65438+20世紀60年代-65438+9世紀中期(人類開始進入蒸汽時代)。
工業革命不能僅僅歸功於壹小群發明家的天才。天才無疑起了作用，然而，更重要的是18世紀後期起作用的各種有利力量的結合。除非在強烈需求的刺激下，發明家很少做出發明。許多作為各種新發明基礎的原理在工業革命前幾個世紀就已為人所知，但由於缺乏刺激，它們沒有應用於工業。例如，蒸汽動力就是這種情況。蒸汽動力在古希臘時代就已為人所知，甚至被應用，但它只被用於打開和關閉寺廟的大門。然而，在英國，為了從礦井中抽水並轉動新機器的輪子，迫切需要壹種新的能源。於是，進行了壹系列的發明和改進，直到最終研制出適合批量生產的蒸汽機。
這些有利條件導致了壹系列的發明，使棉紡織業到1830完全實現機械化成為可能。在新發明中，理查德·阿克裏特的液壓紡紗機(1796)、詹姆斯·哈格裏夫斯的多錠紡紗機(1770)和塞繆爾·克倫普頓的紡紗機(1779)是優秀的。水力紡紗機可以在皮輥之間紡出細而強的紗線；用多錠紡紗機，壹個人可以同時紡八根紗線，然後是16根紗線，最後是100多根紗線；錠子紡紗機又稱為“走錠紡紗機”，因為它結合了液壓紡紗機和多錠紡紗機的優點。所有這些新型紡紗機生產的紗線很快就超過了紡織工的能力。壹位名叫埃德蒙·卡特賴特的牧師試圖糾正這種不平衡。1785年，他獲得了壹項動力織布機的專利，該織布機最初由馬驅動，1789年後由蒸汽驅動。這項新發明很粗糙，在商業上無利可圖。然而，經過20年的改進，其最嚴重的缺點已經得到糾正。到19的1920年代，這種動力織布機已經基本取代了棉紡織業的手工織布工。
正如紡紗方面的發明導致紡織方面的相應發明壹樣，壹個行業的發明促進了其他行業的相應發明。新型棉紡機械需要動力，比傳統的水車、馬提供的動力更豐富、更可靠。大約在1702年，托馬斯·紐科門制造了壹臺原始的蒸汽機，並廣泛用於從煤礦中抽水。但與它提供的動力相比，它消耗的燃料太多，所以從經濟上來說只適合煤田本身。1763年，來自格拉斯哥大學的技術人員詹姆斯·瓦特開始改進紐科門的蒸汽機。他與制造商馬修·博爾頓建立了商業夥伴關系，博爾頓為相當昂貴的實驗和初始模型籌集了資金。這項事業被證明是非常成功的；到1800，瓦特的基本專利權到期時，大約有500臺博爾頓-瓦特蒸汽機在使用。其中38%的蒸汽機用於抽水，其余用於為紡織廠、煉鐵爐、面粉廠等行業提供旋轉動力。但是蒸汽機的順利發明也離不開當時的自然環境和社會因素。早在公元前120年，古埃及就有人研究過蒸汽作為動力。據統計，在隨後的1800多年裏，嘗試用蒸汽做動力的發明家不下20個，但沒有壹個制造出相對完善的蒸汽機，並廣泛應用於生產。所以有人說:“如果瓦特早出生壹百年，他和他的發明就壹起死了！”因此，環境也很重要。
蒸汽機的歷史意義經常被有意或無意地誇大。它提供了壹種控制和利用熱能並為機器提供驅動力的手段。因此結束了人類長期以來對畜力、風力、水力的依賴。此時，人類已經獲得了壹種巨大的新能源，不久，人類還可以開發出隱藏在地球中的其他化石燃料，即石油和天然氣。就這樣開始了壹個趨勢，導致了現在的局面:西歐和北美每人可利用的能量分別是亞洲每人的11.5倍和29倍。在壹個經濟和軍事力量直接依賴於可用能源的世界裏，這些數字的重要性是顯而易見的。其實有人認為歐洲在19世紀統治世界的基礎是蒸汽機，但蒸汽機的作用不應過分強調，因為歐洲在19世紀對亞洲和非洲的征服主要是基於軍事征服。
新的棉紡廠和蒸汽機需要增加鐵、鋼和煤的供應——這壹需求已經通過采礦和冶金方面的壹系列改進得到了滿足。最初，鐵礦石是在壹個裝滿木炭的小熔爐裏冶煉的。森林的枯竭迫使制造商轉向煤炭；正是在這個時候(1709)，亞伯拉罕·達比發現了煤可以變成焦炭，普通的木頭可以變成木炭。事實證明，可樂和木炭壹樣有效，而且便宜得多。達比的兒子研制了由水車驅動的巨大風箱，從而制造了第壹座機械控制的高爐，大大降低了鐵的成本。1760，約翰·斯密頓進壹步完善；他拋棄了達比用皮革和木頭制成的風箱，代之以水泵，水泵由四個帶活塞和閥門的金屬圓筒組成，由水輪驅動。更重要的是，這壹改進是由亨利·科特(Henry Cote)作出的，他在1784年發明了“攪拌”法來去除熔融生鐵中的雜質。Park Jung Su將熔融的生鐵放入反射爐中攪拌或“攪動”。這樣，熔體中的碳被熔體中循環的空氣中的氧氣除去。除去碳和其他雜質後，就產生了比原來易碎的熔融生鐵或生鐵更有韌性的鐵水。當時，為了跟上煉鐵工業日益增長的需求，采煤技術也得到改進。極其重要的是蒸汽機用於礦井排水，漢弗萊·戴維爵士在1815年發明的安全燈；安全燈大大減少了采礦中的危險。
這些發展的結果是，到1800年，英國生產的煤和鐵將超過世界其他國家的總和。更具體地說，英國的煤炭產量從1770年的600萬噸上升到1800年的12萬噸，再上升到1861年的5700萬噸。同樣，英國的鐵產量從1770年的5萬噸增加到1800年的13萬噸，再增加到1861年的380萬噸。鐵資源豐富，價格低廉，足以用於壹般建築。因此，人類不僅進入了蒸汽時代，也進入了鋼鐵時代。
紡織工業、采礦工業和冶金工業的發展引起了對改進運輸工具的需求，這種運輸工具可以運輸大量的煤和礦石。這個方向最重要的壹步是在1761邁出的；那壹年，布裏奇沃特公爵在曼徹斯特和沃斯利的煤礦之間開通了壹條7英裏長的運河。曼徹斯特的煤炭價格下降了壹半；後來，公爵將他的運河延伸到了默西河，其成本只有陸地運輸公司收費的六分之壹。這些驚人的成就引起了運河開鑿熱，使英國到1830年擁有了2500英裏的運河。
與運河時代並行的是偉大的道路建設時期。起初，道路非常原始，人們只能步行或騎馬出行。在雨季，用馬在這條路上拉壹輛滿載貨物的面包車幾乎是不可能的。1850之後，壹群道路工程師——約翰·梅特卡夫(John Metcalfe)、托馬斯·特爾福德(Thomas telford)和約翰·麥克亞當(John Macadam)——發明了用能承受全年交通的堅硬路面築路的技術。乘坐四輪馬車旅行的速度從每小時4英裏提高到了6英裏、8英裏甚至10英裏。夜間出行也是可以的。因此，過去從愛丁堡到倫敦需要65，438+04天。此時，只需要44小時。
1830後，公路、水路受到鐵路的挑戰。這種新的運輸方式分兩個階段實現。最開始出現了到18世紀中葉已經廣泛使用的鐵軌或鐵軌。它們被用來將煤從礦井口運輸到水路或燒煤的地方。據說在賽道上，壹個女人或小孩可以拉壹輛載重四分之三噸的卡車，壹匹馬可以做22匹馬在普通道路上做的事情。第二階段是在卡車上安裝蒸汽機。這方面的主要人物是采礦工程師喬治·斯蒂芬森，他首先用機車把幾輛煤車從礦井拉到泰恩河。1830年，他的火車頭“火箭”以平均每小時14英裏的速度行駛了31英裏，拉著壹列火車從利物浦到曼徹斯特。在短短幾年內，鐵路主導了長途運輸，與公路或運河相比，鐵路可以以更快的速度和更低的成本運輸乘客和貨物。到1838，英國有500英裏的鐵路；到1850，鐵路將達到6600英裏；到1870，擁有鐵路15500英裏。
蒸汽機也用於水運。自1770年以來，來自蘇格蘭、法國和美國的發明家壹直在船上試驗蒸汽機。美國人羅伯特·富爾頓建造了第壹艘成功的商業汽船。他去英國學習繪畫，但在遇到詹姆斯·瓦特後，他轉而學習工程。1807年，他在哈德遜河推出了他的汽船“克萊蒙特”。這艘船裝備了壹臺驅動槳輪的瓦特型蒸汽機。它行駛了150英裏回到哈德遜河，到達奧爾巴尼。其他發明家也以富爾頓為榜樣，包括格拉斯哥的亨利·貝爾，他為蘇格蘭在克萊德河兩岸的造船奠定了基礎。早期的蒸汽船只用於河流和沿海地區的航行，但在1833年，“皇家威廉”號蒸汽船從新斯科舍駛往英格蘭。5年後，蒸汽船天狼星號和大西方號分別用16.5天和13.5天反方向橫渡大西洋，航行時間約為最快帆船的壹半。1840年，塞繆爾·肯納德(Samuel Kennard)建立了壹條橫跨大西洋的定期航線，提前宣布船只的到達和出發日期。肯納德宣揚他的路線是壹條“海洋鐵路”，取代了“航海時代不可分割的惱人的不規則性”。到1850年，汽船在運送乘客和郵件方面已經超過帆船，開始成功爭奪貨運。
工業革命不僅在運輸方面引起了壹場革命，而且在通訊方面也引起了壹場革命。在過去，人們只能通過馬車、快遞或船只將消息發送到壹個遙遠的地方。然而，電報是在18世紀中葉發明的；做出這項發明的主席是英國人查爾斯·惠斯通和兩個美國人塞繆爾·莫爾斯和阿爾弗雷德·韋爾。1866年，人們鋪設了壹條橫跨大西洋的電纜，建立了東半球和美洲之間的直接通信。
人類就這樣征服了時間和空間。自古以來，人類總是用乘坐馬車、騎馬或航海旅行所需的小時數來表示不同地方之間的距離。但是現在，人類已經穿著跨越七裏格的靴子穿越了地球。人類可以通過汽船和鐵路跨越海洋和大陸，可以通過電報與世界各地的同胞交流。這些成就，連同使人類能夠利用煤的能量、低成本生產鐵並同時紡出100根紗線的其他成就，顯示了工業革命第壹階段的影響和意義。這個階段世界是統壹的，統壹的程度大大超過了羅馬時代或者蒙古時代的世界。此外，它使歐洲主宰世界成為可能，這種情況壹直持續到工業革命蔓延到其他地區。
觸發英國工業革命的必然是市場。
第二次工業革命:
19世紀下半葉——20世紀初(人類開始進入電氣時代，在信息革命中達到頂峰)。
始於18世紀末的工業革命，壹直穩步不懈地延續至今。因此，將其發展過程劃分為不同時期，本質上是任意的。但如果把1870作為過渡日期，還是可以分的。大約是在1870左右，出現了兩個重要的發展——科學開始極大地影響工業，大規模生產的技術得到改進和應用。
正如我們在前壹章中提到的，科學在開始時對工業幾乎沒有影響。我們至今掌握的紡織業、采礦業、冶金業、運輸業的發明，很少是科學家做的。相反，它們大多是由對非同尋常的經濟刺激做出反應的有才華的技術人員完成的。但是1870之後，科學開始發揮更重要的作用。漸漸地，它成為所有大規模工業生產的壹個組成部分。工業研究的實驗室配備了昂貴的儀器和訓練有素的科學家，他們系統地研究指定的問題，取代了孤獨的發明家的閣樓和工作室。早先，發明是個人應對機遇的結果，而現在，發明是事先安排好的，實際上是定制的。沃爾特·李普曼恰當地描述了這種新情況如下:
從遠古時代起，機器就被發明了。它們極其重要，比如輪子，比如帆船，比如風車和水車。但是到了現代，人們發明了制造發明的方法，人們發現了制造發現的方法。機械的進步不是偶然的，而是系統的、遞增的。我們知道我們會制造出越來越完美的機器；這壹點是以前人們沒有意識到的。
1870之後，所有行業都受到了科學的影響。比如在冶金方面，發明了很多工藝方法(貝塞麥煉鋼法、西門子-馬丁煉鋼法、蓋爾克裏斯特-托馬斯煉鋼法)，使得從低品位鐵礦石中冶煉出大量的高品位鋼成為可能。由於電力的使用和主要使用石油和汽油的內燃機的發明，電力工業得到了徹底的改革。無線電的發明也改變了通訊方式。1896年，古裏·埃爾莫·馬可尼發明了壹種不用電線就能收發信息的機器。然而，他的成就是基於蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋和德國物理學家亨利希·赫茲的研究。石油工業發展迅速，因為地質學家和化學家做了大量的工作；地質學家以非凡的準確性勘探油田，化學家發明了各種方法從原油中提取石腦油、汽油、煤油和輕重潤滑油。科學對工業影響的最顯著的例子之壹可以在煤的衍生物中找到。煤不僅為照明提供焦炭和有價值的氣體，而且還產生壹種液體，即煤焦油。化學家在這種物質中發現了真正的寶藏——各種衍生物，包括數百種染料和大量其他副產品，如阿司匹林、冬青油、糖精、消毒劑、瀉藥、香水、照相化學品、烈性炸藥和橙花香精。
工業革命的第二階段也以大規模生產技術的發展為特征。美國在這方面領先，就像德國在科學領域領先壹樣。美國有壹些明顯的優勢可以解釋為什麽它在大規模生產方面排名第壹:壹個巨大的原材料寶庫；為土著和歐洲人提供充足的資本供應；廉價移民勞動力的持續流入；中國巨大的國內市場，快速增長的人口和生活水平的提高。
大規模生產的兩種主要方法是在美國發展起來的。壹種方法是制造標準的和可互換的零件，然後用最少的人工將這些零件組裝成壹個完整的單元。正是在19世紀初，美國發明家伊萊·惠特尼用這種方法為政府制造了大量的火槍。基於這壹新的原則，他的工廠引起了廣泛的關註，許多遊客參觀了它。其中壹位參觀者恰如其分地描述了惠特尼革命性技術的基本特征:“他為火槍的每壹個零件都做了壹個模具；據說這些模具加工得非常精確，任何壹把火槍的每壹個零件都可以適用於其他任何壹把火槍。”在惠特尼之後的幾十年裏，機器制造得越來越精確，因此有可能生產出不是幾乎壹樣而是完全壹樣的零件。第二種方法，出現於20世紀初，是設計壹條“流水線”。亨利·福特因發明了壹種可以將汽車零件運送到裝配工人需要的地方的環形傳送帶而聲名鵲起，並獲得了大量財產。有人形象地描述了這種傳送帶模式的發展過程如下:
制造傳送帶的想法來自芝加哥的罐頭食品工人，他們使用空中起重機沿著壹排屠夫提升肉牛的屍體。福特首先在組裝發動機和飛輪磁電機上的小零件時嘗試了這壹想法，然後在組裝發動機本身和汽車底盤時也嘗試了這壹想法。
壹天，壹輛汽車的底盤被綁在壹根鋼纜上。當絞車拖著鋼纜穿過工廠時，六名工人沿著鋼纜進行了壹次250英尺的歷史性旅行。他們壹邊走，壹邊撿起沿途的零件，並用螺栓固定在汽車底盤上。實驗完成了，但是有壹個困難。上帝造人不像福特造活塞環那麽精確。流水線對矮個子來說太高，對高個子來說太低，結果是徒勞的。
所以，多做實驗。先升高流水線，再降低流水線，再試用兩條流水線，適合不同身高的人；先提高流水線的運行速度，再降低流水線的運行速度，然後做各種實驗，確定壹條流水線上需要安置多少人，每道工序應該相隔多遠，是否讓裝螺栓的人再擰壹次螺母，讓原來裝螺母的人有時間擰緊螺母。最後，組裝每輛汽車底盤的規定時間從18小時28分鐘縮短到1小時33分鐘，世界有可能獲得大量新的T型車。隨著工人們在他們的機器上變得更加有效的齒輪齒，大規模生產已經進入了壹個新的階段。
然後在先進的機械設備的幫助下，對成堆的原料的處理得到了改善。這種大規模生產的方法在美國也得到了改進，最好的例子是鋼鐵工業。制造鐵軌的過程的以下描述說明了這種方法:
鋼鐵工業在很大範圍內發展了這種連續生產。鐵礦石來自梅薩比嶺。蒸汽鏟把鐵礦石鏟進火車車廂；馬車被拖到德盧斯或蘇必利爾，然後進入壹些窪地上面的碼頭。當車廂底部向外翻的時候，車廂裏的鐵礦石就被卸到了窪地裏。斜槽允許鐵礦石從凹部進入礦石運輸船的貨艙。在伊利湖港口，礦石船被自動裝置卸下，礦石被裝上火車車廂。在匹茲堡，這些汽車由自動傾卸卡車卸下，傾卸卡車將汽車轉向自己的壹側，使礦石像瀑布壹樣落入箱子裏；裝在這些箱子裏的焦炭、石灰石和礦石被裝載機運到高爐頂部，然後倒入爐內。於是，高爐開始生產。從高爐出來的熱生鐵由鐵水罐車運送到混鐵爐，然後運送到平爐。這樣就實現了省油。然後，平爐開始出鋼，鋼水流入巨大的鋼包，再從那裏流入放在平板車上的結晶器。壹輛機車把平板車推到幾個坑裏，拆模後剩下的裸露的鋼錠就放在這些坑裏保溫，直到制作的時候。輸送機將鋼錠運送到軋機，自動平臺不時升降，在軋制設備之間來回投擲所需形狀的鋼軌。這樣做出來的鋼軌形狀極好，稍有偏差就要報廢。電動起重機、鋼包、傳送帶、自動傾卸卡車、卸載機和裝載機使得從礦山鐵礦石到鋼軌的生產變得異常自動化和充滿活力。
從純經濟的角度來看，這種規模的大規模生產的意義，可以從鋼鐵之王安德魯·卡耐基下面這句無可指責的話中探測出來:
兩磅鐵礦石從蘇必利爾湖開采出來，運到900英裏外的匹茲堡；開采壹磅半的煤，制成焦炭，然後運到匹茲堡；開采半磅石灰，運到匹茲堡；在弗吉尼亞州開采少量的錳礦，然後運輸到匹茲堡——這四磅原料制成壹磅鋼鐵，消費者只需要為這壹磅鋼鐵支付壹分錢。
科學的大規模生產方式不僅影響工業，也影響農業。而且，在科學應用上領先的德國，在量產上領先的美國，都在發生這樣的事情。德國化學家發現，為了保持土壤肥力，必須恢復土壤中植物吸收的氮、鉀、磷。最初是用天然肥料來達到這個目的，但是到了19年底，天然肥料在形式上讓位於更純粹、更必需的無機物。結果，全世界無機物的產量大大增加了。在1850至1913期間，硝酸鹽、鉀肥和過磷酸鈣的產量從微不足道的數量增加到899800公噸(其中四分之三用於化肥生產)、1348000公噸和16256553。
第三次工業革命:
時間不確定，大概在二戰之後。當人類進入科技時代，被歐美稱為21世紀的生物克隆技術和空間科技的出現，將引發第三次工業革命，即生物技術和工業革命。
21世紀的生物技術和工業革命
由美國引發的金融危機波及全球，這既是危機也是機遇。產業模式或產業結構的轉變往往是新經濟、新產業時代的特征，技術革命帶來產業革命。自從第壹次工業革命在英國中西部開始，第二次工業革命幾乎同時在歐美發生以來，社會產業結構的形成和經濟增長達到了壹個新的歷史時期。中國明清時期，紡織、印染、采礦等行業和商業萌芽，晉商和徽商在絲綢之路南北兩端形成了著名的商業模式。西方近代科學的發展在中國文化中可見壹斑，如儒家的社會倫理(社會規範)、墨家的實踐經驗(實驗方法)、禪宗的概念澄清(頓悟)、道家的系統邏輯模型(結構模型)、壹些科技發明的原型等。中國近代工業化經歷了曾國藩、盛宣懷時代的江南制造業和廣東、福建的經濟特區，開始從珠三角、長三角、渤海灣向中西部發展。經濟增長的本質是科技創新和產業化，體現為發明家、企業家和金融家的社會活力。瞄準新科技革命，及時把握從技術創意到產品市場化的整個經濟鏈條，將為經濟帶來根本性崛起的機遇。
20世紀，科學技術的方法論從經驗分析轉向系統綜合，人工智能和微電子技術的發展引發了計算機、電信等信息產業的革命，帶來了基因組計劃和生物信息學的發展。綜合哲學早在系統科學誕生之前就已經形成，包括19世紀晚期和20世紀早期的斯潘塞的綜合哲學、羅素的哲學分析與綜合、懷特海的有機哲學。20世紀80年代末90年代初，中國科學哲學討論綜合哲學、系統科學與傳統醫學、中國哲學。90年代，中國科學院曾邦哲(解)闡述了系統生物工程和系統遺傳學的概念，並於1999在德國建立了系統生物工程與工程網絡。2000年，美國的L.Hood和日本的H.Kitano建立了系統生物學研究機構。2003年，J.Keasling建立了基於系統生物學的遺傳工程-合成生物學系。2005年，法國人F.Cambien和L. Tiret討論了系統遺傳學對動脈硬化研究的概念。隨後，世界爆炸性地走向計算機科學與生物科學融合的科技與產業發展趨勢，這將帶來細胞制藥廠和細胞計算機生物產業化的21世紀時代。歐美的科技決策機構制定了教育、科研和產業改革的政策，中國在基因生物技術和系統醫學發展方面出臺了中醫藥產業現代化的重大項目和決策。
2007年6月，英國皇家工程院生物醫學和生物工程系主任R. I. Kitney院士說:“系統生物學和合成生物學的耦合將產生第三次工業革命”，它將顛覆計算機、納米技術、生物學和醫學等領域的技術和工業變革，即生物工業革命。21世紀的整個產業結構將轉變為系統生物工程的生物-(化學)-物理聯盟產業模式，即體現為機器(進化和基因計算)、生物材料(納米生物分子、工程生物材料)和基因工程生物的生物系統原理，集生態學、遺傳、仿生學和機械、化工、電磁學的工程應用於壹體的材料、能源和信息產業。計算機科學的理論來源於對動物通訊行為、神經系統控制論和信息論的研究。細胞內和細胞間通訊行為的探索導致了系統生物科學與工程的發展，這將形成未來的材料、能源和信息的全方位生物產業。
科技革命和產業革命是不同的概念，產業革命往往是由制造業的革命引起的，導致三大產業的全面變革。第壹次工業革命始於紡織的工業規模和蒸汽機的廣泛應用，止於內燃機和汽車工業的發明。第二次工業革命啟動了電氣化、電話、電子通訊行業的發展，在計算機互聯網技術(即信息革命、信息革命)上達到頂峰；第三次工業革命應該是從有機化學工程的結束，基因工程的開始，以及系統生物學和合成生物學的迅速發展開始的。生物工業革命的顯著特征是跨學科和技術綜合，是基於有機化學合成技術、高精度分析化學、納米分子科學、微電子技術、超大規模集成、計算機軟件設計、轉基因生物技術、藥物篩選高通量技術等學科和技術的綜合集成。生物分子計算機組件、人工智能生物計算、合成細胞生物系統等的開發。，將在30年左右帶來人工設計的新型生物分子材料、藻類人工細胞合成的油、納米醫用細胞機器人等產業發展。將支持重點轉移到有潛力的高新技術開發和發明上，將是未來支柱企業發展的基礎。