坚强的意志

　　有人可能认为，欧拉成果卓越，著述如林，肯定是条件优越，并且牺牲了生活的所有其他乐趣而换来的。

　　其实不然。欧拉并没有像牛顿、莱布尼茨那样终身未婚，把所有的时间都用在科学研究上。相反，他结了婚，并且有13个孩子，尽量帮助妻子减轻负担，关心家庭，关心儿女，也和孩子们做游戏，也给孩子们讲故事，他的许多不朽著作都是在膝上坐着孩子、身上背着孩子的情况下写出来的。

　　欧拉的研究条件并不优越，反而在生活在道路上连遭不幸。

　　欧拉非常不适应彼得堡寒冷的天气，但他具有坚韧的毅力。室外的雪花飘飘扬扬地飞着，室内的欧拉通宵达旦地工作着。过度的劳累，使欧拉染上眼疾，1735年，28岁的欧拉右眼失明。

　　面对如此可怕的打击，欧拉没有被打倒，而是不顾眼疾，继续用一只眼睛进行研究，使得左眼视力很快衰退。但欧拉没有消沉，他深知自己的左眼将会完全失明，便抓紧最后的时光，加速研究和著书进程。

　　1766年，厄运终于又向他袭来，左眼也完全丧失了视力。

　　人们可能认为，雪上加霜的欧拉这下该要停止工作了。古希腊数学家埃拉多色尼就是由于害眼病失明，无法忍受不能读书不能研究的痛苦，绝食而死。

　　欧拉呢？

　　欧拉是坚强的，他认为残疾只能给庸人提供懒惰的借口，不会成为坚强者不可逾越的障碍。欧拉活了下来，用最大的毅力战胜黑暗，用口授和请助手笔录的方法，坚持研究。

　　不幸的事接踵而来，1771年彼得堡的大火殃及欧拉的住宅，虽然欧拉被人救出，幸免一死，但是他的书籍和手稿全部化为灰烬。

　　双目失明的老人还能经得住这样沉重的打击吗？别人不能，但欧拉能！双目失明的痛苦已经经过了，既然看不见东西，书籍也就无所谓了，但手稿是科学的财富，一定要把它整理出来。

　　1776年，爱妻柯黛琳娜病故，欧拉伤心地流下了痛苦的热泪。

　　在这些不幸面前，欧拉擦干眼泪，顽强拼搏。在双目失明的17年中，他凭借惊人的记忆力和罕见的心算能力，竟然口述了400篇左右的论文和 10余部著作。其中艰辛，谁人知晓？所付心血，如何计量？

　　1956年，美国数学家冯·诺伊曼称欧拉为“数学家之英雄”。

　　作为一个数学家，欧拉的贡献是卓著的，美国数学史家克来因说：“没有一个人像他那样多产，像他那样巧妙地把握数学；也没有一个人能收集和利用代数、几何、分析的手段去产生那么多令人钦佩的成果。他是顶呱呱的方法发明家，又是一个熟练的巨匠”。

　　作为一个普通的人，欧拉的形象更高大。欧拉的品德是高尚的，他在和欧洲众多学者的通信中，经常毫无保留地把自己的发现告诉别人，为他人的成功创造条件。

　　欧拉曾考虑过“等周问题”的解法，在即将发表的时候，收到了年仅19岁的法国青年拉格朗日的来信，信中对“等周问题”提出了比较新颖的解法，但没有达到欧拉的深度。

　　欧拉把自己的文稿压下，使拉格朗日的这篇文章得以发表，并在数学界崭露头角。后来欧拉又向腓特烈大帝推荐30岁的拉格朗日接替他在柏林科学院物理数学所所长的职务，使拉格朗日才华大展。

　　欧拉，这位杰出科学家的精神、性格和进取心，赢得了成千上万的历代数学工作者的敬仰。

　　法国数学家拉普拉斯说过：“读读欧拉，他是我们大家的老师。”

　　1783年9月18日，欧拉“停止了生命，也停止了计算”。

　　哥德巴赫猜想

　　欧拉是在伯努利家族的直接影响下出现的一位著名的数学家。

　　哥德巴赫是在伯努利家族直接影响下出现的另一位数学家，他因提出“哥德巴赫猜想”而著名。

　　哥德巴赫于1690年在德国出生，他并不是从小就对数学感兴趣而走上数学研究之路的，曾在英国牛津大学法学系留学。在欧洲各国的旅行过程中，他结识了伯努利家族，被这个家族的辉煌业绩所吸引，开始对数学产生兴趣，才走上业余研究数学的道路。

　　1725年，哥德巴赫作为普鲁士的驻外使节出使俄国。欧拉来到俄国彼得堡科学院后，哥德巴赫即前往拜访，双方共同探讨一些数学问题。

　　1741年，欧拉离开彼得堡，前往柏林科学院，哥德巴赫留居在莫斯科。两人为了探讨问题，始终保持书信联系。

　　欧拉曾与300多名欧洲学者通信，用自己闪光的思想，照耀他人深入探索的道路。哥德巴赫每次来信，欧拉都在百忙中抽出宝贵的时间，对这位俄罗斯的朋友予以回复、商讨。哥德巴赫的不少数学成果，都是在与欧拉通信的商讨过程中取得的。

　　1742年6月7日，哥德巴赫在给大数学家欧拉的信中，提出这样一个猜想：每一个偶数都是两个素数的和，简记为：（1十l）；每一个奇数或者是一个素数，或者是三个素数之和。

　　素数是自然数中除了1和它本身外，并无其他因子的数。这个命题的叙述虽然简单，举例也易验证，例如，4=2＋2；6=3＋3；12=7＋5；100=97＋3等等，但给出一般的证明却十分困难。

　　同年6月30日，欧拉就这一问题给哥德巴赫的回信指出，解决这个问题的关键在于，充分证明每一个偶数都是两个素数之和，其他问题可以从这一问题中推导出来。

　　由于这个问题是哥德巴赫最先以猜想的形式提出来的，后来的数学家把它称为“哥德巴赫猜想”，或者称为哥德巴赫——欧拉问题。

　　哥德巴赫猜想提出后，许多数学家对它进行求解，并创立了一些新的数学方法，取得了一系列新成就，促进了数学的发展。

　　然而，素数的个数是无限的，对于任何给定的自然数，断定它是否为素数，至今还没有有限的方法。

　　值得称道的是，在1973年，我国数学家陈景润证明了，每个充分大的偶数都可表示为一个素数及一个不超过两个素数乘积之和，简记为 （1＋2）。例如 62=7＋5×11等。从而走到了解决这个问题的世界前列。

　　1764年，哥德巴赫逝世。

　　哥德巴赫猜想的彻底解决，有待数学家的努力。

　　拉格朗日

　　前面说到，在1766年，担任柏林科学院物理数学所所长的欧拉要重返彼得堡。临行前，普鲁士国王腓特烈大帝请尊贵的欧拉推荐一位继任者。

　　欧拉毫不犹豫地说：“继任者非拉格朗日莫属！”

　　拉格朗日是法国数学家、力学家和天文学家。1736年1月25日，他出生于意大利西北部的都灵，祖父是法国驻守都灵的骑兵上校，祖母是都灵人。

　　他的父亲是陆军的会计头目，后又经商，希望儿子学法律，成为商业上的接班人。但拉格朗日对法律并不感兴趣，只是喜欢文学，经常阅读文学方面的书籍，偶尔也看一些科技方面的著作。

　　在17岁那年，有一次，他读到了天文学家哈雷写的一篇文章，文中介绍了大科学家牛顿在微积分方面的成就。拉格朗日深受启发，对其中的观点和有关科学知识产生了兴趣，从此迷上了数学和天文学。不久，拉格朗日进入都灵皇家炮兵学院学习。由于他意志坚强，刻苦努力，数学成绩突飞猛进，进步之快，使人震惊，并成为了数学通，还没有毕业就担任了该院的部分数学教学工作。

　　1754年，年仅18岁的拉格朗日撰写出第一篇论文，内容是用牛顿的二项式定理处理两函数乘积的高阶微商。

　　1755年8月12日，拉格朗日就等周问题写信给柏林科学院数学部主任欧拉，给出了用纯分析方法求变分极值的提要。

　　欧拉也研究了这个问题，不过用的是几何方法。拉格朗日的新方法，引起了欧拉的极大兴趣。为了鼓励年青人奋发进取，9月6日，欧拉回了一封热情的信，肯定了他的工作价值，祝贺他取得的巨成就，对变分法的创立做出了贡献。

　　拉格朗日也认为这是一篇有意义的论文。这篇论文使他在都灵出了名。

　　9月28日，拉格朗日被任命为都灵皇家炮兵学院的数学教授。这时他仅19岁，居然跃到了数学家的行列中。

　　拉格朗日是一个进取心非常强的人，他不满足教授的职务，而是广泛地阅读数学名著，不断地探索。他的研究范围广泛，涉及的数学分支非常多，如数论、代数方程论、微积分、微分方程、变分学、制图学、力学、天体运行等。

　　1756年，拉格朗日在给欧拉的信中，开始把变分法用于力学，还把欧拉关于有心力的一个定理推广到一般动力学问题。由于欧拉的推荐，拉格朗日被任命为柏林科学院的通讯院士，接着又被选为该院的外国院士。

　　1757年，拉格朗日和其他年青科学家创立都灵科学协会，即都灵皇家科学院的前身，并创办学术杂志《都灵文集》。他为刊物写了大量高质量的论文，使这家刊物在学术界享有很高的声誉。

　　他本人也于1764年和1766年因为在天文学研究中取得的成果，而两次获得巴黎科学院奖。拉格朗日的名字传遍欧洲，引起世人瞩目。

　　1766年5月，欧拉离开柏林前往彼得堡。由于欧拉和法国数学家达兰贝尔的推荐，于是腓特烈大帝亲自写信给拉格朗日说：“欧洲最伟大的君王希望欧洲最伟大的数学家到他的宫廷里来。”

　　拉格朗日于8月离开都灵，前往柏林，就任柏林科学院物理数学所所长，时年30岁。

　　1767年9月，拉格朗日和他的表妹结婚，终生没有孩子。

　　拉格朗日在柏林科学院工作了21年，他把全部精力都倾注在科学研究上，完成了大量重大研究成果，为一生研究中的鼎盛时期。他的研究方法及其成果，受到同时代科学家的高度赞扬。

　　拉普拉斯写信给他说：“你的分析漂亮且普遍适用。你对坐标的幸运的选择，你处理微分方程的方法，特别是那些关于二分点的运动和月球赤道倾角的论述，所有这一切以及你那卓越的成果使我极为羡慕钦佩。”

　　1783年，拉格朗日任都灵科学院名誉院长。1786年8月，腓特烈大帝去世，德国对科学家的重视不像以前了。于是，拉格朗日接受法王路易十六的邀请，1787年7月到巴黎科学院工作。

　　在巴黎，他先担任公制委员会委员，接着担任度量衡委员会主席。晚年致力于数学教育，担任巴黎高等师范学校以及理工科大学的教授，不断有新的成果问世。他还编写数学教材，培养了一大批优秀人才。

　　拿破仑在雾月政变后，任命拉格朗日为元老院议员，封他为伯爵，1813年4月3日，授予他帝国大十字勋章。

　　拉格朗日的一生，在数学、力学和天文学方面做出了重大的历史性贡献。

　　拉格朗日奠定了变分法的基础。变分法问题是确定一个未知函数，使未知函数的定积分达到极大或极小。如“周长一定的平面图形中，以圆的面积最大”就是变分法中的一个古老的问题。

　　拉格朗日用纯分析的方法研究了变分法中范围很广的一类问题。1760年，他发表的“关于确定不定积分式的极大极小的一种新方法”，是用分析方法建立变分法的代表作。

　　在这篇论文发表前，他写信给欧拉，称此文中的方法为“变分方法”。欧拉肯定了，并在自己的论文中正式将这种方法命名为“变分法”。从此开始，变分法这个分支才真正建立起来。

　　拉格朗日发展了微积分理论。他对常微分方程的奇解和特解做出了历史性贡献，是一阶偏微分方程理论的建立者。晚年完成了两大巨著《解析函数论》和《函数计算讲义》。打算用纯粹的代数方法为微积分学奠定理论基础，为后来微积分学的严密论证树立了榜样。

　　拉格朗日研究了代数方程的解法。他的数学思想非常活跃，在研究高次方程的代数解法时，特别注意方法和思考。

　　他分析解三次方程和四次方程的各种方法，看看为什么这些方法能把方程解出来，看看这些方法对于解更高次的方程能提供什么线索。由于拉格朗日研究问题的深刻性，他的方法对求解一般的二次、三次、四次方程都卓有成效。他试图解五次方程，但没有成功。

　　从这里，拉格朗日首先引出了群的思想，可以说，他是群论的先驱。后来，年轻数学家伽罗华的研究成果和拉格朗日的思想方法有密切的联系。说明拉格朗日有丰富的想象力和非凡的洞察力。

　　拉格朗日是分析力学的创立者。他在1788年出版的《分析力学》一书，就是分析力学这门学科建立的代表作。这部著作倾注了他大量的智慧和经历，历时37个春秋。

　　牛顿的力学理论仍用几何方法讨论，18世纪中期，欧拉和达兰贝尔开始用分析方法，拉格朗日在力学分析方面最出色。他把一生的全部力学论文以及同时代人的力学贡献，都归纳到这部著作里。

　　拉格朗日在这方面的最大贡献是把变分原理和最小作用原理具体化，而且用纯分析方法进行推理，成为拉格朗日方法。他首先引用广义坐标概念，一个力学系统可用有限个坐标表示，故广义坐标又称为拉格朗日坐标。

　　拉格朗日在这部著作里，利用变分原理，建立了优美和谐的力学体系，把宇宙描绘成为一个由数字和方程组成的有节奏的旋律，把动力学发展到登峰造极的地步，并把固体力学和流体力学这两个分支统一了起来，奠定了现代力学的基础。

　　英国物理学家和数学家哈密顿，把这部著作誉为“科学诗篇”。

　　《分析力学》是牛顿以后最伟大的经典著作。

　　拉格朗日是天体力学的奠基者。他建立起各类天体的运动方程，其中特别是根据他在微分方程解法的任意常数变异并与斯科特的队伍暗中较上了劲。

　　阿蒙森一行一个个身强力壮，对极地的风雪和严寒气候适应能力很强，他们曾经三次到北极地区去探险。

　　他们向南极极点进发的时候，正遇上了南极地区难得的好天气，52条爱斯基摩狗拉着四架雪橇，一路小跑，只用了57天的时间，于1911年12月14日率先到达南极极点，成为世界上最早征服南极极点的人。

　　面对这种情况，斯科特一行就像泄了气的皮球似的，怎么也提不起精神来，他们不愿相信自己所有的努力和心血，只使得他们得了个亚军。

　　他们无力从失败的心态中自拔出来，一个个斗志松懈，无精打彩，有气无力地开始返回基地。他们的心情实在是坏透了。

　　这时，南极的天气也变得更加肆无忌惮，连日的暴风雪使他们不得不躲进帐篷里，食物也快没有了，另外四个伙伴已因疾病和严寒而倒下了。

　　忽然，又一阵狂风吹过来，把他们居住的帐篷连根拔了起来。斯科特赶紧用自己早已冻得僵硬的手，歪歪扭扭地写完最后一篇探险日记，然后就再也站不起来了。

　　斯科特和他的战友们紧紧地拥抱在一起，倒在了南极这块圣洁的冰雪世界，然后又迅速地和南极冻结在一起。

　　斯科特和他的伙伴们，不愧为人类征服南极的第一批拓荒者，他们的大无畏的献身精神，充分显示了人类征服自然的伟大力量。

　　1957年，美国在南极极点建立了科学考察站，这个考察站被命名为“阿蒙森——斯科特站”，目的就是为了永远纪念人驱逐出境并没收其全部财产，但尊贵的拉格朗日先生除外。”

　　1813年4月10日，拉格朗日病逝于巴黎。

　　由于他一生的科学研究分为三个时期：都灵时期、柏林时期、巴黎时期，所以拉格朗日逝世以后，意大利百科全书说他是意大利数学家，法国百科全书说他是法国数学家，德国的数学史说他一生的主要科学成果是在柏林完成的。

　　无论三国怎样争论，在科学史上，拉格朗日是“总结了18世纪的科学成果，开辟了19世纪数学研究道路”的科学天才。

　　拿破仑赞美“拉格朗日是一座高耸在数学世界的金字塔”。

勇敢的富兰克林

　　富兰克林也在场观看了试验，引起了极大的惊奇和浓厚的兴趣。

　　于是他也利用玻璃管和莱顿瓶进行实验，从而踏上了电学研究之路，这时正好40岁。

　　在富兰克林研究电时，电学的研究仅仅限于磨擦可以产生电，激起电火花，对人体发生电震。

　　为什么磨擦可以产生电呢？富兰克林做了大量的实验。其中一个实验是这样的。

　　有甲、乙、丙三人，甲、乙站在与地绝缘的蜡板上，丙站在地上。甲首先用手磨擦玻璃管使它带电，然后乙用手接触甲手中的玻璃管，结果乙身上也带了电。第三步，甲和乙分别同丙接触，结果都能发出电火花。

　　但是，如果甲在磨擦玻璃管时接触到乙，那么他们接触到丙时，就没有电火花产生了。

　　富兰克林根据这个实验得出结论，电是一种在平常条件下以一定的比例存在于一切物质中的要素。

　　在上例实验中，他认为甲、乙和丙三人所带的电是一样多的，甲摩擦玻璃管使身上的电有一部分转移到玻璃管上，当乙接触玻璃管时，玻璃管上的电就又转移到乙身上了。这时甲身上的电少一点，乙又多一点，当他们和丙分别接触时，就会发生电火花，重新得到的电量相等。如果甲和乙接触，电量就会恢复原状，再和丙接触，自然产生不了电火花。

　　于是富兰克林认识到，电不是摩擦出来的，而是从一个物体转移到另一个物体，总的电量没有变化。这一结论就是近代电学中的电荷守恒定律。

　　有一天，富兰克林正在做实验，一边做，一边思考着。这时候外面乌云滚滚，雷声阵阵，狂风骤雨打得窗户直叫，他赶忙来关窗子。

　　闪闪的电光使富兰克林产生这样一个想法，电光和莱顿瓶放出的电火花很相似，天上的电和地上的电是不是同一个东西呢？

　　对于雷电，几千年来人类一直是具有神秘和恐惧感的。西方人认为闪电是“上帝的火”，就是圣火、神火，东方人认为雷电是雷公电母的威力。雷电给人类带来很多灾难，它能炸坏高层建筑物，使森林起火燃烧，还能致人畜于死地。

　　富兰克林决心揭开神秘的雷电之谜。

　　斯别谢尔的魔术进一步开阔了他的研究思路。

　　美国，费城。

　　斯别谢尔，从苏格兰来，正在给好奇的美国观众表演“奇怪的戏法”。

　　斯别谢尔右手拿着一根玻璃棒，左手拿着块绸手帕，他用玻璃棒指着桌上的一堆小纸屑说，这根神奇的玻璃棒能把纸屑吸起来。说着就用玻璃棒在手帕上擦了几下，然后靠近纸屑，果然，那些纸屑都跑到玻璃棒上去了。

　　观众惊讶，叹服。

　　接着，斯别谢尔又拿出一个大玻璃瓶。

　　“这个瓶里有无穷的力量，能致人疼痛、受伤，甚至死去，哪位不信？”

　　一个观众带着怀疑的目光走上台来。

　　斯别谢尔打开瓶塞，突然从瓶里窜出长长的火花，这位观众立即感到疼痛，尖叫着逃往座位。

　　斯别谢尔把瓶口对着一只大公鸡，鸡倒地而死。把瓶口

　　对着远处的酒精，酒精立即燃烧，吐出长长的火焰。

　　众人恐怖。

　　富兰克林非常平静，他知道摩擦生电和莱顿瓶放电的缘故。那长长的电火花很像天空的闪电光，他越来坚信这一点。

　　怎样检验闪电就是放电呢？

　　1750年，富兰克林提出，要了解雷电，就应该想办法弄到天上的电，看看它是否和地面上摩擦生成的电一样。

　　要想弄到天上的电，谈何容易！

　　富兰克林认为，既然莱顿瓶可以通过金属棒来吸收瓶外玻璃球转动而产生的电，能否设想在一高地上搭一个帐棚，在棚顶坚一根铁棒，铁棒伸入棚内，从而使在棚内的人可以引下雷鸣电闪时的电火花。

　　1752年5月，法国人达利巴德按照富兰克林的设想，做了个实验。他在巴黎郊区自己的园里装了一个13米长的金属杆伸向天空，当雷电交加时，他用金属丝接近金属杆，从而成功地从金属杆上引下了电火花。

　　1752年7月，富兰克林在费城进行了一次著名的实验。他的设想和准备是：

　　在雷雨天，把一个风筝放到空中，风筝上装有一段金属细杆，风筝的棉线上端拴上一个金属钥匙，再用一段不导电的丝线拴住钥匙的另一边，用钥匙给莱顿瓶充电。

　　这一天，乌云翻滚，电闪雷鸣，早已准备好了的富兰克林和儿子立即行动起来，“费城实验”开始了。

　　富兰克林在写给柯林生的信中，激动地描述了这次实验的实况：

　　“当带着雷电的云来到风筝上面的时候，尖细的铁丝立即从云中吸取电火，而风筝和绳索就全部带了电，绳索上的松散纤维向四周直立开来，可以被靠近的手指吸引。”

　　“当雨点打湿了风筝和绳索，以致电火可以自由传导的时候，你可以发现它大量地从钥匙向你的指甲流过来。”

　　“从这个钥匙，可以使莱顿瓶充电；用所得到的电火，可以点燃酒精，也可以进行平常用摩擦过的玻璃球或玻璃管来做的其他电气实验：于是带着闪电的物体和带电物体之间的相同点，便完全被显示出来了。”

　　“费城实验”证明了雷电和摩擦电相同，获得了巨大成功。这是富兰克林勇于开拓、冒着生命危险换来的。他曾亲眼目睹斯别谢尔的魔术，莱顿瓶的电火花使那位勇敢者因疼痛而尖叫，何况巨大的天际闪电。我们为富兰克林感到幸运，更佩服他为科学献身的精神。

　　1753年夏天，俄国科学家罗蒙诺索夫和利赫曼，为研究雷电现象，又做了一次基本相似的实验，遗憾的是利赫曼在实验中被电击而死去。

　　费城实验在社会上引起了极大的影响。它科学地说明了雷电是一种自然现象，是雷电云放电的结果，破除了古老的迷信，揭开了雷电的神秘面纱。

　　为了减少雷电的破坏性，富兰克林还进一步发明了避雷针。就是在高楼大厦上安装一根导线接入地下，从而使雷电经过导线输入地下，避免雷电损坏建筑物。

　　富兰克林把对电学的研究和实践写成《电学的实验和研究》，这是近代科学史上第一部系统的电学理论著作。

　　除电学外，富兰克林在自然科学的其他方面也都有广泛的研究。他研究过火炉的改良，植物的移植，传染病的防治。还几次横渡大西洋，去测量海流的速度和温度，等等。

　　富兰克林不但是自然科学家，而且是政治家。在英国殖民当局统治北美13个殖民地期间，为了维护北美的利益，他和英国殖民者进行了坚决的斗争。在北美独立战争期间，他是一位勇敢的战士，为了取得大国援助，富兰克林受任出使法国，进行了卓有成效的外交活动。他还是独立宣言和美国宪法的起草人之一。

　　富兰克林的一生，为科学做出了伟大贡献，为美国做出了伟大贡献。1790年，富兰克林逝世。

　　天地的由来

　　富兰克林以他杰出的科学才能、勇敢的探索精神，认识了多少年来一直困扰着人类的雷电的真面目。

　　但是，广阔的天际奥妙无穷。在我们生活的地球上，江河不息，四季循环，昼夜交替，万物繁荣；在天际，太阳升落，月有圆缺，星星闪烁，构成一幅幅美丽的画卷。可是，地球是怎样产生的？宇宙是如何形成的？

　　这个问题，在古代中国和西方都有说法。

　　中国人说“盘古开天地”。在太古的时候，那宇宙天地混沌一片，万物皆不可分。有一位名叫盘古的大神，用一把神斧将宇宙从中砍为两段。从此，混浊顿开，清者轻上升为天，浊者重下降为地，天日高一丈，地日厚一尺，慢慢地形成了天地日月星辰。

　　在古代西方，《圣经》里说天地万物是由万能的上帝在一星期内创造出来的。上帝第一天使混饨黑暗有了光，形成白昼和黑夜；第二天造出大地；第三天使地有陆地和海洋之分，陆地上长出青草、菜蔬、树木；第四天造出天上的众星；第五天使水里有鱼和各种动物，陆地有动物和昆虫，还有鸟雀；第六天创造了人。

　　对这两种说法，很多仁人志士表示怀疑，提出了自己的见解。

　　在我国春秋战国时期，有人提出天地万物是阴阳二气和金木水火土五种物质元素构成的。巴比伦人认为天地由水产生。古希腊人提出过“一切事物的始基是原子和虚空”，认为太阳、月亮和其他星体，以及地球上的生物和无生物都是由原子结合而成的。

　　这些认识虽然接近科学，但由于时代的局限都停留在思辩性的范围内，缺乏有力的依据和证明。

　　随着资本主义萌芽和文化复兴运动的开展，使16世纪和17世纪的科学轰轰烈烈，成就倍出。天文学在整个自然科学中发展得最快，哥白尼创立了

　　“日心说”，开普勒发现了三大定律，牛顿提出了万有引力定律，使人类在认识宇宙的规律方面前进了一大步。

　　牛顿创立天体力学后，也思考过天体起源问题。他曾设想：

　　“如果构成我们的太阳和行星的物质以及宇宙的全部物质都均匀地分布于整个天空，每个质点对于其他一些质点来说都具有内在的重力，而且物质分布于其中的整个空间又是有限的；那么，处于这个空间外的物质，将由于其重力作用而趋向所有处于里面的物质，而结果都将落到整个空间的中央，并在那里形成一个巨大的球状物体。

　　“但是，如果物质是均匀地分布于无限的空间中的，那么它就决不会只聚集成一个物体，而别一些物质则会聚集成另一个物体，以致造成无数个巨大物体。它们彼此距离很远，散布在整个无限的空间中，很可能太阳和恒星就是这样形成的。”

　　牛顿的设想具有唯物主义倾向，再前进一步将有可能提出关于天地起源的假说。但是，由于种种原因，晚年热衷于神学，偏离了正确的方向，最后坠入神创论，认为宇宙万物按照本来的航线永远不变地运动着。

　　这样，以哥白尼为开端的向宗教神学的挑战，又以牛顿的“神的第一次推动”的假设还给了上帝，人们的思想重新被束缚起来，使16世纪和17世纪科学的辉煌暗淡下来。

　　牛顿的宇宙不变论和林奈的物种不变论、沃尔弗的目的论共同导致 18世纪科学发展的相对停滞。

　　林奈是瑞典博物学家、植物分类学家，对物种起源问题，最终认为是神创“第一对原种”的，之后，物种既不会增加，也不会减少，它们的形状也总是不会改变。

　　这三种理论，总的来说就是“自然界绝对不变”，世界上的万物，无论是宠大的天体，还是地球上的花草树木，不管它们是怎样产生的，只要一旦存在，就始终是一个样子保持不变。如果要有变化，也只是场所的变更，数量的增减，机械的循环。

　　康德想要创造宇宙

　　18世纪的自然科学面临着这样一种沉闷的气氛，几乎被窒息，而出现萧条局面。

　　年青的德国天文学家康德向这种不变理论打响了第一枪。1754年，他以

　　“潮汐假说”宣布了地球的毁灭，第二年又以“星云假说”宣布了太阳系的起源，引起了科学上进一步革命的起点。

　　伊曼努尔·康德，1724年生于普鲁士哥尼斯堡的一个手工业者家庭，父亲是一个马鞍匠，家庭生活贫昔。小康德先天不足，体质瘦弱，成年后身高只有 1.57米。靠家庭的节俭，亲戚、老师的资助，才得进学校读书。1740年，他进入哥尼斯堡大学学习，受该校一位教授的影响，而对天文学和哲学兴趣很浓。

　　这位教授就是马丁·克努真老师，他向康德系统地讲解了牛顿的力学，激起康德去探索天体的奥秘。

　　牛顿用万有引力描绘出宇宙的运动图景。在这幅图景中，各种天体由“万有引力”而联系在一起，恒星的位置是固定的，行星沿着固定的轨道周而复始地运转着。

　　康德在学习中提出了一个问题，“天体是怎样产生的？”百思不得其解，于是去求教老师。

　　“关于起源问题，牛顿已经解决了。”克努真回答。

　　“牛顿描述的只是天体怎样运行啊？”

　　“牛顿认为那是神的第一次推动。”

　　“是上帝吗？”

　　“对于无法解释的问题，只好推给上帝。”

　　康德下决心研究宇宙起源问题。

　　由于家庭困难，1747年，康德还没有结束学业，就离开了哥尼斯堡大学。为了维持生活，他只好当家庭教师，一当就是8年，学生只是10岁左右的孩子。

　　在此期间，康德利用业余时间，阅读了大量书籍。

　　在古希腊哲学中，德漠克利特、伊壁鸠鲁的原于理论，对康德启发很大。这种理论认为，世界的本原是原子，宇宙万物都是由一种不可再分割的最小的物质粒于——原子所组成的。

　　在天文学上，除前人的成果外，他极其关注当时的最新进展。

　　1754年6月，康德发表了第一篇科学论文——《对一个问题的研究，地球是否由于绕轴旋转时发生过某种变化》。这篇论文是按照普鲁士科学院悬赏征文的题目写的。征文奖金评给了一位神父。

　　这位神父认为，地球自神创之日起，没有发生任何变化。

　　康德提出了地球自转速度因潮汐摩擦而延缓的理论。他认为，在月球的引力作用下，地球自转时必然在月球引力切线方面落潮，垂直方面涨潮，涨潮、落潮必然造成潮水与地球表面产生摩擦，地球要带着潮头自转，潮汐摩擦消耗的能量得不到补偿，这就对地球自转产生直接影响，使地球自转速度缓慢地降低。

　　虽然这种降低的速度很小，甚至可以忽略不计，但在永恒不息的作用中，必然使地球自转速度逐渐迟缓。由此，地球和整个太阳系都将走向毁灭。

　　这就是康德著名的潮汐假说。

　　康德在当家庭教师的生活中，基本上完成了一部天文学方面的哲学著作，1755年初定稿，定名为《关于诸天体的一般发展史和一般理论，或根据牛顿原理试论整个宇宙的结构及其机械起源》。

　　由于康德是一位年青的小人物，又慑于当时神学自然观的声威，便匿名发表这一著作并以最恭敬的颂辞题献给普鲁士国王腓特烈二世。

　　1755年3月，这一著作在哥尼斯堡出版，中文译名为《宇宙发展史概论》。

　　在这部著作里，康德认为，宇宙的初始状态是一种由各种物质微粒组成的原始星云，它们像灰尘一样弥漫在整个空间，星云处于不断的运动中。物质微粒之间存在着两种作用力：引力和斥力。

　　引力使一些物质微粒之间相互吸引，密度大的质点会把密度小的质点吸引过去，形成引力中心，这个中心质量越来越大，最后形成太阳。斥力使一些物质微粒发生旋转运动，并使其他星云物质产生另外的引力中心，便依次形成行星、卫星和其他天体。

　　这就是康德的星云假说，它有三个特征。一是，肯定宇宙的本原是一种原始的星云物质；二是，引力和斥力是天体起源和演化的相互联系的基本作用力；三是，天体起源与演化是一个逐渐发展的过程。

　　康德的两个自然科学假说，一个说明了地球的毁灭，一个宣布了太阳系的诞生，从而说明了宇宙有其产生、形成、发展，而又衰老、死亡、毁灭的过程，第一次使宇宙生成问题从神学的禁锢中解放了出来，取消了牛顿的神的“第一次推动”，在18世纪的僵化自然观上打开了第一个缺口，是第一次真正的革命。

　　遗憾的是，在当时康德的学说不被理解，他的《宇宙发展史概论》出版后没有得到应有的重视，书的初版印数不多，销路不广，出版商宣告破产，致使康德的卓越思想被埋没了半个世纪。

　　但是康德积极进取勇于探索的科学战斗精神是值得我们学习的。

　　当时的欧洲弥漫着“宇宙不变论”的沉闷气氛，而地位低微的康德却很少保守思想，他不断学习，勇于接受新事物，不畏名人权威，23岁时曾在一次讲演中说：“我若是想发现真理，那么牛顿、莱布尼茨的威仪，应当丝毫不顾。”他冒着遭受宗教势力围攻的危险，研究天体演化理论，大胆地提出

　　“给我物质，我就用它造出一个宇宙来！”31岁时就出版了巨著《宇宙发展史概论》。

敲开达兰贝尔的家门

　　《宇宙发展史概论》出版41年后，即1796年，法国天文学家拉普拉斯在他的《宇宙体系论》一书中，提出了与康德类似的星云假说，人们才重新复兴了康德的思想。1799年，《宇宙发展史概论》再版。为了纪念这两位伟大的科学家，人们把宇宙起源于原始星云的学说，称为“康德一拉普拉斯星云假说”。

　　拉普拉斯，1749年出生在法国诺曼底卡尔瓦多斯县的一个村庄，是一个农民的儿子，从小刻苦勤奋，对数学很感兴趣，16岁进入开恩大学。后来他在天文学、数学、力学方面做出了巨大贡献。

　　拉普拉斯这位千里马的成就，是与伯乐达兰贝尔分不开的。

　　达兰贝尔是什么人？

　　1717年冬天，和往年一样寒风刺骨，在一个冰冷的夜晚，繁华的法国巴黎也显得凄凉，街道上看不见人影，冷冷清清。

　　突然，在街头巡逻的一名士兵，在寒风中隐约听到了婴儿的哭声，他便顺着声音的方向找寻，发现在圣哲勒教堂边有一个孤独的婴儿，已被冻得奄奄一息。

　　“他的父母呢？”周围没有一个人影。

　　“肯定是被遗弃了！”

　　士兵自言自语。

　　怜悯之心油然而起，士兵抱起这个无助的婴儿，请求一个贫穷的玻璃匠抚养。

　　谁也没有想到，这个马路边被遗弃的婴儿，就是后来闻名于世的大科学家达兰贝尔。

　　好心的玻璃匠，把这个弃儿抚养长大，送他上学读书。

　　达兰贝尔对自然科学很有研究，22岁时向巴黎科学院呈交了关于固体在流体中运动和积分学的两篇论文而获得知名度，被选为法国科学院院士，从此开始了科学生涯。

　　这一时期，法国封建专制统治非常腐朽，丰年满目疮痍，荒年饿殍载道。天主教会肆无忌惮地推进文化专制主义和蒙昧主义，进一步把法国推入黑暗的深渊。

　　在思想文化领域，教会大肆散布宗教迷信，极力煽动宗教狂热，迫害“异端”。在当时，宗教迫害案层出不穷，巴尔案就是惊人的一例。

　　19岁的青年新教徒巴尔，被控玷辱了阿倍维耶城一座桥上的木制基督像，而被判处火刑。教会反动分子丧心病狂地折磨巴尔，割去他的舌头，砍掉他的右手，然后在广场上将他烧死。

　　天主教会的思想统治达到了多么疯狂的程度。

　　法国的科学受到了严重的摧残，社会经济陷入了深重的危机。

　　英国则是另一番局面。

　　英国大力倡导科学，涌现出一大批科学巨人，大科学家牛顿、物理学家胡克、天才天文学家哈雷、化学家波义耳等掀起了科学革命的风暴。科学的繁荣促进了工业革命的进程，使社会经济迅速发展。

　　法国的有识之士不甘祖国的落后，寻找腾飞的良策。他们清醒地认识到，国家的振兴要靠全民族的共同努力。为了发挥人民的聪明才智，必须把他们的思想从宗教神学的牢牢禁锢中解放出来。

　　18世纪20年代，伏尔泰和孟德斯鸠吹响了思想启蒙运动的战斗号角。这次思想启蒙运动，涉及哲学、政治学、经济学、文学艺术、科学教育等各个思想领域，是西欧近代最壮观的一次文化革命。

　　著名的《百科全书》的编撰和出版是启蒙运动的高潮。

　　1750年，达兰贝尔和哲学家狄德罗，组织了160多位科学家、思想家等社会各界知名人士，编写 《百科全书，或科学、艺术、技艺详解辞典》，简称 《百科全书》。

　　《百科全书》是科学知识的总汇。达兰贝尔是前7卷的主编，并亲自撰写了“动力学”和“几何学”等内容，为此书做出了很大贡献。

　　《百科全书》广泛宣传了科学，沉重打击了宗教迷信和封建思想，使科学知识在全民的范围内开始普及，给沉闷的法国科学吹来了融融的春风，从70年代起，科学事业走向繁荣，一代新人脱颖而出，拉普拉斯就是其中杰出的一位。

　　再说拉普拉斯在开恩大学毕业后，只身一人，带着几封名人的推荐信前往巴黎，拜见负有盛名的学者达兰贝尔。

　　“咯，咚”，满怀信心的拉普拉斯敲响了达兰贝尔家的大门。

　　门开了，一个陌生的小伙子站在面前。

　　拉普拉斯立即掏出推荐信，呈给他崇拜的科学前辈。

　　当看到要为来人在巴黎找职业时，达兰贝尔皱起了眉头。

　　“我无能为力。”

　　“砰”门关上了。

　　拉普拉斯失望地返回住处。

　　他不甘心。此次来巴黎就是要找一个能发挥自己才能的职业，为科学做贡献，为法国做贡献。

　　他不气馁，立即就力学一般原理写了一封论文式的求教信，以自己的才能打动达兰贝尔。

　　送兰贝尔在信中惊讶地看到，这位青年知识丰富，很有见解，是一位了不起的人才，日后定成大器。便热情地接见了拉普拉斯，并推荐他到巴黎军事学校担任数学教授。

　　拉普拉斯赶走上帝

　　达兰贝尔慧眼识英才，不徇私情举荐有为青年，被传为佳话。拉普拉斯由此开始他的科学的政治生涯，没有辜负前辈的厚望，在科学上作出了卓绝的贡献。

　　1796年，拉普拉斯的《宇宙体系论》出版。在书中叙述了天文学史和牛顿力学体系，最精彩的是他独立完成的天体起源的星云假说。

　　拉普拉斯假设形成太阳系的原始星云，是一团温度很高并缓慢旋转的稀薄物质，占据比现在太阳系范围还大的空间，星云内各质点由于相互吸引的作用，使它成为球形并向中心高度密集。这个星云逐渐冷却和收缩，随着半径的减小转动必然越来越快，离心力也不断加大，使星云逐渐变成扁平的圆盘状，其中心形成更加密集的凝聚体——这就是原始的太阳了。

　　拉普拉斯还进一步分析了行星及其卫星的形成过程。由于星云继续收缩，旋转不断加快，就使一定距离上的离心力等于向心力，此地的物质便离开星云而独立，形成第一道圆环。星云不断收缩，又分离出第二道、第三道圆环，直到最靠近中心体的一环。

　　围绕中心体旋转的第一环内的物质，由于相互吸引而聚集，后来环断裂了，就成为原始的行星。在行星周围的物质以同样的过程形成卫星。

　　拉普拉斯认为土星光环就是还没有完成演化的原始状态的遗迹，是星云假说的自然结果。

　　从拉普拉斯的星云假说内容看，和康德在1755年提出的假说内容虽然有所不同，但是很相似。康德主要是从哲学的角度入手的，而拉普拉斯比康德有更多的力学基础和物理学依据，并进行了数学论证。《宇宙体系论》比《宇宙发展史概论》产生了更深远的影响。

　　正是由于拉普拉斯的“星云说”才使人们想起了康德的“星云说”。拉普拉斯严格的计算和准确的说明，使天体起源于星云的看法得到了很多人的承认。所以，人们通常把这两个假说合称为“康德一拉普拉斯星云假说”。

　　1799年，拉普拉斯发表了《天体力学》，在这一重要著作中，进一步发展了行星运动的摄动理论。

　　据说，有人告诉拿破仑，说拉普拉斯在他的《天体力学》中没有提到上帝。拿破仑便问拉普拉斯：“您的宇宙体系的大作中，为什么没有提宇宙的创造者？”

　　“陛下，我不需要那样的假设。”拉普拉斯回答。

　　拉普拉斯把上帝从宇宙中赶出去，是他的一大功劳。

　　拉普拉斯在数学方面也有很多贡献。在行列式方面，创立了拉普拉斯展开定理；对代表万有引力的位势方程的求解做出了贡献，后来称这个方程为拉普拉斯方程；在概率论方面，1812年出版了《分析概念论》，导入了“拉普拉斯变换”。

　　在法国大革命时期，拉普拉斯积极参与，还曾参加巴黎高等师范学校和工科大学的组织工作。

　　在政治上，据说他有些趋炎附势，容易改变自己的政治操守，因此得到政府给予的很多荣誉。1799年，拿破仑发动雾月政变上台后，封拉普拉斯为帝国伯爵，授予他荣誉军团大十字勋章和骑士团勋章，甚至让他担任过内务大臣。后来在波旁王朝复辟时期，路易十八任命这位曾参加法国大革命的科学家担任巴黎工科大学委员会主席。

　　1827年，拉普拉斯因病逝世。

　　康德和拉普拉斯的星云假说，猛烈地抨击了神学自然观，确立了科学的天体演化理论，成为19世纪科学发展的先导。

　　但对康德、拉普拉斯和他们的星云说，我们都应采取一分为二的分析态度。

　　康德对神学自然观中的宇宙不变论的批判是不彻底的。他一面论证自然界的发展遵循自然的规律，另一方面又声称这个规律本身就是“神的意志”；一方面论述宇宙的无限性，另一方面又含糊地暗示宇宙有中心，时间有开端。同时，他感叹人类的理解力对广阔无垠的宇宙“无能为力”。

　　拉普拉斯虽然赶走了上帝，但作为天文学家和数学家，他把计算方法和计算结果神圣化，导致“拉普拉斯决定论”。在1812年，他提出“神圣的计算者”概念，认为，计算者只要知道宇宙中的一切物质微粒在确定时刻的位置和速度，那么它的过去和未来一切都能计算出来。从而说明宇宙一切都是决定了的必然性。

　　星云假说是那个时代的产物，随着时间的推移，科学上新发现的许多事实，都是星云假说无法解释的，暴露了其本身的弱点。

蒸汽机带来的革命　　机械时代
　
　　新发明对人类的影响

　　科学和技术是密切相关的，它们同处于人类认识自然和改造自然的统一过程中。科学的主要职能在于理解和认识自然，科学是关于自然规律性的知识体系。技术是人们为了特定的目的所应用的某种手段的总和，是各种工具、设备和经验、工艺的体系。

　　近代以前，科学和技术的水平都比较低，科学不能直接地影响生产，而生产也没有迫切地需要科学的成果，两者联系不紧。这时的技术直接来源于工匠们在长期生产实践中积累起来的经验和手艺。

　　到近代以后，由于技术不断地趋向复杂、精密和综合，就由主要来源于经验而发展为科学的自觉运用。

　　让我们来看看望远镜和显微镜的发明和应用。

　　在17世纪初，荷兰人首先发明了望远镜。望远镜由荷兰人发明出来绝不是偶然的，因为那时在荷兰磨制玻璃和宝石技术很发达，也就有很多制作眼镜的工人。

　　这一天，阳光普照，小鸟在空中唱着歌儿飞来飞去。在荷兰的密特尔堡小镇，制镜工人利比斯赫为检查磨制出来的透镜质量，用透镜去看教堂顶上的风向标。

　　当时，他带了一块凸透镜和凹透镜。当他把两块透镜离开一点排成一条线时，惊讶地看到远处的风向标又大又近。他兴奋不已，立刻想到去制造能看得更远更清楚的装置。

　　在1608年秋天，利比斯赫制造出这种装置，后来被称为荷兰式望远镜。就是把一个凸透镜和一个凹透镜装在一个筒的两端，眼睛看的一端装凹透镜。12月，他又做出了双筒望远镜。

　　这个发明很快传开了。

　　意大利著名物理学家伽利略得知这一消息后，便灵机一动，去制造观测天象的天文望远镜。

　　1610年，望远镜第一次被用作科学仪器。满足人们好奇感的“荷兰望远镜”在伽利略手中指向了月球，去窥探月球的奥秘。

　　l月7日，枷利略看见了木星的3颗卫星，几天后，又发现了第4颗。以后，他又不断地获得了月球表面的山脉、太阳黑子、金星盈亏、土星光环等重大发现。

　　工匠们在大量实践的基础上偶然的发现，被具有良好科学素养的科学家迅速接受了，并凭借自己在理论科学方面的优势又把这种自发的发明完善提高。

　　此后，开普勒、夏依纳、惠更斯、牛顿、赫歇尔等天文学家，不断地制造出折射望远镜、反射望远镜，为天文学的发展做出了巨大的贡献。

　　显微镜也是荷兰人发明的。

　　在眼镜店磨镜片的工人杨森，偶然间把镜片进行某种组合后，看见了极其细小的物体。这是把两块凸透镜和两块四透镜各组成一对，通过凹透镜而看到的。时间大约在1590年。

　　显微镜虽然比望远镜早发明20年，但没有像望远镜那样立即被天文学家利用。当时人们认为：“要想把物体放大来观察，只要把物体靠近眼睛就可以。为了放大观看近处的物体而特意使用显微镜是没有意义的。”

　　直到1655年，荷兰的列文虎克把自制的显微镜用于微生物研究，后来成为第一个看到动物细胞、第一个发现精子细胞、第一个发现口腔细菌、第一个看见红血球的人。列文虎克是世界上最早揭示微生物世界的科学家。

　　后来，英国的胡克用制作的显微镜，发现了软木的细胞，清楚地观察到了蜜蜂的小针，鸟的羽毛构造等。

　　18世纪中期，德国医学家里巴休恩制做显微镜，进行医学和生物学研究，成为杰出的制做通过显微镜观察到的物体标本的人。

　　望远镜和显微镜向人们揭示了宇宙空间和微生物界的奥秘，但它们真正的革命作用在于让人开拓眼界。一旦人的认识突破了往日狭隘的视野，随之而来的便是认识上的飞跃。

　　我们再来看看时钟的发明。

　　随着人类文化的发展，在日常生活中，非常需要掌握时间。

　　早在公元前2000多年的古巴比伦，就发明了利用太阳影子计时的日晷。这种日晷也叫日影棒，制作很简单，就是在板上直立起一根木棒，通过观察棒影的长度来观察时间。

　　巴比伦人利用这种观察方法，把从日出到正午和从正午到太阳落山各分为6等分，这就把太阳照射的白天分为12个小时。他们还根据棒影和板面所形成的方位角的变化，来判别是午前还是午后。

　　后来，有人把日晷做成圆盘形，把一天分为12个时辰，刻在圆盘上。以后再经过改进，成为比较精确的日晷仪。

　　日晷虽然很方便，但它有很大的缺点，就是只能在阳光普照的白天使用，如果碰到阴天和雨天就不管用了。到了晚上更是无从谈起。另外，在屋里的人也无法知道时间。

　　因此，在使用日晷的同一时期，有些地方使用特别的蜡烛、香、刻漏等来计时。

　　那时候使用的刻漏，只是个盛水的罐或者壶，容器的底部有一个小孔，水通过小孔一滴一滴地漏出来，根据落下来的水量就可以计算出时间。

　　此外，还有用砂来计时的“砂漏”，它是用砂子代替水来测定较短的时间。如果用来测定较长的时间就需要很多砂子，砂漏还要人看管，而且做的越精细，费用就越高，所以普通人家无法使用。因此，砂漏没有刻漏使用得广泛。

　　中国也在公元前制造出了比较精确的日曼晷刻漏。中国的刻漏有人看守，到规定的时间，看守人就击鼓向全城人报日寸。

　　但是，无论日晷还是刻漏，都不是理想的计时工具，于是人们进一步地发明了机械钟。

　　机械钟大约是在13世纪发明成功的。这种钟架在高塔上，利用重锤下坠的力量带动齿轮，齿轮再带动指针走动，并用“擒纵器”控制齿轮转动的速度，从而得到比较正确的时间。

　　16世纪时，机械钟终于胜过了刻漏，惠更斯进一步改进了用摆控制的机械钟。

　　惠更斯是荷兰的天文学家、物理学家和数学家。1629年4月出生于海牙，法学教授的父亲希望儿子学习法律，但他对枯燥的法律条文不感兴趣。1655年获得法学博士学位后即放弃法学，致力于天文学和数学研究。

　　从　1652年起，惠更斯开始研制自己设计的天文望远镜。1655年，他用望远镜进行天象观察时，发现了土星的最大一颗卫星——土卫六。这是继伽利略发现木星的4颗卫星后，人们第一次知道除了地球和木星以外，其他行星还有卫星。

　　这个发现给惠更斯极大的鼓舞，促使他进一步去观察和记录天上的星辰。

　　天象的观测，对时间的准确性要求很高，可是那时的机械钟却不太准确。有一次，惠更斯因为时间的误差而错过了次观察土星的机会。

　　“能不能制造出更准确的时钟呢？”

　　“我一定要把它制造出来！”

　　惠更斯想到曾看过意大利科学家伽利略关于摆的等时性的论文：

　　在一根线的端部挂上重物，使重物进行小幅度摆动时，如果线的长度相同，则振动周期就一定是相同的。由于钟摆受到空气的阻力，振幅会逐渐减少，而周期却保持不变。

　　惠更斯想，既然物体的摆动具有等时的特性，如果能利用物体摆动的力量来驱使机械钟里的齿轮转动，不就可以得到更准确的时间了吗？他想到这里，兴奋异常，立即进行实验。

　　惠更斯对摆的摆动情况进行了仔细的比较，发现伽利略发表的摆的等时性只在振幅小的时候适用。当振幅变大时，随着振幅的增大，周期也会变得稍长一些。

　　因此，如果将摆用于机械钟，必须采用一种不受摆的周期影响的装置，以及能使摆的摆动作用于时针的转动的装置。

　　惠更斯绞尽脑汁，日思夜想，失败了，就再实验。于是他的眼熬红了，身体累瘦了，但仍然孜孜不倦地工作着。一次又一次的失败没有使他放弃努力。

　　功夫不负有心人，惠更斯终于设计出一个钟摆机构，1656年委托制钟匠，成功地制造出第一座实用的摆钟。

　　自从惠更斯摆钟问世后，机械时钟进一步普及。有了这种新的摆钟，人们开始形成精确的时间概念，开始建立统一的时间标准。惠更斯也因为新的时钟的发明而名扬荷兰，传遍西欧。

　　揭开工业革命的序幕

　　18世纪从英国发端的技术革命是技术发展史上的一次巨大革命，它开创了以机器代替手工工具的时代。这场革命是以工作机的诞生开始的，以蒸汽机作为动力机被广泛使用为标志的。

　　这一次技术革命和与之相关的社会关系的变革，被称为第一次工业革命或者产业革命。

　　从生产技术方面来说，工业革命使工厂制代替了手工工场，用机器代替了手工劳动；从社会关系来说，工业革命使依附于落后生产方式的自耕农阶级消失了，工业资产阶级和工业无产阶级形成和壮大起来。

　　英国是工业革命的发源地。英国工业革命从18世纪60年代开始，到19世纪40年代基本完成。

　　工业革命从英国开始不是偶然的，这是有深刻政治前提、社会经济前提和科学技术前提的。

　　17世纪中期的英国资产阶级革命，推翻了英国的封建专制制度，建立了资产阶级和土地贵族联盟为基础的君主立宪制度，从而成为世界上第一个确立资产阶级政治统治的国家。资产阶级利用国家政权加速推行发展资本主义的政策和措施，促进了工业革命各种前提条件的迅速形成。

　　资产阶级通过大规模地对外掠夺以及在国内实行的国债制度和消费税政策，积累了巨额财富，为工业革命提供了所必须的货币资金；大规模的圈地运动，为工业革命提供了大量的“自由”劳动力和广阔的国内市场。

　　英国工场手工业的高度发展，培养了大批富有实践经验的熟练工人，为机器的发明和应用创造了条件；自然科学的发展及其成就，特别是牛顿的力学和数学，为机器的产生奠定了科学理论基础。

　　欧洲其他国家虽然也有杰出能干的工人，也有具有发明精神的人，但这些国家缺乏发展机器工业所需要的资金、劳动力和市场，以及保证资本主义经济发展的政治、文化等条件。

　　在1789年，法国爆发了大革命，废除了封建统治阶级的特权，为资本主义工业化扫除了障碍。拿破仑当政后，十分重视科学技术的发展，为法国的工业革命创造了条件。此后，德国、美国、日本等国也纷纷加人工业革命的行列，到19世纪末，这些国家先后都完成了工业革命。

　　棉纺织业的革命

　　英国的工业革命首先发生在纺织工业部门，以棉纺织业为最早。

　　纺织工业中的技术发明是适应社会经济发展的需要而产生的，它以相当的经济力量为后盾，才能产生和推广应用。纺织机器的发明人大多是有丰富经验、掌握传统技能的工匠，他们为技术革命做出了重要贡献。

　　纺锤的发明是从亚洲开始的。而棉纺从印度开始，丝纺从中国开始，毛纺首先从欧洲开始。但在开始的时候，都没有使用所谓的工具。

　　手摇纺纱的纺车，是印度发明的，先传入中国和日本，在14世纪传到欧洲。

　　在手摇纺车的基础上，德国的于尔根于16世纪中期发明了脚踏纺车。即是给轮轴装上曲柄，并与脚踏板相连接，用脚踏动踏板，使纺车转动，纺车带动纺锤旋转，空出来的双手就可以自由工作，于是两个纺锤同时可以纺出两条纱。

　　织布机是很简陋的。织工们把纱线紧紧地系在木架上作经线，然后再把纬线缠在小木梭上，用手来回在经线之间穿梭织布。

　　1733年，当过纺织工场机械工人的约翰·凯伊发明了“飞梭”。旧式的织机生产效率低，工人操作时累得手酸背疼。凯伊对旧式织机进行根本性的改进，把经线之间的手工穿梭改成机械穿梭。由于穿梭的速度比原来大大加快，故名“飞梭”。

　　飞梭简化了织工的劳动，增加了织布的速度，为实现织布机械化迈出了重要一步。

　　由于飞梭提高了织布的效率，往往1个织工需要的棉纱，要由10个纺纱工供应，甚至更多，从而导致缺纱现象日益严重，打破了纺纱与织布之间的基本平衡，客观上迫切要求纺纱技术提高。

　　1765年，织工哈格里夫斯发明了多轴纺纱机，他以妻子的名字命名为“珍妮纺纱机”。

　　哈格里斯是一个夏季当木工、冬季当织工的工匠，平日里和妻子感情甚好，每当看到妻子累得手酸背疼时，就想发明一个高效率的纺车，使妻子轻松一点。

　　在1764年的一天，珍妮和往日一样在纺纱，哈格里夫斯不小心把纺车碰翻了。突然，他发现竖起来的纱锭和车轮仍在转动，而纱好像在自动形成。

　　“珍妮，你看。”

　　“看什么？”

　　“纱锭由横轴位置变为立轴位置，并且仍然在转。”

　　“刚刚倒，当然转了。”

　　“我是说，几个纱锭并立在一起，不是仍可以用一个轮子来带转吗？”

　　“我不知道。”

　　哈格里夫斯由此得到启发，经过反复研制，终于在1765年设计并制造出一架同时可纺8个纱锭的纺纱机。

　　珍妮纺纱机一发明，就在纺纱行业中迅速推广开来。

　　哈格里夫斯又把纱锭增加到16个，最终又增加到80个。

　　哈格里夫斯发明了新的纺纱机，却遭到了意外的攻击。职工们控告他剥夺了他们的生计，说：“如果这种机械多了，我们就都得失业。”他们还愤怒地冲到哈格里夫斯的家里，捣毁机器，进行报复。

　　尽管如此，珍妮纺纱机还是不断地生产和应用。

　　但是，从技术上看，珍妮纺纱机还是不够完美的。它纺出的纱细而不结实，只能用作纬纱，纺纱短缺的问题还是解决不了。另外，珍妮纺纱机以人力为动力，从工艺原理看，它的纱锭可以继续增加，但是作为原动力的人力是有限的，因此，纱锭的增加受到了限制。

　　随着珍妮纺纱机的不断改进，锭数的不断增加，迫切需要寻求新的动力。

　　1769年，钟表匠阿克莱特发明了“水力纺纱机”。它以水车作为动力来转动纺纱机，效果良好，纺出的纱更粗更牢固，转速也快。

　　水力纺纱机比珍妮纺纱机前进了一步，因此，在英国的一些河流两岸，迅速建成一批采用水力纺纱的工厂。

　　水力纺纱机纺出的纱虽结实，但太粗，仍需进一步革新。

　　1779年，工人克隆普顿综合珍妮纺纱机和水力纺纱机的优点，发明了“螺机”。这种纺纱机纺出的纱既细又结实。螺机以水力为动力，最初的螺机有40个纱锭，后来发展到900个，又增加到2000个纱锭。

　　由于纺纱机的普遍运用，纱量大增，除了满足织工需要外，还有剩余，这样纺纱和织布之间的平衡又被打破了。

　　织机的革命推动过纺机的革命。现在，纺机的革命又反过来推动织机的革命。

　　1785年，乡村牧师卡特赖特发明了水力织布机，提高工效40倍。这位牧师也脱下黑袍，开办一家织布厂。

　　无论是螺机还是水力织布机都受到自然力的限制，因为人力是有限的，水力受到地理条件的限制。

动力革命

　　在纺织机革命的带动下，造纸、榨油、印刷等行业的工作机革命也发展起来。所有的工作机革命最后都遇到了动力的困难。因此，以工作机革命为开端的第一次工业革命，必然向动力机的革命迈进。

　　动力、能源在社会生产中的作用极为重大。人们最初只能用自己的双手，后来用风力、水力、畜力等自然力代替人力，当然是一种进步。

　　风力本身不需要成本，但不稳定，难以控制，不能广泛应用。水力易于驾驭。但受地区和季节的限制，不能随意相加，有时甚至枯竭。马主要用于交通运输以及矿井排水，但太昂贵，又麻烦。

　　在近代动力技术科学中，纽可门蒸汽机的诞生，展露了近代动力技术科学的曙光。它直接来源于采煤业和采矿业的推动。

　　早在公元1世纪左右，古希腊的发明家希罗曾运用蒸汽的力量，发明过一种玩具蒸汽机械。这种蒸汽机利用管口喷出蒸汽的反冲力，使带有喷气管的臂能在一个轴上旋转。

　　1601年，意大利物理学家包尔塔设计和研制过一种利用蒸汽提水的机器。这是利用蒸汽对水面的压力和蒸汽冷凝产生的真空，把水从低水位通过管子吸引上来。

　　1643年，意大利物理学家托里拆利经过专门的实验研究，证明了大气压力的存在。1654年，德国的格里凯进行了著名的“马德堡半球实验”，这是把两个半空心球合在一起抽掉空气后形成一个真空球，然后用I6匹马拉这个球，结果无论怎样用力也拉不开，显示了大气压的巨大威力。

　　第一部活塞式蒸汽机是1690年由法国人巴本发明的。

　　巴本生于巴黎南部的布鲁斯，早年学习医学，曾作为惠更斯的助手进行大气压力和真空作用实验，他们还共同为路易十四的花园成功地设计了一种新型水泵。

　　1674年，巴本应玻义耳之邀来到英国，并担任玻义耳的助手，即致力于蒸汽泵的实验设计。

　　巴本从炼铁场广泛用的那种活塞式风箱中得到启发，发明了一个带活塞的汽缸，汽缸里的活塞就像风箱里的活塞。

　　在实验的时候，将汽缸注入一定的水，放到火上加热，当水沸腾后，蒸汽即推动活塞慢慢上升。然后，撤去火源，汽缸内的蒸汽即慢慢冷凝，汽缸内便产生真空，在大气压力的推动下，活塞慢慢下降。

　　巴本从这个实验中认识到，由于蒸汽压力、大气压力和真空压力的相互作用，完全能推动活塞及其活塞杆，作往返的直线运动，这种运动产生的机械动力可以带动其他机械的运动。

　　为厂保证汽缸的安全，1680年，巴本又发明了安全阀。

　　巴本第一次将汽缸、活塞机构、蒸汽冷凝形成真空原理，运用于蒸汽机，实现用蒸汽作为动力的理想，为以后活塞式蒸汽机的发展开辟了道路。

　　在I7世纪末18世纪初，随着矿产品需求量的增大，矿井越挖越深，许多矿井都遇到了严重的积水问题。为了解决矿井的排水问题，当时一般靠马力转动辘轳来排除积水，但一个煤矿需要养几百匹马，这就使排水费用很高而使煤矿开采失去意义。

　　发明家们对排水问题思考着解决的办法。英国的塞维里最早发明了蒸汽泵排水。

　　塞维里是一位对力学和数学很感兴趣的军事机械工程师，又当过船长，具有丰富的机械技术知识。1698年，他发明了把动力装置和排水装置结合在一起的蒸汽泵。塞维里称之为“蒸汽机”。

　　塞维里蒸汽泵的工作原理，是利用密闭容器内蒸汽凝结形成的真空，用大气压力把低水位的水，通过吸人管压人容器，然后再用蒸汽将容器中的水压向高处排出。

　　这是一种没有活塞的蒸汽机，虽然燃料消耗很大，也不太经济，但它是人类历史上第一台实际应用的蒸汽机。这样，蒸汽动力技术基本完成了从实验科学到应用技术的转变。

　　1705年，英国的纽可门设计制成了一种更为实用的蒸汽机。

　　纽可门生于英国达特马斯的一个工匠家庭，年青时在一家工厂当铁工。从1680年起，他和工匠考利合伙做采矿工具的生意，由于经常出人矿山，非常熟悉矿井的排水难题，同时发现塞维里蒸汽泵在技术上还很不完善，便决心对蒸汽机进行革新。

　　为了研制更好的蒸汽机，纽可门曾向塞维里本人请教，并专程前往伦敦，拜访著名物理学家胡克，获得厂一些必要的科学实验和科学理论知识。

　　纽可门认为，塞维里蒸汽泵有两大缺点，一是热效率低，原因是由于蒸汽冷凝是通过向汽缸内注人冷水实现的，从而消耗了大量的热；二是不能称为动力机，基本上还是一个水泵，原因在于汽缸里没有活塞，无法将火力转变为机械力，从而不可能成为带动其他工作机的动力机。

　　对此，纽可门进行了改进。

　　针对热效率问题，纽可门没有把水直接在汽缸中加热汽化，而是把汽缸和锅炉分开，使蒸汽在锅炉中生成后，由管道送人汽缸。这样，一方面由于锅炉的容积大于汽缸容积，可以输送更多的蒸汽，提高功率；另一方面由于锅炉和汽缸分开，发动机部分的制造就比较容易。

　　针对火力的转换，纽可门吸收了巴本蒸汽泵的优点，引人了活塞装置，使蒸汽压力、大气压力和真空在相互作用下推动活塞作往复式的机械运动。这种机械运动传递出去，蒸汽泵就能成为蒸汽机。

　　纽可门通过不断地探索，综合了前人的技术成就，吸收了塞维里蒸汽泵快速冷凝的优点，吸收了巴本蒸汽泵中活塞装置的长处，设计制成了气压式蒸汽机。

　　纽可门蒸汽机，实现了用蒸汽推动活塞做一上一下的直线运动，每分钟往返16次，每往返一次可将45.5升水提高到46.6米。该机即被用于矿井的排水。

　　但是在实际操作过程中，感到很不方便的是，向汽缸内喷冷汽和蒸汽阀门的开关必须由人手操作。后来，由贝顿对龙头和阀门的结构提出改进意见，把龙头手柄与阀门开关用绳索连接起来，基本上实现了对龙头和阀门的自动控制。

　　从1712年起，英国大部分煤矿和金属矿都安装了纽可门蒸汽机，特别是深矿井。蒸汽机的使用给英国的煤矿主带来了丰厚的利润，使深层煤矿得到进一步开采。英国北部有些煤矿较深而被积水淹没，濒临绝境，采用纽可门蒸汽机后，改变了这种局面，矿井很快恢复了生产。

　　但是，纽可门的蒸汽机也有很大缺陷，就是蒸汽损耗严重，热效率依旧不高。因此耗费的煤炭量很大，除了用在燃料价格便宜的煤矿收益较大外，很难成为各种工业通用的动力机。

　　即使在煤矿使用，开动这种蒸汽机每天要用 50匹马来运送所需的煤炭，这些马匹食用的饲料开销也很大，结果从矿山上赚来的钱也被马吃掉了不少的一部分。

　　为了解决十分紧迫的工业动力问题，发明家和生产者都在不断地探索。机修工瓦特是其中成就卓著的伟大发明家。

　　1736年詹姆士·瓦特生于英国造船业中心格拉斯哥附近的格林诺克，父亲是一个熟练的造船装配工人，祖父和叔父是机械工人。由于家庭环境的影响，少年的瓦特就熟悉了一些机械方面的知识。由于家庭贫穷，瓦特身体也不好，在受完初等教育后就辍学了。1754年，瓦特的父亲经商失败而破产，瓦特就走上社会，先在格拉斯哥当机械工学徒，不久到伦敦当学徒。由于他勤奋学习，又有一定的基础，在努力实践的基础上，还没出师就能制造难度较大的航海仪器、经纬仪等仪器。

　　但是，艰苦的学徒生活，繁重的体力劳动，使瓦特劳累过度，在 1756年8月病倒了，不得不回家休养。为了生计，瓦特病还没有好就去格拉斯哥，想经营仪器制造和修理，由于当地行会限制未果。

　　1757年，瓦特经人介绍，到格拉斯哥大学修理教学仪器。瓦特由此结识了该校的一些教师和学生，如布莱克教授和大学生鲁宾逊，并成为亲密的朋友。瓦特修理仪器时，正好实验室里有一架巴本的蒸汽泵，他就用这架蒸汽泵进行一些蒸汽动力实验，和该校的一位物理学教授一起进行蒸汽技术的实验研究，并探讨如何改进蒸汽机的问题。

　　1763年，格拉斯哥有一台纽可门蒸汽机坏了，大学请伦敦一位仪表工来修理，但没有修好。第二年，瓦特接受了这一工作。

　　瓦特在修理纽可门蒸汽机时，对这种当时最先进的蒸汽机进行了深人的研究。这台蒸汽机的主要缺点是耗煤量太多，热效率低，那么燃煤的热量跑到哪里去了呢？

　　通过对这台纽可门蒸汽机的机械结构和工作原理的解剖分析，他发现，当蒸汽进人汽缸后，温度即上升到100℃，为了得到真空，又要立即向汽缸喷人冷水而冷凝，汽缸内的温度下降到20℃左右。就这样一升一降，活塞才能完成一个冲程的往返动作。

　　热量消耗太多的原因就在这每一冲程中，既要向汽缸喷人冷水使之变凉，又要向汽缸内输送蒸汽使之变热，这样，大部分热量就用来加热汽缸了。瓦特请人经过精确的计算，结果是75%的蒸汽用来加热汽缸，只有25%的蒸汽用来作功。

　　同时，蒸汽经冷凝后温度仍然较高，真空度不好，也影响了蒸汽机的效能。

　　抓住了问题的症结，就要寻求解决的办法。瓦特认为：“为了更有效地利用蒸汽，以下两点都是必须的：第一，汽缸要始终保持蒸汽进人时的温度；第二，当冷水喷人汽缸，蒸汽被冷凝时，汽缸又被冷却到100℃以下。

　　为了使以上两个相互矛盾的要求都能实现，就不能直接采用纽可门机原来的方法。改进的方案直到1765年才由瓦特设想出来，将汽缸和另一个冷凝蒸汽的容器用连接件接通，缸内的蒸汽就像有弹性的液体一样，将会直接而迅速地流入空的容器，如果用喷水或其他方法使容器保持低温，那么蒸汽就会继续进入容器直到全部凝结成水。

　　瓦特立即着手实验，并收到预期的效果。他把将蒸汽引入另外的冷凝蒸汽的容器叫做冷凝器。

　　此后，瓦特在蒸汽机结构中做了改进，即封堵敞开式汽缸的端部，留下通过活塞的缸孔，用蒸汽压力代替大气压力推下活塞。这样在接近地面处的大气压力为一个大气压，利用蒸汽后，就可提升到任意个大气压，所以输出的力比纽可门蒸汽机大得多。

　　瓦特的这些技术设想和发明，包含在他的1769年专利说明书中。这是瓦特关于蒸汽机的第一项专利。

　　巧妙的设想为瓦特打开了通向成功的大门。但是要把设想变为现实并不是轻而易举的，可能会遇到难以想象的困难。

　　那时，英国的工业界很少有人能够按照比较复杂的图纸，准确无误地加工各种机器零件。要制造出瓦特设计的蒸汽机，需要有昂贵的金属材料。先进的机构加工设备、熟练的机械加工和装配工人，才能制造出高精度的汽缸、活塞和其他零配件。

　　这些条件瓦特都不具备。他有的只是35镑的年薪，为了试制一名试验用的冷凝器，他已经变卖了所有值钱的东西而一贫如洗了。但瓦特并没有因失败和贫穷而消沉，仍然在孜孜不倦地奋斗着。

　　当布莱克教授得知瓦特的处境时，将他推荐给工厂主罗巴克，双方签订了合同：罗巴克向瓦特提供研制费用，获得瓦特的专利和2/3生产利润。这一合同开辟了科学研究和工业生产相结合的道路。

　　通过努力，瓦特在1769年制造出第一台装有分离冷凝器的蒸汽机，比纽可门的蒸汽机在热效率上提高了 2/3，但在性能上还无法作为真正的动力机，没有引起社会的关注。

　　1772年，英国经济萧条，不少企业倒闭，罗巴克也破产。瓦特又孤立无援，颇感失望，但他看到已经克服了纽可门蒸汽机热效率低的缺点，现在所要解决的是把蒸汽机怎样变为普遍的动力机。

　　“成功的路已走了一半，难道前功尽弃吗？”

　　“绝对不能！”

　　瓦特的伟大就在于他不断地克服困难，促使理想走向现实。

　　1774年，罗巴克把瓦特介绍给自己的企业家朋友博尔顿，从而使瓦特的研制工作能够继续进行。

　　1775年，著名机械工程师威尔金森发明了能精密加工炮筒的镗床。用这一技术对汽缸内壁进行精加工，使之与活塞严密配合以减少漏气，大大提高了蒸汽机的功率。

　　1781年，瓦特研制出了被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置，终于把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动。旋转的轮轴可以通过齿轮或链条带动任何工作机，实现了革新纽可门蒸汽机的第二次飞跃。年底，瓦特获得了第二个专利。

　　1782年，瓦特试制出带有双向装置的新汽缸。以前制造的蒸汽机都是单汽缸，蒸汽从一面推动活塞，还是有些浪费。双向汽缸是蒸汽从两面交替地推动活塞，功率比原来提高了1倍。

　　瓦特还首次把蒸汽缸的蒸汽由低压蒸汽改为高压蒸汽。

　　双向高压蒸汽机发明后，纽可门蒸汽机完全成为瓦特蒸汽机，瓦特获得了第三个专利，从而实现了他在革新纽可门蒸汽机中的第三次飞跃。从此，瓦特蒸汽机成为一切工作机的动力机。

　　1784年，瓦特以他对纽可门蒸汽机革新的全部成果综合组装的蒸汽机，获得第四个专利。在这个专利说明书中，瓦特详尽地说明了这种新式蒸汽机的种种性能和优点，并把它说成是一种万能的动力机。

　　瓦特从1757年到格拉斯哥大学修理教学仪器而接触蒸汽机开始，到1784年完成了他各种革新成果的综合组装为止，经历了20多年的漫长历程。在这段时间里，虽然有无数的挫折和失败，但他那种不屈不挠的精神，不达目的誓不罢休的毅力，终于实现了对纽可门蒸汽机的彻底革命。

　　瓦特蒸汽机发明后，对工业革命的发展起了巨大的推动作用。蒸汽机作为一种不可抗拒的力量，迅速广泛地进人煤矿、铁矿、纺织、冶金、机械等行业，在全世界范围内掀起了一场工业大革命，推动了社会生产力的惊人发展。

　　从科学技术上看，瓦特蒸汽机的发明，表明科学理论对技术发展的促进作用，第一次把热能转变为机械能；同时技术进步也推动了科学的发展。

　　蒸汽机的使用引起人们对热现象的广泛兴趣，推动了热学、热力学和能量转化方面的基础理论的研究。

航运业的革命

　　瓦特蒸汽机的发展，使各行各业出现了一个前所未有的发展时期，原材料、产品和机器的运输以及人员的频繁往来，使交通运输问题越来越突出，海上的帆船和陆上的马车已经远远不能适应运输的需要，船与车的革命迫在眉睫。

　　船，是渡河、过江、越海、跨洋的重要工具。

　　人类发明的最古老的船是木筏。

　　把水上浮的树木捆起来，抓着它们游泳或坐在上面，这就是船的起源。后来随着捆在一起的树木的增多，对捆绑的方法加以改进，就成了木筏。

　　木筏之后是独木舟，就是把原木凿空，人坐在上面，这是最简单的船。

　　由于独木舟是用一根原木做成，因此它的容量有限。后来出现把两只独木舟并列起来并用横木连接的船。这就是中国占代使用的舫。

　　船的方向是用桨来控制的，但要是大船就很困难，于是船上有了舵。

　　此外，很早就发明广利用风力的帆船。

　　中国是造船史非常悠久的国家。在商朝，中国人就“刳木为舟，剡木为楫”。特别是在15世纪初年，明朝的郑和率领庞大的船队七下“西洋”，先后到达中东、北非、东非等地。

　　郑和船队中最人的船，长是44.4丈，宽18丈，舵杆长3.3丈，张12帆，载重量 800吨。其“体势巍然，巨无与敌，篷帆锚舵，非二、三百人莫能举动”。中国的航海事业居世界前列。

　　西方的舟船也历史久远，尤其是在中世纪，由于中国用于辨别航海方向的罗盘针的传人，曾进行过新航路开辟中的4次远航，即葡萄牙人迪亚士于1487年远航南非，到达非洲的最南端；意大利人哥伦布于1492年航行到美洲；葡萄牙人达·枷马于 1498年绕过非洲航行到印度；葡萄牙人麦哲伦于1519年进行环球航行。

　　但是，航行的动力依然是人力和风力，即桨和帆，近代运河的船只也用两岸骡马的畜力拉拽。也是原始的。

　　近代工业革命为船舶革命提供了条件。蒸汽机的发明及完善为之提供了动力，冶金业为之准备了材料.机械制造业提供了加工手段。另外工业革命还积累了资金。

　　1807年，美国人富尔顿建造的“克莱蒙特”号轮船，在哈得逊河上逆流而上，取得了轮船航行的首次成功。

　　但是，富尔顿并非轮船的发明人。

　　最早发明汽船的人是美国工程师菲奇。在 1787年，把一台瓦特蒸汽机安装到船上，进行试航，获得成功。1790年，他又制造一艘大型汽船，开辟了费城到巴尔的摩的定期航线。

　　菲奇没有申请发明专利，也没有公布他的发明，后来从事海上的投机买卖，最后破产，在贫病交加中默默无闻地自杀而亡。

　　1788年，英国的赛明顿制造在两侧装有桨轮的轮船，航行成功。1803年，他制成一艘拖船在克莱德运河上航行。由于这台大马力的拖船将使在河岸用缆绳拉船的拖船业者失业，而遭到他们的拼命反对，并把拖船强行拖上岸，伟大的发明就这样被扼杀了。赛明顿在失望中逝世。

　　由于菲奇、赛明顿在造船史上没有建树，通常人们认为富尔顿是轮船的第一个发明家，并被誉为“轮船之父”。

　　罗伯特·富尔顿于1765年生于美国宾夕法尼亚州的兰开斯特，16岁时，在费城学习绘画，曾为富兰克林画像而知名，又在富兰克林的资助下去英国学画。

　　在英国期间，富尔顿对机械产生了浓厚的兴趣，并立志当个发明家。他研究了赛明顿的拖船，会见了发明蒸汽机的瓦特。

　　1797年，富尔顿去法国巴黎定居，先后发明了鱼雷和潜水艇。他来巴黎是想把武器卖给拿破仑，但是拿破仑并不感兴趣，根本不相信富尔顿。

　　在法国，富尔顿结识了美国驻法公使，并在他家里看到了菲奇的轮船设计图。于是，富尔顿决心自己制造轮船。

　　富尔顿说干就干，几经努力，在1803年建造了第一艘轮船，在巴黎的塞纳河试航。

　　这是一艘以瓦特蒸汽机为动力，以桨轮为推进方式的汽船，长70英尺，宽8英尺。

　　试航定于8月10日。

　　这一天，富尔顿满怀信心地走上汽船。这艘船机械全部安装完毕，等待启航。

　　船启动了。

　　虽然这艘船逆水行驶时，速度已如快步前进的行人，但由于蒸汽机刚被引上船，它的推进系统还不够完善，航速和稳定性方面都不够理想。

　　由于富尔顿的汽船研制工作没有得到法国政府的重视，第一艘轮船的试船没有取得应有的成功，又因试制这艘船而濒于破产，他只得返回美国。

　　回国后，富尔顿得到美国的农场主、发明家利文斯顿的帮助，才有资金、人力、材料去继续研究他的汽船。

　　富尔顿对前人所造的轮船和自己在巴黎造的轮船进行认真的研究，感到有许多技术问题要解决，如船的吨位和动力大小的比例问题，船身长和宽的比例问题，桨轮大小问题等等，要正确解决这些问题，必须进行进一步的实验。

　　多年来，富尔顿历尽艰辛，经过许多次波折，为了解决一个问题往往要经过许多次失败。但他具有百折不挠的决心，不达目的誓不罢休。

　　在第二艘汽船的研制中，富尔顿在造船技术上进行了两个大革新。

　　第一是把明轮桨改为螺旋桨。富尔顿在第一艘汽船上用的是明轮桨推进系统，它影响了汽船的速度、稳定性和耐波性。回到美国后，他听说有人发明了螺旋桨船，富尔顿研究了它的技术资料后，认为螺旋桨有更大的优越性。

　　第二是大胆地采用铁板作为造船材料。人们总是认为浮力原理不适合金属，因此造船只能用木质材料，要想用铁造船，那只能在梦中实现。

　　然而在　1787年，威金逊首先用铁板造了一艘船，它安全地浮在水面上，并没有沉没。从而把铁也能造船的梦想变为现实。

　　1806年，富尔顿在组约附近的哈得逊河上正式开始建造他的第二艘汽船。

　　富尔顿和工人们日夜兼程地建造新船。为了得到性能优良、马力强劲的蒸汽机，富尔顿亲自跑到英国向瓦特求援。

　　当别人看到富尔顿用铁板造船时，流言四起，说富尔顿是个怪人，他的船是用铜辨士熔造的。坚定的富尔顿岂能被谣言动摇决心，面对人们的造谣诬蔑和攻击毁谤，只能一如既往，不断努力，继续前进。

　　通过一年多的紧张施工，一艘被命名为“克来蒙特”号的汽船终于建成。船长150英尺，宽13英尺。好奇的人们从船旁经过，望着这艘怪船，都说这是“富尔顿的蠢物”，因为他们没有看见这样的怪船：长长的船身，上面立着一个大烟囱，却不见桅、帆之类的东西。

　　对于别人的讥笑，富尔顿并不在意，一笑置之。

　　1807年8月17日，“克莱蒙特”号在哈得逊河上作历史性的航行。

　　试航的时间到了，富尔顿胸有成竹地看着船体滑人水中，工人点燃锅炉，蒸汽机轰鸣起来，随着一声汽笛，船前进了。

　　“动了，动了！”

　　“富尔顿真了不起！”

　　河岸围观的人也非常兴奋，跟着船跑起来。

　　“克莱蒙特”号在行进中相当稳定，而且速度也比较快，从纽约沿哈得逊河逆流而上，到达上游的阿尔巴尼城，共150英里，只用32小时。

　　试航获得成功，富尔顿胜利了。从此，“克莱蒙特”号成为哈得逊河的定期航轮。

　　“克莱蒙特”号的成功，是富尔顿认真研究、反复试验、不屈不挠、艰苦探索的结果。在造船和修船期间，富尔顿每天早晨5时就到工地，整天在那里工作，和木工、油工、水手们在一起。

　　“克莱蒙特”号一开始并不是完善的，锅炉和阀门经常漏气，经过多次改进才消除这些缺陷。他为了改进船工的条件，也增加了一些设备，才不断地使航速由4英里到5英里，又提高到6英里。

　　富尔顿的“克莱蒙特”号是近代造船史上第一艘真正的汽船。它以铁为新型造船材料，以蒸汽机为新的动力系统，以螺旋桨为新的推进系统，开创了造船史的新纪元。

　　“克莱蒙特”号标志了帆船时代的结束，汽船时代的开始。

　　1808年，富尔顿又建造了两艘轮船。在以后的几年里，富尔顿又建造了13艘轮船，在世界船舶发展史上写下了光辉的一页。

　　自从富尔顿的“克莱蒙特”号试航成功以后，汽船制造业即在美国和欧洲许多国家发展起来。到20世纪初，汽船成为许多国家的内河航运和海洋运输的主要交通工具。

　　1815年2月23日，富尔顿逝世。但当人们乘船邀游蔚蓝色的大海时，一定不会忘记这位百折不回的富尔顿。

　　陆上交通的新纪元

　　瓦特蒸汽机引起水域交通工具的革命，同时也促使陆上交通工具的革命，英国人斯蒂芬逊的蒸汽机车驶进了近代科学技术史的舞台。

　　蒸汽机车，就是我们所熟悉的火车。一个火车头拉着一条长龙似的车厢，飞快地在轨道上奔驰。它越过平原，穿过峻岭，飞渡桥梁，穿越隧道。

　　然而，这力大无比的火车头是谁发明的？又是怎么制造出来的？

　　车的历史和船同样久远，早期的车以人力和畜力为主要动力。马车是人类文明史上数千年来主要的陆上交通工具，是近代火车的直接先驱。

　　18世纪中期开始进行蒸汽机的研究，这时就有人想用蒸汽机来牵引车，但不是在轨道上行驶的蒸汽机车，而是公路上行驶的蒸汽汽车。

　　在蒸汽机刚发明时，主要用于矿井下抽水泵的动力，后来有人想用于矿车的牵引，以便把大量煤炭快速地运到远处。

　　那时，由于采矿业的发展，矿产品的运输是一个突出的问题，运输工具仍然是马车。在使用马车的过程中，人们逐渐发现，马车在有轨道的路上行驶时，拖拉的重量比在普通路面上高3倍。于是就铺设了木轨道，因为当时的冶金业不发达。

　　木轨道的发明和应用，是运输业的一大进步，也为蒸汽机车的发明打下了基础。

　　随着冶金业的发展，在1738年英国的一家矿山出现了第一条“铁轨”，当然它只是包有铁皮的木轨，运行的仍然是马车。

　　1759年，英国物理学家罗比森提出了用蒸汽车在铁轨上拉动车子的最初设想，第一次把蒸汽机和铁轨联系起来。但是，许多人担心，具有铁轮的机车又笨又重，在光滑的铁轨上行驶，只会打滑空转，根本无法前进。

　　于是，1769年法国的居纽制造出蒸汽汽车，1783年，英国的默多克制成的也是蒸汽汽车。

　　1802年，英国的特列维希克制造出了第一台真正的铁路上行驶的蒸汽机车。这辆机车可以牵引5辆货车，载重10吨和70名乘客，时速8公里，性能优异。

　　遗憾的是，用铸铁制造的铁轨非常脆，运行几次后就损坏了，机车再也无法行驶。这样，尽管特列维希克的机车是一次巨大的成功，却没有能够得到应用。同时，由于他缺乏继续研究的毅力，而逐渐被人们遗忘。

　　英国的斯蒂芬逊也热心研究蒸汽机车，终于发明了第一台真正可供实用的蒸汽机车。

　　乔治·斯蒂芬逊，1781年6月8日生于英国一个穷苦的矿工家庭，8岁时就去给人家放羊，16岁时随父亲去煤矿做工，当上了一个给蒸汽机烧锅炉的工人的助手。由于天天和蒸汽机打交道，而热爱上机械，对蒸汽机的构造和性能逐渐熟悉了。

　　要掌握技术，通晓理论，没有文化是非常困难的。他头脑里总是在想，水蒸汽为什么能使机器转动？转动的机器为什么能代替人进行工作？这些原理书上有，可是没有文化的斯蒂芬逊看不懂。于是他下决心努力学习文化。

　　矿上有一所夜校，专门招收 7至 8岁的儿童。这一天，一位大约18岁的小伙子来到夜校，和比他矮半截的小同学一起上课，他就是斯蒂芬逊。

　　从这一天开始，斯蒂芬逊白天做工，下班后还帮别人修理钟表，晚上拖着疲惫的身体去夜校读书。凭着坚韧的毅力，他从夜校毕业了。

　　有了知识，就可以阅读各种科技书籍，研究蒸汽机和其他机械，斯蒂芬逊的理论和技术突飞猛进。

　　1809年的一天，矿上的一辆运煤车坏了，许多技师查了很长时间，都找不到原因。

　　“让我来试试。”斯蒂芬逊自告奋勇。

　　“你也行？”一个骄傲的技师鄙视地看着眼前这个不起眼的锅炉工。

　　“真不知天高地厚！”另一位技师也讥笑着附和。

　　“我会修好的！”斯蒂芬逊是那样的自信。

　　他从容不迫地把车子拆开，一件件检查、修正，然后重新安装好，运煤车又欢快地开动了。

　　斯蒂芬逊由于修好了技师们修不好的�