种观点被称为燃素说,认为燃素存在于可燃物、动植物和金属中,燃烧时从这些物体中逸出。燃素说把空气
的助燃作用看作是带走燃素的结果,还用不同的物质问交换燃素来解释各种化学反应。18世纪下半叶,化学实验的发展使人们相继发电了二氧化碳、氢气、氮气和氧气等多种气体。其中氧气(当时称火气)的发现者囿于燃素说成见并未认识到氧气在燃烧中的作用。是国化学家拉瓦锡(1743～1794)重复他人实验制得氧气,并通过进一步的实验研究证明,燃烧并非燃素的释放与吸收,而是可燃物或金属与空气中的氧气化合的结果。拉瓦锡由此建立了他的燃烧氧、化理论,并把它写进了内容丰富的专著《化学纲要》一书,于1780、年出版。该书对化学的发展产生了重大影响,它标志着化学作为一门科学已经形成。
2.原子-分子学说的创立
18世纪化学知识的积累使人们认识到了所有化合物都有确定的组成,并且在化学反应中元素间存在着简单的量的比例关系,从百总结出了化合物的定组分定律和化学反应的倍比定律。同时期的气体实验研究得出的气体膨胀定律和分压定律,也使人们逐渐认识到气体是大量的粒子组成的。英国化学家道尔顿(1766～1844)细致地研究了这些问题后发现,只要引入原子的概念并且确定各种原子都有独立的原子量,就能圆满地解释这些定律。古希腊的哲学原子论在近代欧洲已经复活,包括波义耳、牛顿在内的许多科学家都是原子论者。1803年,道尔顿在实验和科学理论的基础上将哲学原子论发展成了科学的原子学说。这个学说的要点是:(1)单质的基本组成是简单原子,原子不生不灭,不可再分割,在一切化学变化中保持本性不变;(2)同一元素的原子,其质量(原子量)、形状和性质都相同,不同元素的原子则各不相同;(3)不同元素的原子以简单数目的比例相结合,形成化合物的(复杂 )原子。
道尔顿的原子学说用原子的结合和分解来说明各种化学现象和定律间的内在联系,对当时的化学理论进行了一次大综合,对化学发展具有重大意义。但道尔顿的学说是有缺陷的,主要是他没有建立”分子”的概念,把化合物的分子也当作(复杂)原子,因此在运用原子学说解释一些化学现象时往往得出不正确的结论。意大利科学家阿佛加德罗(1776力1856)于1811年提出了分子学说,认为
原子是参加化学反应时的最小质点,分子是在游离状态下单质或化合物能独立存在的最小质点。单质分子是相同原子组成,化合物分子则由不同原子组成。分子学说是对原子学说的补充和完善,但因为与当时化学界的权威学说不相容,因此受冷落半个世纪,直到1860年才被科学界接受。原子-分子学说从此成为化学的基本理论。
3.元素周期律的发现
18世纪下半叶,由于欧洲工业和化学的发展,人们陆续发现了一系列新元素。19世纪以来,这种发现的节奏越来越快,到1869年,化学家们已认识了69种元素。与此同时,随着原子学说的创立和分析化学的发展,人们对元素重要特征之一的原子量的测定也日益精确。在进行元素分类的研究中,有些科学家发现了元素的原子量与它们的化学性质之间存在着种内在联系。俄国化学家门捷列夫(1834力1907)认真考察了前人的工作,经过反复的研究和核实,他于1869年提出了周期律,即”按照原子量的大小排列起来的元素,在化学性质上呈明显的周期性”,并发表了化学元素周期表。
元素周期律的发现改变了化学上一些旧的观点,原来认为是彼此孤立、各不相关的各种元素,现在被看成是有内在联系的统一体,它揭示了自然界物质多样性与统一性的关系以及物质由量变到质变的过程。元素周期律的建立奠定了现代无机化学的基础,对化学同时也对哲学的发展起了巨大的作用。
4.有机化学和物理化学的建立
有机物原是指从动植物体内提取的化合物,对有机化合物的结构和化学性质的研究始于18世纪末19世纪初,以后逐渐形成有机化学这门分支学科。1828年德国化学家维勒(1800～1882)用无机
物氰酸与氨溶液混合,制得了有机物尿素。在此以前流行的”生命力论”认为有机物靠动植物体内神秘的生命力才能制造,维勒的实验否定了生命力论,是有机化学发展过程中的一大突破。此后许多有机化合物相继被人工合成,从而促成了有机结构理论的发展,基因论、类型论、立体有机化学理论等相继产生,深化了人们对有机化合物的性质、类型和有机分子的立体结构的认识。
物理化学是应用物理学的原理和方法研究有关化学现象和过程的一门科学。19世纪下半叶,科学家们应用热力学的理论和方法研究化工生产中的化学平衡问题、反应速度问题,从而产生了化学热 力学、化学动力学和催化理论。在电解、电镀等技术实践基础上又产生了电化学、溶液理论等。这些分支学科和理论组成了物理化学这门新兴的、介于物理和化学之间的边缘学科。
(五)近代生物学的发展
生物学在16力18世纪基本上是属于收集材料的经验科学,主要的成就在生物分类学方面。19世纪是近代生物学的发展时期,出现了不少新的理论、新的学科,其中突出的有细胞学说、微生物学和生物进化理论。
1.生物分类学的发展
16力17世纪,在生物分类的研究中,存在着两种不同的分类方法。一种是人为分类法,即以生物的少数几个甚至仅仅一个特征为依据,例如按生殖器官的性质进行分类。这种分类法把生物看成不连续的、界限分明的类群。另一种是自然分类法,主张对生物的所有可找到的特征进行比较研究,以便找出它们之间的亲缘关系。这种分类法认为生物之间存在着连续性。由于当时研究的物种有限,没有足够的材料以供建立自然分类系统,因此在生物分类学上人为分类法占统治地位。
瑞典生物学家林耐(1707力1778)是人为分类法的集大成者。他于1735年出版了《自然系统》一书,确定了动物、植物分类的通用的层次(“阶元”)为纲、目、属、种四级,并且给每个物种以”双
名法”命名。这种方法的大部分要点至今仍沿用。林耐基本上用的是人为分类法,但在某些生物基本特征被选取的情况下,也少量地应用了自然分类法。林耐认为生物都是神创的,因此物种是不变的。但到晚年他的这种观点有所动摇。
林耐的《自然系统》对大量的材料做了初步系统的整理,无疑是近代生物学发展的一个里程碑。从18世纪后期开始,人们开始了真正按照物种的亲缘关系,对动植物材料进行重新整理。以后产生的生物进化论补充了生物分类学,从历史演化的角度说明了生物种属之间的联系。
2.细胞学说的创立
17世纪人们在显微镜下发现了细胞,但看不清它的结构,也未深究它的意义。直到19世纪初,有些生物学家通过对生物组织的解剖和显微研究,初步认识到细胞是植物和动物的组织、器官的基本构成单位。19世纪30年代,由于消色差显微镜的问世,生物学家们得以更清楚地观察到细胞的构造,先后发现细胞核、细胞质等。
在上述发现的基础上,法国植物学家施莱登(1804～1881)和动物学家施旺(1810～1882)先后于1838年和1839年著文,分别侧重阐述植物细胞和动物细胞的系统理论,从而共同建立了细胞学
说。他们的学说不仅论证各种生物都有共同的结构单元一一细胞,而且进一步探讨新细胞如何形成,试图由此说明有机体生长发育过程,因而对生物学的发展具有十分重要的意义。19世纪50年代人们在细胞学说基础上结合胚胎学的研究,发现了细胞分裂过程,获得了”细胞来自细胞”的认识,并且将细胞学说应用于病理学研究,由此建立的细胞病理学成为西方现代医学的重要理论基础。
3.微生物学的建立
17世纪有人在显微镜下观察到积水中的单细胞生物和牙垢中的细菌,但科学界对这些发现一直未予以重视。后来人们在探讨显微镜下看到的这些微小的生命体来自何处的问题时形成了”自然发生说”,认为微生物是由非生命物质在发酵或腐败过程中自发生成的。法国科学家巴斯德(1822～1895)在1857年通过密封煮沸过的肉汤得以长期保鲜不腐的实验,证明了微生物不能自然产生,生命只能来自生命。巴斯德的这一发现推翻了自然发生说,为微生物学奠定了基础。
19世纪下半叶,微生物学在医疗、防疫和农业实践中得到广泛应用。如发明各种消毒、防腐剂,发现很多致病细菌,并提出提高生物体免疫能力的方法,以及发现豆科植物根瘤菌固氮作用等等。微生物学也在这些实践过程中不断地丰富和发展。
4.达尔文生物进化论的创立
从18世纪后期起,人们逐渐抛弃了物种不变的观念,认识到各个物种之间存在着亲缘关系,一个物种是从另一个物种变化来的。法国生物学家拉马克(1744～1829)第一个用科学的语言将这种生物进化论的思想表述在1809年出版的著作《动物哲学》里。拉马克把生物演变看成是由简单到复杂的进化过程,并且认为由环境引起的动物习惯上的变化,特别是器官的较多或较少使用导致的构造或机能的变化,是能够遗传的,并能够逐渐使物种产生变异。这种学说被称为获得性遗传学说。
拉马克的生物进化学说并没有被科学界普遍接受,直到1859年出版了英国科学家达尔文(1809～1882)的著作《物种起源》后,才真正地确立了生物进化论的科学地位。达尔文曾乘军舰在南太平洋进行了长达5年之久的科学考察,收集了大量的材料,并初步形成了物种逐渐变异的观点。之后他又经过20多年的研究,终于用大量的事实和严密的论证构建了自己的生物进化论。达尔文进化论比拉马克进化论更为全面、深刻。关于进化的原因,达尔文认为是生存斗争和自然选择。在自然选择过程中,被选择的有利性状,将在世代遗传过程中逐渐积累,由较小的变异转变为较大的变异,逐渐变成新的物种。在《物种起源》中,达尔文还指出人和灵长类动物属于一个目,是近亲。
达尔文生物进化论提出后遭到教会势力和世俗偏见的激烈攻击,但在支持者们的共同努力下不久后就被科学界广泛接受。达尔文学说的确立,实现了生物学知识的一次大综合,表明生物学已经
提高到一个新的水平。它对生物进化事实的科学说明,对物种不变论、神创论的沉重打击,在哲学上也有着十分重要的意义。
(六)近代天文学的发展
16～17世纪哥白尼日心说的创立,以及开普勒、牛顿等人在天体力学上的成就已如前述。18～19世纪天文学取得了重大进展,主要成就有太阳系起源与演化的探讨、太阳系和银河及恒星现象观测研究的一系列新发现和新成果,以及天体物理学的兴起等。
1.太阳系起源与演化的星云假说的提出
牛顿的万有引力定律说明了太阳系各天体运动的实质和状态，但他把这种运动的起始归因于上帝。1755年德国哲学家康德(1724～1804)出版了《宇宙发展史概论》一书,提出了一个假说,用牛顿 力学原理解释太阳系起源及初始运动问题。康德认为太阳系起源于一团原始星云,组成星云的一些粒子由于引力作用凝聚成粒子团;粒子的碰撞和排斥又使粒子团按一定方向旋转和运动起来,这样,在中心形成了太阳,周围粒子团则聚集为行星,在太阳的引 力作用下按椭圆轨道围绕它旋转起来。
康德的星云假说提出后并未立即引起人们的注意。1796年法国科学家拉普拉斯在他的《宇宙体系论》中独立地提出了与康德类似的星云假说,使得太阳系起源与演化的研究受到了更多的重视。拉普拉斯的假说在细节上作了很多动 力学的解释,因此比康德的假说更合理、更完善。后来人们把他们俩人的假说合称为康德-拉普拉斯星云假说。
康德-拉普拉斯星云假说表达了一种新的科学思想,即宇宙中的天体不是一成不变的,而是演化而来的。现代天文学中关于太阳系起源和演化的研究,共出现了20多种星云说,仍遵循着康德、拉普拉斯的基本思想。
2.太阳象研究的新成果
18力19世纪,在对太阳系天体的观测和研究上获得的新成果主要有天王星和海王星的发现、波德定律的提出和小行星的发现。天王星是英国天文学家赫歇耳(1738～1822)于1781年新发现的太阳系中的一颗行星,轨道位于土星之外。19世纪20年代人们在制星表时发现天王星的运行轨道不是完美的椭圆,经天文学家们用万有引 力定律进行仔细计算,认定在天王星的附近可能有一颗
知的行星的引力在干扰其运动,并算出了这颗行星的位置。1846德国天文学家加勒(1812～1910)在计算确定的位置上果然找到这颗行星,后命名为海王星。海王星的发现是运用已知理论,经数学计算作出预言,然后在观测中得到证实的一个例证。通过海星的发现,进一步确立了牛顿万有引 力定律的权威地位。
1772年德国天文学家波德(1747～1826)在对他人的发现作了一步研究之后,公布了一条天文学定律z太阳系各行星距太阳的均距离服从0.4+0.3×2n天文单位。(1天文单位=太阳与地球之 间的平均距离)这样一种数学关系,其中水星、金星、地球、火星、星、土星距太阳的平均距离,在上式中的n分别取为-∝,0,1,2，4,5。这条定律被称为波德定律。赫歇耳发现天王星后,人们算
天王星的n=6,这更加证明了波德定律的可靠性。但在n=3的天人们没有观测到什么天体。这个问题激起了许多天文学家的兴趣。19世纪初,德国天文学家皮阿杰(1746～1826)首先在这块天区观且到第一颗小行星(谷神星),以后人们陆续发现了许多小行星,到量世纪末,发现的小行星数目达到400颗以上。
3.对恒星和银河采的研究
赫歇尔是18世纪最有影响的天文学家之一,他在恒星的观测和究方面的成就十分突出。赫歇尔一生观测、编目的恒星有3000多颗,根据这些研究,他最早获得了对银河系的构成和形状的认识：银河系是由一层恒星组成的,形状像一只边缘有裂缝的凸透镜,其直约为厚度的5倍,太阳系就位于银河系中央平面上离开银核不远地方。赫歇尔还发现了太阳也有自行,是朝着武仙座λ星附近的方
运动。他还对双星和聚星,即两颗恒星或三四颗恒星在分布上相邻近的现象进行了认真观测研究,否定了以往天文学上认为这是觉上原因造成的”光学双星或聚星”的陈说,确认它们是彼此因 力作用联系在一起的真正的物理双星或聚星。他还计算出了一些星的运动周期,从而确定了它们的存在。
4.天体物理学的兴起
19世纪中叶以后,由于照相技术、光度测量和光谱分析应用于天文学,使天文学家能够考察天体的温度分布、化学构成、物理结构和演化过程等,天文学从观察、研究天体的机械运动深入到探索天体的本质,由此便产生了标志着天文学新的发展水平的天体物理学.
1839年发明的照相技术很快被应用于拍摄太阳黑子和各种恒星的天文图象。光度测量是根据测定恒星亮度来确定它的等级的定量方法;光谱分析是用棱镜或光栅将恒星的光线分解成光谱，然后根据光谱中的颜色和线条确定恒星的化学组成和表面温度的方法。这两种方法都是在19世纪50年代发明的,它们和照相技术一起,很快就在天体研究中被综合地应用,从而大大丰富了对恒星物理特征的了解,使人类进入了认识宇宙的新阶段。
(七)近代地学的发展
在古代就已形成的地理学是地学中发展最早的学科。近代地学以地球的岩石圈为主要研究对象,形成了综合性学科一一地质学。地质学一些不同学说观点之间的争论,对这门学科的形成和发展起到了促进作用。
1.地质学各分支的形成
科学的地质学是18世纪后期才逐渐形成的,它是一系列研究不同侧面的地质现象的分支学科的综合。
(1)地层学。17世纪人们普遍认识到化石是古代生物遗骸变化成的,地层中”每一层都含有独特的生物化石气于是把化石的研究与地质的研究直接结合起来,形成了地层学。1816年出版的英国地质学家史密斯的《用生物化石鉴定地层》一书是地层学的奠基性著作.此后,地层学逐步发展成为一门专门研究地层的年代、构造和分布规律的地质学分支学科。
(2)地槽学说。19世纪许多地质学家致力于探讨山脉的成因及其变化的历史。1873年美国地质学家达纳(1813～1895)提出了地槽学说,从地球形成之初的热学、 力学过程推测地质的变化,解释地亮的造陆运动和造山运动。地槽学说后来又经过一些地质学家的发展,成为现代大地构造理论中很有影响的学说。
(3)矿物学和岩石学。从古代到近代,人们在生产实践中积累了相当多的有关矿物和岩石的知识,但科学的矿物学和岩石学,是在19世纪应用物理学和化学等学科的理论和方法的基础上形成和发展起来的。科学家们对矿物的晶体进行了广泛地考察,确立了矿物晶体的分类方法;又用化学分析的方法研究矿物,建立了矿物的化学分类法。矿物学因而形成并迅速发展。科学家们应用偏光显镜弄清岩石的光学性质,并与化学分析相结合,研究岩石的化学组成,从而产生了近代岩石学。
(4)地球物理学和地球化学。地球物理学兴起于18力19世纪,它的研究对象是地球整体及其各组成部分的物理学性质和物理过程,如地球重力加速度的测定、地磁的测定、地震的研究等等。地球化学起步于19世纪后期,到70年代以后才有长足的发展。它研究化学元素在地球中的迁移、富集及其在时空上的分布规律。
2.近代地质学的一些争论
(1)岩石成因的水成论与火成论之争。早期的水成论用《圣经》关于诺亚洪水的传说解释岩石的成因,认为被洪水淹没的砂土和生物按重量的大小分层沉淀,逐渐形成不同的岩层和化石。后期
水成论推测原始地球表面海水中的某些化学成分的结晶,沉析出来形成原始岩层,海水升降和风化作用使得原始岩层逐渐变化并与生物遗骸混和,形成岩层和化石。水成论否定火山作用能形成岩石,认为火山爆发是地下煤层燃烧所致。火成论则认为火山爆发喷出的物质形成新的地层,这种爆发多次重复就形成不同的岩层。火成论的集大成者是英国地质学家赫顿 (1726～1797),他反对岩石成因的宗教传说解释,强调地下热在岩石固化中的作用和火山活动对地壳隆起的影响,同时他也认为海水沉积作用能够形成部分岩石。赫顿是地质学进化思想的先驱,他被誉为”近代地质学之父”。
(2)地壳运动变化的灾变论与渐变论之争。18力19世纪,在地壳运动变化的方式上存在着灾变论与渐变论之争。灾变论的代表是法国古生物学家居维叶(1769～1883),他认为在地球历史上洪水、
地震之类的灾变使当地生物灭绝,从远处迁移过来的生物代替了原有物种,以后又可能被下一次灾害灭绝。这就是现在发现不同地层中动物化石在物种上有明显差别的原因。英国地质学家赖尔(1797～1875)继承了赫顿的地质学思想,主张地壳演化的渐变论。赖尔认为地壳的变化不是突如其来的灾变,而是在漫长的历史进程中,由内 力(地震、火山 )和外力(气候、温度变化)共同作用,缓慢发生的。后来,赖尔经过进一步考察又认识到虽然地壳运动以渐变为主,但也确实发生过由造山运动而引起的激烈变化。出版于1833年的赖尔的名著《地质学原理》,对达尔文形成生物进化思想起过重要作用。
近代技术进步与产业革命
从18世纪中期至20世纪初,欧洲经历了蒸汽技术革命和电力技术革命,在此期间钢铁冶炼、化工、内燃机等各项技术也都有显著进步和重大发明。技术革命和技术的全面进步导致生产体系的重大变革,引起社会生产 力发展的飞跃,从而产生了近代产业革命。
(一)蒸汽技术革命
17世纪煤炭开采中排水的需要推动工匠们发明了蒸汽抽水机,原理是直接依靠蒸汽冷却造成的真空把水从矿井中吸上来,然后再次通过蒸汽将水压到更高的地方。18世纪初,英国铁匠纽可门(1663～1729)制成较为实用的蒸汽机,开始在矿山和城市供水、农田灌溉上使用。18世纪下半叶,纺织机械的改进对动 力提出了新的要求,人们开始研究改进蒸汽机,试图使其成为能普遍应用的动力机。在这方面取得最大成功的是英国工匠瓦特(1736～1819)。从18世纪60至80年代,他根据布莱克的潜热和比热理论,采取汽缸外面加上绝热套的方法,以减少蒸汽热消耗z又在汽缸外设置冷凝器使作功后的蒸汽尽快冷却,以提高热机效率。瓦特还在机械传动方面作了重大改进,他设计出连杠和飞轮装置,把活塞的直线运动变成圆周运动;又发明离心调速器,自动控制转速,使机器均匀稳定运行。
经过瓦持改进的蒸汽机很快成为适用于各种机器的动力机,到19世纪30年代蒸汽机已取代了其他动力,在工业生产和交通运输中普遍使用。蒸汽技术革命至此宣告完成。瓦特在改进蒸汽机的过理中自觉地运用了科学理论知识,同时代的其他改进者也多有像他这么做的。这表明蒸汽技术革命是科学理论和技术实践相结合的产切,它结束了以往技术进步主要依靠工匠的实践经验和技巧,科学与技术相脱离的历史。
(二)电力技术革命
电力技术革命以电机的发明和电力的应用为标志。19世纪30年代法拉第发现电磁感应现象,为电力技术革命的兴起提供了理论前提。1865年第一台永久磁铁式发电机问世。1866年德国人西门子(1816～1892)用电磁铁代替永久磁铁,制成了自激式直流发电机,从而提高了电流强度,使电机得以推广使用。1882年美国发明家爱迪生1847～1931)建造了第一座直流发电站。实用的电动机在发电机问世之后的19世纪70年代才被发明出来,到80年代已作为一种新的动 力机逐步推广使用。
电机的普遍应用要求把电输到远离电站的地方。1882年德国工程师德普勒(1843～1918)成功地进行了高压直流远距离输电试验。在这之后几年,人们针对直流电机的弱点进行改进,很快就发明出了交流发电机、交流电动机和相应的变压器,1888年建成了第一个交流供电系统。
电气技术革命至20世纪初结束,从此以电气为主导的新技术逐惭代替原有技术体系的蒸汽技术。这次技术革命比蒸汽技术革命时,科学与技术的结合又更进了一步,电气技术革命始终以科学理论为前导,科学的发现 (电磁感应等)很快转化为技术的发明(电机、变压器等)。这表明科学已经开始走在了生产技术的前面。
(三)其他技术进步
1.技术革命直接导致的新技术
近代两次技术革命,都直接导致了一些相关新技术的兴起,引发了许多新的技术发明。蒸汽技术革命首先剌激了机器制造技术的发展,18世纪末至19世纪前期,各种机械加工的机床相继问世,不久就形成了工作母机体系,结束了手工制造机器的时代。蒸汽技术革命还引起了交通运输技术的飞跃,以蒸汽机为动 力的轮船和火车于1808年和1814年相继诞生。电气技术革命引发了通讯技术上一系列新发明,美国的莫尔斯(1791～1872)于1835年发明了电报,贝尔(1847～1922)于1867年发明了电话,俄国的波波夫(1856～1906)和意大利的马可尼 (1847～1937)同于1895年各自发明了无线电通讯装置。此外,电的应用还导致了爱迪生的电灯、留声机、电影等一系列电器的发明。除了上述由技术革命的主导技术直接推动的技术发展之外,在18～19世纪的技术进步中,较为突出的还有以下几项。
2.钢铁冶炼技术
机器制造业的出现对钢铁的产量和质量提出了新的要求,因而促进了钢铁冶炼技术的发展。1855年英国工程师贝塞麦(1813～1893)发明了转炉炼钢法,用机械 力代替人工搅拌,大大提高了生产率。1865年西门子和法国的马丁(1824～1915)发明了平炉炼钢法,扩大了原料来源,并且提高了钢的质量。1879年英国的托马斯(1850～1885)发明了碱性转炉炼钢法,解决了含高磷的矿石在炼钢时的脱磷问题。这些新技术的推广应用,使钢铁产量有了巨大增长,质量明显提高,而且能生产出多品种的特种钢、合金钢,为机器制造业提供了必需的材料。
3.内燃机技术
蒸汽机存在着热效率低,笨重和不安全的问题,这使得人们转向探索内燃机的发明。1876年法国工程师奥托(1832～1891)运用四冲程循环理论制成了一台高效实用的煤气内燃机。德国工程师戴姆勒(1834～1900)和狄塞尔(1858～1913)先后于1883年和1892年各自发明了汽油内燃机和柴油内燃机。内燃机的发明为工业生产提供了新型动 力,并且很快就引起了交通运输技术的革新。汽油机发明后的第三年就有德国人本茨(1844～1929)制成以汽油机为动力可供实用的汽车,柴油机在20世纪广泛应用于各种重型车船。内燃机技术还导致了20世纪初飞机和各种农业机械的发明。
4.化工技术
欧洲化学工业起步于18世纪中叶,在19世纪蓬勃发展起来。酸碱制造工艺的改进是这一时期化工技术进步的重要方面。1746年英国的罗巴克(1718～1794)发明了铅室法制硫酸,1806年英国完成
了硫酸的连续生产工艺,并使用氧化氮为催化剂,使硫酸产量大大增加。法国化学家路布兰(1742～1806)于1789年发明了用食盐、硫酸等为原料制取纯碱的方法,1862年比利时人苏尔维又发明了用氨和食盐为原料的更为先进的氨碱法,使生产得以连续进行,并且提高了产品质量。有机化学工业方面,19世纪初人们从煤焦泊中提取出苯、茶、苯胶等有机化合物后,相继发明了合成染料、香料、糖精及各种药品的工艺方法。19世纪化学工业中的另一项重大发明是瑞典化学家诺贝尔(1833～1896)于1863年发明的安全炸药。
(四)近代产业革命
在近代史研究上,人们通常把蒸汽技术革命引起的生产体系的重大变革,实现从手工业到机器工业的转变,称作为产业革命或工业革命。近年来学术界倾向于把电力技术革命带来的新的经济飞跃也算在产业革命的进程中,作为这一进程的第二阶段。
产业革命起始于最早完成资产阶级革命的英国。从18世纪80年代起,在新兴的棉纺织业中,工匠们相继作出织布机和纺纱机的重大改进和发明。机器效率的提高和大量使用造成了动 力的紧张,瓦特改进的蒸汽机解决了这个矛盾。到80年代,蒸汽动力已在纺织行业普遍使用,同时也向社会其他生产行业扩展。蒸汽动力机器生产的普遍化又推动了钢铁冶炼、机器制造、交通运输等产业部门生产方式的变革,并在此基础上建立了新的工业生产体系。继英国之后、法、德、美等国也进入了机器制造代替手工生产的时期,从19世纽30年代开始,产业革命浪潮遍及欧美各国。
19世纪60年代开始的电力技术革命使得欧美的产业革命继续深化,并且又一次地给这一时代的生产体系带来了革命性变革。电机、内燃机的发明和应用使得生产制造和交通运输部门各类传统产业获得了新的发展z电 力、电器、电讯,以及汽车制造等新兴产业的崛起,从根本上改变了蒸汽机时代生产体系的性质,使原有生持体系从资本密集型向着技术密集型方向发展。
产业革命是技术革命的经济后果。由蒸汽技术革命和电力技术革命导致的近代产业革命整个地改变了欧美资本主义经济的技术基础,创造了巨大的生产力,带来了资本主义的经济繁荣,也加剧了资本的自由竞争。近代产业革命还对20世纪的社会经济的发展产生了深远的影响。