重温19世纪近代科学技术革命在美国

黄安年文 黄安年的博客/2018年4月24日发布

《19世纪近代科学技术革命的开始》载黄安年著《美国的崛起—17-19世纪的美国》，第十五章“近代美国科学技术的发展”第二节“19世纪近代科学技术革命的开始 ”（中国社会科学出版社，1992年第447-357页）;学术交流网2005年1月29日首发。黄安年的博客2007年5月13日发布。

 美国是世界第二和第三次科技革命的发源地。了解19世纪美国近代科技革命的兴起，懂得这一时期美国社会经济生活的每个方面几乎都有重大的科学技术进步。明白这时世界科学技术中心已经开始向美国转移。重温这段历史在今天我们借鉴美国发展自己时依然是很重要的。 

附《美国的崛起》中的PDF版

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19世纪近代科学技术革命的开始

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 19世纪近代科学技术革命的开始

黄安年文 黄安年的博客/2007年5月13日发布

（按: 《19世纪近代科学技术革命的开始》载《美国的崛起》，中国社会科学出版社，1992年;学术交流网2005年1月29日首发。）

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爱迪生和电力技术发明   

随着美国工业化的迅速发展，南北战争后，美国出现了新科学技术革命的潮流，形成了美国历史上第一次科学技术革命，推动和标志着美国近代科学技术革命的是电力技术的发明，它的主要代表首推托马斯·爱迪生。[1]还有亚历山大·贝尔(1847．3．3--1922．8．2)等电力、电机工程师。从1868—1910年间，以爱迪生名义正式登记的发明有1，328项。1870—1875年间，他主要从事改良电报的活动，1876年，改进了贝尔的电话，提高了电话的音响度。l871年，改良了实用打字机。[2]1873年，改良打字机投入市场。1876年，他在新泽西州的门罗帕克建立了世界上第一个工业研究实验室。1877年，他发明了留声机。[3]

    爱迪生最值得称道的发明是电灯，它经历了一番艰苦曲折、反复实验的过程。灯光照明历经油灯、汽油灯、电光照明的发展过程。还在1859年，摩西·格里什已经制成白炽灯，其后查尔斯·布什、汤姆生—豪斯顿、豪查斯特等人都曾试制照明用发电机或弧光灯。但是，发明第一只实用白炽电灯泡的则是爱迪生。1877—1879年，他夜以继日进行试验，先后用1600多种材料，包括中国的湘竹丝在内，共实验1300多次。终于在1879年10月21日点亮了世界上第一只实用白炽电灯泡，即碳丝电灯。1880年1月3日，《哈泼尔周刊》刊载记者的一篇报道：《白炽灯之印象》说：“此事似难置信，一张可以口吹去之纸片，竟可用之发生电光。以毁灭性而言，在油烛火光热力之下，此纸竟可与最难熔化之白金相比。由此纸片所得者，为最明洁而纯粹之光。如一团球状之太阳光，毫无毒害我人之任何气体或蒸汽，不受气候或风雨之影响，不需火柴引燃，亦不放烟气，具有均匀稳定之光亮，一如晴天时之太阳光，但其所费价格，则又较最便宜之油灯为低。”[4]

    1879-1880年，爱迪生改良了新式发电机，1880年，爱迪生与斯蒂芬·菲尔德试制成了电力拖引车辆。同年，爱迪生还制成了小型电动机行驶的拖车。1882年9月4日，爱迪生的第一个商业用电站在纽约珍珠街正式发电。[5]随后美国各地出现了150多个小电站。接着，输电、配电飞、流变交流飞高压变低压等一系列技术与设备的发明与改良，也接踵而来。1883年，在真空灯泡试验中，爱迪生意外地发现了冷热电极之间有电流通过，后人称这一发现为“爱迪生效应”。1887年，爱迪生还创办了爱迪生实验室，在这里他发明了留声机用的蜡质唱片、碱性蓄电池、电影放映机和摄影机等。爱迪生曾说：“我以科学家的良心告诉你们，我对天才进行了分析结果是：天才的成份99％是辛勤的劳动”。

    由于爱迪生的直流供电法电压低，输送距离有限。后来乔治·威斯汀豪斯（1846—1914)解决了用交流电远程输电的实际应用问题。1886年，他成立了西屋电机公司，在马萨诸塞州的大巴林顿设立了第一家实验工厂开始发电。其后又在纽约州的布法罗成立了第一家商业交流电灯厂。为解决输电、直流变交流、高压变低压等一系列电气应用技术问题。一批西屋电机公司工程师发挥了重要作用。如威廉·斯坦利对变压器的改进，奥列夫·沙伦伯格发明交流感应电表，尼古拉·特斯拉发明感应电动机(1889)和取得多相电动机的专利，L·B.史迪威制作电压调整器，C·F.斯科特发明变压相位器，弗朗西斯·霍金森改进蒸气透平机，本杰明·兰门改进了鼠笼式感应电动机以及第一辆实用电车电动机，变交流为直流的转动变化器。1892年，西屋公司在芝加哥博览会上装置了当时最大发电能力为1000匹马力的发电机。1894-1895年，又在尼亚加拉大瀑布地区利用水力装置了3部发电能力分别为5，000匹马力的水轮发电机。1892年，在查尔斯·科芬的力促下，爱迪生通用电力公司和汤姆生-豪斯顿公司合并成立了通用电机公司。一些著名工程师对电机工业的发展作出了重要贡献。如伊莱休·汤姆生发明了汤姆生瓦特计和电焊之电阻法等。

    电工技术的其它一些主要表现有：1871年，安德鲁·哈利迪发明了电缆有轨电车，1873年，在旧金山得到应用。1874年，史蒂芬·菲尔德发明的电动有轨电车，在纽约市成功运行。1885年3月10日，巴尔的摩的一条3英里长的美国第一条电车轨道建成。1889年，胜家制造公司发明了电动缝纫机，1882年，斯凯勒·惠勒(1860—1923)发明了电风扇。同年，亨利·西利申请电烫斗专利获准。1896年，威廉·哈达韦申请电炉专利成功。1886年，伊莱休·汤姆森(1853—1937)取得了电焊机的专利。1904年，哈维·哈贝尔申请可分离的电插销专利准。1907年，赫林机器公司还发明了自动电器洗衣机。

    电力技术发明中另一具有重大影响的划时代事件，是亚历山·贝尔等人发明的电话及其应用和无线电通讯的推广。1854年，法国人查尔斯·布尔索伊尔发表了关于电传声的论文。意大利人安东尼奥·穆塞西制成了金属线传话机械。1860年，德国人菲立普·赖斯试验用电传声机械成功，但只能传导单音，并不能通话。1875年6月3扫，贝尔制成了世界上第一部电话机。1876年2月14日，贝尔将电话专利权申请送交专利局，几小时后，伊莱沙·格雷也送交一声明，表示将在最近发明一种藉电以传话的机器。此外，宾夕法尼亚米尔顿的丹尼尔·德雷鲍，亦声称于1876年前发明了电话机。另一位发明家阿莫斯·多比尔，也在争夺电话发明权。在这场电话机发明权的诉讼案中，法院最后判定贝尔为电话机发明人。1876年3月10日，贝尔同他的助手托马斯·华生首次通话试验成功。贝尔在那天实验室里有一点硫酸洒在贝尔身上。贝尔很焦急地对着电话机喊道：“华生先生，请快来，我需要你帮忙!”1877年5月，波士顿的E·霍姆斯制成了第一部电话交换机。同年，第一份电话新闻稿送交了波士顿世界报。1879年3月，全国贝尔电话公司成立。1880年，又成立了美国贝尔电话公司，它承继了一切贝尔专利权，经营美国电话事业。1880年，贝尔电话机生产47，900部，1890年为227，900部，1900年猛增到855，900部。1902年，纽约到纽瓦克之间初步建成了长途地下电缆电话。

  无线电技术是近代电力技术又一重大发明。它的先驱有法国的爱德华·布兰莱、英国的奥列夫·洛奇和俄国的波波夫等。但是，无线电通讯的最早成功要推意大利的吉利莫·马科尼。他在1896年当众实验成功。1899年，他为美国海军部的战舰间建立了无线电通讯设备。1901年，马科尼成功地在纽芬兰的圣约翰城无线电台接收宁英国波尔多电台发出的电讯，两地相距有1800海里。

    美国电力技术革命标志着世界科技中心开始由欧洲转向北美，反映了美国近代工业化的新水准，并且推动了美国由自由资本主义向垄断资本主义的过渡。1883年3月1日，恩格斯曾指出：电工技木革命“实际上是一次巨大的革命。蒸汽机教我们把热变成机械运动，而电的利用将为我们开辟一条道路，使一切形式的能——热、机械运动、电、磁、光——互相转化，并在工业中加以利用。循环完成了。德普勒的最新发现，在于能够把高压电沛、流在能量损失较小的情况下通过普通电线输送到迄今连想也不敢想的远距离，并在那一端加以利用——这件事还只是处于萌芽状态——这一发现使工业几乎彻底摆脱地方条件所规定的一切界限，并且使极遥远的水力的利用成为可能。如果在最初，它只是对城市有利，那末到最后它终将成为消除城乡对立的最强有力的杠杆。但，是非常明显的是生产力将因此得到极大的发展，以致于资产阶级对生产力的管理愈来愈不能胜任。”[6]列宁也指出：电力工业是最能代表最新的技术成就和19世纪末20世纪视的资本主义的一个工业部门。它在美国和德国这两个最先进的新兴资本主义国家里最发达。靠电力技术发展的美国终于赶超了靠蒸汽动力发展的英、法，这足以表明了电力技术的威力。可以毫不夸张地说，电力技术的应用和普及，对于美国经济的发展和社会生活各方面的影响是革命性的。

                      汽车工些技术的兴起   

   蒸汽汽车最初始于欧洲。1763-1769年间，法国的尼科尔斯·科诺特制造了一辆蒸车车，由于锅炉太小，每行驶几分钟要停车发动，待气压上升后再继续行驶。其后有英国的默多克气压蒸汽车。赛明登的汽车模型。特里维斯克在18世纪末的高压蒸汽车。美国的奥列夫·伊文思也试制了高压蒸汽车。1860年，法国人勒努瓦发明了瓦斯机车。1876年，德国人纳索恩·奥托发明了四轮内燃机车。1885年，德国人卡尔·奔驰将制造的内燃机汽车行驶于德国的街道上。这时美国的汽车还处在草创阶段。但是，很快美国的汽车制造技术赶了上来。

    美国拥有发展汽车技术和工业的有利条件。钢铁，石油及汽车工业所需的其他原材料和技术，美国的条件都不错。80年代，S·F.鲍泽已经发明了自动计量油泵，早在汽车发明前的半个世纪奥古斯特·施鲁德已提出了汽阀理论，90年代已应用于自行车轮胎充气。广阔的西部和中西部为汽车工业的发展提供了极好的市场。1893年9月21日，美国的查尔斯·杜里埃(1870一1967)和弗兰克·杜里埃(1862-1938)兄弟，在马萨诸塞的斯普林菲德大街制成并行驶了美国第一辆汽油动力车。这一年，亨利·福特(1863-1947)[7]制成了时速25英里的汽车。兰森·奥兹也自制成功汽车。1894年，埃尔伍德·海恩斯和阿珀森兄弟．也相继制成了汽车。从1866—1898年间，美国的自动车共有300辆左右，多数为电车和蒸汽车。福特在回忆当年发明的汽车情景时说：“那个时候汽车初问世，声音很喧闹，又时时惊吓着路上的马匹，都被认为是十种令人讨厌的东西。它又有阻碍交通之害。如果我在城里何地方停下，我的汽车必有一大群人把它团团围住。如果我暂时离车而去，必有一些好研究的人上车打算开动。结果，我不得不带一条铁链。当我必须离车的时候，便把车锁在灯柱上。”1899年，加利福尼亚州圣拉菲尔镇颁布通告，要求汽车司机必须在任何过路马匹300英尺外停车，以免影响马车。1900年，佛蒙特州通过立法，要求每一驱车的司机雇用一名“成年人”在汽车前1/8英里处手执红旗引路。辛辛那提、萨凡纳市和旧金山市，1902年，还规定市内汽车车速不得超过每小时8英里。[8]

    美国第一个取得批量生产汽车的制造商是奥兰姆·奥兹。1897年，奥兹建立了奥兹汽车公司。1899年，生产奥兹牌汽车。1901年，奥兹公司生产了425辆汽车，1904年达5，000辆。1902年，福特汽车在一次汽车大赛中获全国第一。1903年6月，福特汽车公司成立，当年生产195辆汽车。1908—1909年间，产量达10，660辆。1909年，福特的现代T型汽车问世，很快就占领全国市场。美国第一位乘坐蒸汽汽车的总统是麦金莱，1899年，他乘坐了斯坦莱的蒸汽汽车。到西奥多·罗斯福时，他已是经常使用汽车工具的总统了。

                           航空工业技术的萌芽

   紧接汽车工业发展的同时，美国的航空技术也有了一个良好的开端，但整个说来在第一次世界大战前还处于草创阶段。在19世纪90年代，英，法等国都进行了一些飞行试验。1890年10月9日，法国克莱芒·阿代尔进行了一次有争议的驾驶有动力的“飞机”离地面飞行，他的第二架机器取名Ayion(法文)译为飞机。1889年，英国人海勒姆·史蒂文斯.马克西姆开始制造机翼模型和螺旋桨，随后制造了一架巨大的双翼机。1891年，德国人奥托·李林塔尔制造了第一架固定翼滑翔机，1894年，美国工程师奥克塔夫@查纽特成功地制成了滑翔机。

    从1891年起，美国史密森学院的塞缪尔·皮尔庞特.兰利设计了一个使用蒸汽发动的飞机模型，先后4架没有成功。1896年5月6日，第5号模型飞机成功试飞，不久，第6号模型飞机也试飞成功。最长一次飞行距离达4，200英尺(1，280米)。这种模型机由金属制成，两副机翼一前一后，每翼14英尺(4．27米)，机翼间是发动机，驱动中部的两副螺旋桨。该机由波托马克河上一艘宽敞的游艇用弹射器发射试飞。

   对于飞机发明的贡献最大的是威尔伯·莱特(1867-1912)和奥维尔·莱特(1871-1948)兄弟。他们深受查纽特的影响。1898年，威尔伯·莱特建造了一个机翼5英尺的双翼飞机模型。1899年7月，莱特兄弟研制的控制器在滑翔机上得到了成功的检验。1900年，莱特兄弟建造的由人操纵的滑翔机，运往北卡罗来纳海岸基蒂霍克附近的基尔德维山沙丘进行试飞。该机翼展17英尺(5．18米)，滑翔员俯卧。1901年，他们建立了风道以加大长度来证实滑翔设想。同时制造了第2号双翼滑翔机，有两个人帮助起飞。1902年8月，他们制成了第3号更大飞更有效的滑翔机，有升降舵、方向舵和扭曲机翼。到10月，已进行了近千次滑翔。接着，他们建造了一个发动机，重750磅，能加速31英里，四缸12马力。1903年，兰利制成了一架全尺寸的载人飞机，机翼长14．63米，装有一台轻便高效的汽油发动机。在这以前的1901年，兰利制成了1／4尺长的样机，—并装有一台小型汽油发动机。1903年12月14日，莱特兄弟将第一架有动力的“飞行家”飞机搬到发射台，并从救生站找人作证。这是一架用木材和帆布制作的有12马力引擎的双翼飞机。兄弟俩人经投币决定，威尔伯率先试飞。威尔伯试飞失败，“飞行家”修好后轮到奥维尔试飞。1903年12月17日上午，奥维尔·莱特试飞成功，成了第一个驾机实现持续操纵飞行的人。这次飞行开始持续12秒，飞行距离120英尺(36．58米)，随后又飞行3米，其中一次飞行852英尺(260米)。

                    其他新技术发明的大量涌现

    除了上述科学技术成就外，其他方面也有不少重要的革新和发明。

    1870—1878年，是电影技术的初创阶段。1870年，亨利·海尔放映了动画片。 1878年，埃德沃德·马布里奇用摄影机成功地拍摄了马的活动照片。1880年，乔治·伊斯曼(1854—1932)取得了电影胶卷的专利。1888年，科达成为最佳摄影机。1883年，约翰·卡巴特制成了电影胶片(赛璐珞)。1893年，爱迪生的活动电影放映机放映了西洋景，但仅能供一人观看。1896年，爱迪生的活动电影片，用托马斯·阿玛特放映机在纽约斯特拜尔音乐厅公映成功。1904年，爱迪生制成了第一部有声电影。

    在其他方面，可以例举1872年，乔治·威斯汀豪斯发明空气制动器，1874年伊莱·詹尼(1831-1912)取得了铁路车钩发明的专利。 1879年，詹姆斯·里泰伊取得了现金出纳机的专利。1880年，坎普费·布罗斯制成了保安剃刀。1895年，金·吉勒特(1855-1932)发明了可换刀片的现代保安剃刀。1884年，路易斯·沃特曼(1837—1901)改进了自来水笔。1884年，奥托曼·默根特勒(1854—1899)发明了活字铸造机。1886年，查尔斯·霍尔发明了铝的大量生产法。1887年，托尔伯特·兰斯顿(1844—1913)的单字排版铸造机取得专利。1888年，鲍洛夫发明加数机。1891年，爱德华·艾奇逊(1856—193工)发现耐磨金钢砂。1890年，查尔斯·金取得了气压锤的专利。1897年，阿道斯·布希(1839—1933)取得了内燃机专利权。

    在自然科学理论领域，这一时期也有重大进展。古生物学家奥思尼尔·查尔斯.马什(1831-1899)，在研究化石特别是恐龙化石方面取得了举世瞩目的成就。1877年，马什发表《一种新的大恐龙》论文，1896—1898年，又出版《北美洲的恐龙》和《丹佛尔盆地的脊椎动物化石》专门论文。理论物理学家、化学冢威拉德·吉布斯(1839—1903)，1875年起出版了《论异质物质的平衡》论文，对解决许多化学品制造过程中的问题作出了重要贡献。1901年，英国皇家学会将柯普莱奖颁发给吉布斯，以表彰他“首先运用热力学第二定律，详尽讨论了化学、电及热能之间的各种关系及客观研究之能力”的功绩。有人称他是“18、19世纪中10位最有影响力的物理学家之一。他是美国有史以来最伟大的数理物理学家。”物理学家艾伯特·亚伯拉罕.米克尔森在从事光波理论的“以太”研究领域取得重大进展，1884年，他和爱德华·莫利共同进行了“米克尔森-莫利以太漂流实验”，爱因斯坦在信中说：“米克尔森的实验对我的工作有相当的影响，因为它使我对特殊相对论的原理的有效性加强了信心。”米克尔森还是有史以来第一位测定遥远的星球直径的科学家。[9]

    1899年，戴维·韦尔斯(1828—1889)在《最新经济变化》一书中记载了当时已经应用的科技成果：“收获机、刈草机、播种机、汽力耕犁及其他节省劳动的重要农具；贝塞麦炼铁法及钢轨(1857)；潜艇及海底电线(1866)；摄影术及全部摄影用具；电镀术及电版铸造；汽锤、钢炮及后膛枪；火棉及炸药；工业用印度橡皮及马来橡皮；蒸汽挖掘机；及汽钻、缝纫机、电光之实施使用；电动发动机；汽力救火机；电话、播音器分光器及光带分析法；偏光镜；复式蒸汽机；离心炼糖法；旋转印刷机；水力起重机、汽力起重机及升降机；‘再生’炉、铁船、玻璃、钢绳、石油及其副产品；工业用镍、棉籽油、人造奶油、硬脂烛、天然瓦斯及邮票。”美国经济学家福克纳评论说：“随着‘工业革命’的进展，许多新的发明创造使无数新的制造工业部门的建立有了可能，这些工业部门受到了美国消费者购买力的鼓励。在这些重要的工业中，值得提起的有：运输设备的制造；用于电话、电报、无线电、照明和家庭用具的各种电料品，自行车、汽车和飞机。除了农业机器之外。自从1865年以来，美国曾经在科学进展方面作出了许多有名的贡献，这些进展在刺激工业方面起了很大的作用。其中值得提起的有长途电报和电话的装载线圈(巴宾发明)；高速工具钢{泰勒和怀特发明)；飞机的机件(曼利和莱特弟兄发明)；人造橡胶(贝克兰德发明)，三极真空管(法莱斯特发明)；自动制瓶机（欧文发明)；钨丝灯泡(古律芝发明)；电流交换摩托(特斯拉发明)；此外还有诺斯拉普和德雷倍尔发明的织布机以及爱迪生飞威斯汀豪斯、汤普生、史台麦兹、亚历山大逊、兰穆尔和其他许多人所作出的贡献。”[10]

    19世纪末和20世纪初，美国社会经济生活的每个方面几乎都有重大的科学技术进步。这一时期，世界科学技术中心已经开始向美国转移。 

注释： 

[1] 爱迪生(1847．2．11—1931．10．18)，生于俄亥俄州的迈兰。一生只读过3个月书，自学成材。16岁在火车站任电报收发员时发明简易自动发报机。1869年在西联电报公司任职。1869年发明交易所自动计票机，为他被公认的第一起发明，专利证号90646。   

[2]1874年，马克·吐温使用打字机打出了一封信说；“一个人可以靠在他的椅子上来打字了。

[3]开始时，爱迪生用自己的声音录在喇叭里发声，一批宗教界人士说是喇叭闹鬼，砸了喇叭，有人主张烧死他。后来爱迪生改用狗来代替人的声音。喇叭和狗后来成了美国收音机公司的商标。

[4]转引自格罗弗、康乃尔编：《美国实业发展史》，下册，第571页，商务印书馆，1947年。

[5]当时只有125匹马力，6部发电机，供59用户照明，输电距离不超过一英里。

[6]《马克思恩格斯选集》，第4卷，第436页。

[7]我国有关福特的传记、回忆录共18部，其中台港共4部。有关福特汽车概况，参见拙著：《二十世纪美国史》，第32-33页。 

[8]凯斯·斯华德：《亨利·福特和他的汽车公司》，第5页，新华出版社，1982年。

[9]米克尔森（1852-1931），担任过美国物理学会主席、美国科学促进协会主席和全国科学院的主席。他还是美国科学家中第一位获得诺贝尔奖金的人。

[10]《美国经济史》，第46-47页。

（原载《美国的崛起》第十五章，近代美国科学技术的发展 第二节，19世纪近代科学技术革命的开始，中国社会科学出版社，1992年版，第447-457页。原载注释在页下，网上发表时改为文尾。本文最初发表在1992年，这次网上发表时没有做文字修改。）

学术交流网(www.annian.net)/美国论著研究/2005年1928日首发
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