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摘要 国内许多从事社会科学研究的学者，往往低估或者忽视技术的重要细节和复杂性，以及科学发现的不确定性等因素，以简化的线性逻辑构建史实，这很可能会影响对孕育新产业革命诸创新要素的深入认识。我们应重视前因考察，认真分析促成产业革命兴起的因素，改变以往我们的粗线条描述，多一些细笔剖析。今天的中国，需要通过对技术活动细致的了解，实现全方位的不断创新。对产业革命进行历史地思考，是我们为迎接新产业革命所必须作的思想准备。
关键词 产业革命 科技革命 细节 创新
历史是最好的教科书。在迎接新产业革命到来之时，有必要回顾历史上的产业革命，特别是分析与之伴随的技术革命和科学革命，以及其他不可或缺的要素，揭示重要的历史细节，以增加我们对技术复杂性和科学不确定性的认识，增加我们对制度创新等要素的认识，从而更好地理解历史上何以会发生产业革命，21世纪何以会有新产业革命。
产业革命与技术革命
中国知识界对产业革命（或说工业革命）早有一定的了解，这与马克思、恩格斯著作的广泛传播有关，如：马克思在《资本论》第1卷第13章“机器与大工业”中，明确提到18世纪的工业革命，并对技术发明与生产力、生产方式的关系有清楚的阐述。
改革开放以来，随着西方经济学经典的译介，如保尔·芒图的《十八世纪的产业革命——英国近代大工业初期的概况》、大卫·兰德斯的《解除束缚的普鲁米修斯——1750年迄今西欧的技术变革和工业发展》、乔尔·莫基尔的《富裕的杠杆——技术革新与经济进步》等，我们对历史上的产业革命有了更深入的认识。
然而，中西文化不同形成的思维差异，以及中国教育体制长期造成的文理隔膜，使国内许多从事社会科学研究的学者未必真正能理解技术。这种情况下，对产业革命的外部因素与社会影响、一般的技术概念等问题容易理解，而对技术的重要细节和复杂性、科学发现的不确定性等因素却容易低估或者忽视，以致造成以简化的线性逻辑构建史实，这很可能会影响对孕育新产业革命诸创新要素的深入认识。
以第一次技术革命为例，它是指18世纪中叶从英国开始的、与产业革命伴生的根本性的技术变革，以蒸汽机的发明与应用及机器作业代替手工劳动为主要标志。这次技术革命主要表现在五个方面：一是纺织业中机器的发明和应用；二是蒸汽动力技术的发明和改进；三是生产各类机器的机械制造业的形成；四是铁和钢冶炼技术的发展；五是轮船和火车的发明。①应该说，这种概括比较全面，避免了只强调蒸汽机发明而造成的误读。然而，具体看与蒸汽机相关的内容，即感觉到其描述的线性和简化：“1698年，萨弗里发明蒸汽抽水机，经过纽可门等人的进一步改进，初步解决了煤炭开采中的排水难题。1769年，瓦特发明了旋转式蒸汽机，由此，蒸汽机从排水工具成为‘万能动力机’。蒸汽机终于使人们将燃料转化为动力，突破了自然力的局限，为纺织机等提供了强大动力。”②类似的写法在国内并不少见，如一部有影响的科学史著作写道：“改进后的瓦特蒸汽机，成了效率显著、可用于一切动力机械的万能‘原动机’。蒸汽机改变整个世界的时代正式到来了。”③这种一蹴而就的“因果”关系，显然与历史不符。这里无意苛责作者，只是认为，这样的表述可以使大众对瓦特的发明与产业革命有粗略了解，而对当今的科技创新活动没有什么启示意义。
瓦特发明蒸汽机，制造顺利吗？看看牛津版《技术史》，该书写道：“早期的机器制造商为熟练工程师的匮乏所困。他们的蒸汽机正如其设计所清楚表明的那样，是由铁匠、修造轮子的工匠和木匠各色人等凑在一起制造的。当把零部件装配起来时，很容易发生某些零部件不能工作的情况。瓦特发现，在格拉斯哥可以找到的由最好的工人制作的汽缸，其直径误差也达3/8英寸。”④
最终，英国工程师约翰·威尔金森于1775年发明大型镗床，解决了瓦特蒸汽机汽缸的关键技术难题。原来，瓦特于1765年发明的著名分离冷凝器，要求汽缸具备良好的气密性，当时由于缺乏镗床，瓦特的第一台蒸汽机的缸体是用锡纸紧贴在硬木块上锻打而成的，制成的汽缸内壁粗糙，误差大，活塞与缸体的间隙需以毡或油布等物填充，致使漏气严重，新发明难以应用。威尔金森经营炼铁厂，由于经常接受锻造火炮的订单，他接触到各种镗孔工具，当时镗床在加工大型工件时，刀具在进给中会因重力影响而下垂，导致偏离基准。威尔金森通过研究，解决了这一问题，他把镗杆支托在两端的轴承上，并将工件固定于托架，使镗床和工件都获得足够的刚性。工作时，镗刀始终与中心轴平行，这样就可镗削出光滑的圆柱形内表面。据瓦特的合伙人博尔顿描述，由威尔金森镗床镗制的50英寸直径的汽缸，其误差不到1先令（旧制英币）的厚度。蒸汽机试验也因汽缸性能的提高而获成功，以此为开端，瓦特蒸汽机顺利进入市场，它的明显优势很快被社会接受。此后20年，瓦特蒸汽机的汽缸基本上都由威尔金森的工厂提供。
由这一史实可得出认识，一项重大发明，必须要有先进制造技术为保证。不然就只是样品，或图纸。
轮船和火车的发明是第一次技术革命的重要表征。轮船和火车所用的蒸汽机并不是瓦特蒸汽机的简单搬用，而是经过其他发明家的若干改进。以火车为例，真正使火车成功运行的是英国发明家乔治·史蒂文森（George Stephenson）。史蒂文森生长于矿区，从当蒸汽机司炉助手起步，自学成为技术员，最后成为铁路公司总工程师，可谓是一个奋斗成功的典型。
1814年，史蒂文森造出了他的第一台火车头“布卢彻号”，此后十几年间，史蒂文森建造了大小十几辆机车，而真正使他扬名的是“火箭号”。1829年4月，为参加公开的火车比赛，史蒂文森在儿子罗伯特的协助下制成新的机车——“火箭号”。该机车有几个重要的创新：一是使用多管锅炉，增加了动力，设置了25条直径均为3英寸的铜制水管贯通锅炉的两端，从而增大了锅炉内水的受热面积，获得更多的蒸汽，这种设计后来在一百多年间（直到蒸汽机车时代结束），成为所有机车锅炉的基础；另一个创新是采用排气管，将废气从气缸中引入烟囱后再放出去，这就大大增加了烟囱的抽力和所保持的压力。1830年9月15日，世界上第一条客运铁路（利物浦——曼彻斯特铁路）正式开通，史蒂文森的“火箭号”率先在这条线路上运行，由此标志着人类进入了铁路时代。 在史蒂文森之前，已有人发明火车，但所用路轨为生铁铸造，被沉重的机车压裂，直接影响机车运行。史蒂文森与前人不同，为了解决这个问题，他到朋友的铁工厂去试验锻铁轨道。取得成功后，史蒂文森专门申请了铁轨的专利。同时，史蒂文森非常关注铁路的标准化、实用化建设，他提出的轨道间距、碎石枕木路基，拐弯半径等细节设计，后来都成为技术标准，被许多国家采纳。由此可见，一项因其他发明而导致的重大发明，自身又需要若干创新。
产业革命与科技革命
严格地说，世界历史迄今共发生过两次科学革命。第一次科学革命发生于16世纪到17世纪末，从伽利略到牛顿的力学研究是第一次科学革命的主线；第二次科学革命发生于20世纪初，相对论和量子论的建立为自然科学理论带来了深刻变革。⑤
从第一次产业革命看，当时与科学、科学革命没有什么联系，只用到少量科学知识（真空与大气压、动力测定、比热理论等），更多是工匠凭借经验的发明活动。而到第二次产业革命，情况发生了很大变化，科学明显起到了引领的作用，特别是电磁学的创立为电的开发和应用奠定了理论基础。不过，若从前述严格的“科学革命”界定看，第二次产业革命与第一、二次科学革命都没有交集。为了强调科学技术对产业的重要影响，故有不少学者取其他视角，采纳“第×次科技革命”的说法。
按科技革命的范畴理解，第二次产业革命与第二次科技革命（或说电力技术革命）联系紧密。19世纪70年代起，电的诸多用途得到开发，先是照明系统（局域电弧光照明），继之电力运输系统（有轨电车、地铁）发展起来。电力更重要的运用体现在新兴产业，如电解铝、氯、乙炔等化工产业直接与电力应用有关。
1825年，丹麦科学家奥斯特（H.C.Oersted）通过钾汞齐还原无水氯化铝，第一次得到了粉末状金属铝，不过仅有几毫克。铝因稀缺，被视为贵重金属。拿破仑三世认为铝轻而硬，可以带来武器装备的革命，慷慨出资支持法国化学家圣·德维尔（Saint Deville）进行工业制铝的研究。1854年，德维尔用还原氯化物的方法制得金属铝，建起世界上第一座铝厂，生产出铝制头盔、餐具和工艺品，因产品少，多供皇室贵族享用。当时，1千克铝高达3000多法郎，几近黄金价格。其后30年间，世界上炼得铝的总量有200多吨。随着小规模的工业生产，铝的价格有所下降。
德维尔制得铝的那一年，他与德国化学家罗伯特·本生（Robert Bunsen）一起，通过电解氯化铝的络合盐得到了金属铝。但当时用蓄电池供电，代价极大，直到1867年发电机问世后，采用电解法炼铝实现工业化生产才成为可能。
1886年，电解铝技术实现了突破。美国的查理·霍尔（Charles Hall）和法国的保罗·埃鲁（Paul Heroult）两人，几乎同时分别获得用冰晶石—氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利。这也是科学史的一段佳话，因为两人虽然国度不同，但生卒年月相同，且在同样年龄，几乎同时发明了电解铝的方法。⑥
1888年，德国化学家拜耳（K.Bayer）获得从铝土矿中提取氧化铝的专利，自此氧化铝的来源得到保障。瑞士冶炼公司利用莱茵河的水力发电，能够提供较廉价的电能，电解法显出巨大优势，很快就取代了先前的化学法。电解法是铝工业发展的一个重要里程碑，从此铝工业开始进入新的阶段。
一旦技术与科学紧密结合，两者彼此推动，会在没有任何预期的情况下，涌现出新发现和新发明，进而又催生新的产业。这方面，电子管堪称范例。
电子管，又称真空管。电子二极管的发明直接与“爱迪生效应”的发现有关。1883年，美国发明家爱迪生为寻找最佳灯丝材料，在灯泡内碳丝附近安装一个小金属片以抑制灯丝金属的热蒸发。他发现当金属片连接到灯丝正极时，能够检测到微弱的电流，而连接到灯丝负极时，就没有电流。后来这一现象被称为“爱迪生效应”。
“爱迪生效应”引起约翰·弗莱明（John Fleming）的兴趣。弗莱明1877年入剑桥大学跟随著名物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）学习，后获得博士学位。1881年，弗莱明出任伦敦爱迪生电灯公司顾问，正是出于职业的敏感，弗莱明盯住“爱迪生效应”。经过多次实验，弗莱明研制成一种能够利用“爱迪生效应”进行整流和检波的特殊灯泡——“弗莱明阀”，它有一根灯丝和围住灯丝的金属圆筒电极（作阳极），当灯丝加热时，阳极加正电压能使电流通过，而加负电压就没有电流通过。由于电子很轻，惯性很小，“弗莱明阀”可使无线电信号被检波成为人们所需的信息。
在“弗莱明阀”的启发下，不久，电子三极管问世。电子三极管的主要功能是信号放大，它由美国电子工程师李·德福雷斯特（Lee de Forest）发明。1906年，受弗莱明研究的启发，德福雷斯特在二极管的两个电极之间加了一个金属栅极，他发现当调整栅极电流大小时，其整流和检波作用更加灵敏，由此成为一种新的电子器件。正是电子二极管、三极管的发明，催生出电子管产业，又与其他的电子元器件制造组成规模化的电子产业。
电力作为新能源应用，推动建立了新产业；技术与科学紧密结合，使新发现和新发明涌现，又催生新的产业。
产业革命与其他创新因素
产业革命的兴起、发展也离不开其他创新因素，如公司制度、专利保护、科学学会、工业实验室、大学教育等，且在不同阶段呈现不同变化。这里集中分析科学学会、工业实验室和专利制度的作用。
17世纪，科学知识还远不为公众所了解，科学活动主要集中于少数科学精英。然而，正是这种精英的活动，促进了科学知识和科学精神的传播，为后来科学的社会化奠定了基础。17世纪，一批科学机构顺应时代潮流诞生，其中最重要的有佛罗伦萨的齐曼托学院、伦敦皇家学会和巴黎科学院，许多科学家、发明家都与这些科学机构有密切的联系。
伦敦皇家学会于1662年7月经特许准予成立，其全称为“伦敦皇家自然科学促进会”。皇家学会一开始就形成惯例，即把具体的研究项目分配给小组或会员个人，并要求他们及时向学会汇报研究成果。早期的会议都是会员作报告或演说，演示实验，或展览各种稀奇的东西，并对所引发的问题进行讨论。随着时间的推移，逐渐建立了若干委员会来指导学会各部门的活动。如贸易委员会从事工业技术原理的研究，向学会提出的报告涉及诸如海洋运输、矿业、冶金、纺织业等。此外，还有天文学、化学、解剖学等学科委员会。 皇家学会也集中讨论迫切的技术问题。当时木材大量用作燃料，用于造船、建筑，使森林资源急剧减少，煤炭便成为冶炼金属的替代燃料。而铜、铁、煤矿越挖越深，导致井下排水困难，现实需求促使抽水机的发明，也形成对蒸汽机的高度关注。
科学精英活动后来也演化出新形式。19世纪下半叶出现专门的研发机构，吸引了新型的科技人才。以德国为例，19世纪70年代，随着茜素染料的开发成功，德国的几大化学公司，如拜耳（Bayer）、巴斯夫（BASF）和赫斯特（H·chst）都积极招募科学家，建立自己的实验室，极大促进了科学研究与产业的结合。1900年，美国通用电气公司学习德国的经验，建起工业研究实验室。经过十几年的努力，通用电气在照明技术上取得突破，占领了照明器件和设备的主要市场。通用电气的研发机构展示的技术优势，在1910年前后推动了美国工业研究实验室发展的高潮。1900～1914年间，大量的科技人才涌入大企业，从事专门的研发活动。1914年，第一次世界大战爆发，欧洲国家深陷战火，而美国利用此机会后来居上，科学研究与技术、生产密切结合，大大提升了国力。战后，美国工业研究实验室快速扩增，一直持续到二次世界大战前。
专利制度可溯至1624年英国颁布的《垄断法》（The Statute of Monopolies），这是世界上第一部具有现代意义的专利法。
18世纪初，英国进一步改善专利制度。专利法中要求发明人必须充分地陈述其发明内容并予以公布，以此作为取得专利的“对价”（Consideration）。这样，专利制度就以合同的形式反映出来。专利的取得成为一种订立合同的活动：发明人公布他所研制出的新产品或新技术，以换取公众在一定时期内承认他对研制成果的专有权。按照这种要求，“专利说明书”出现了，这标志着具有现代特点的专利制度形成，它对于打破技术封锁、交流和传播科学信息，具有重要的意义
1790年，美国通过了美国的第一个专利法；1791年，法国创建了专利制度，即著名的《拿破仑法典》中有关工业产权的规定，这也是成文法的代表作。法国专利制度有别于英国专利法律体系，它的建立对一批法国殖民地国家有重要影响。
19世纪，在英、法两大专利法律体系的影响之下，先后有俄国（1814年）、荷兰（1817年）、西班牙（1820年）、巴西（1859年）、印度（1859年）、阿根廷（1864年）、加拿大（1869年）颁布了本国的专利法。后来，德国于1877年、日本于1885年也颁布了专利法。到19世纪末。实行专利制度的国家已达45个。至此，专利制度经过200多年的形成和发展，其作用已被越来越多的国家所承认和重视。
不过，专利制度在各国实施情况不一，不免遇到波折，一些国家为制度建设付出了一定代价。在英国，19世纪40年代，发明者不断向议会提出请愿，表达对无法获得专利和奖励的不满，抗议在1851年达到高潮。为此，议会宣布成立一个专门委员会以审理有关专利系统的问题。委员会通过广泛调查形成建议，最后促使议会通过了《1852年专利法修正案》，建立单独的专利局，并且简化了管理程序。
在美国，1836年专利系统发生了重大变化，专利申请人不能再像1793年以来那样，在申请之后自动获得专利。相反，他们需要提交详细的规格说明，指出该发明的创新性和效用。专利审查人员将审查所有申请，并且在授予专利之前验证权利请求的创新性。
在德国，1877年颁布专利法，这个专利法是在大染料公司帮助下制订的，显然考虑了染料工业的需要。德国专利法有两个显著特点：一是单独的工艺也受保护；二是收到专利申请，专利局要审查，以确保这项专利是新的。新专利法极大促进了德国合成染料工业的研发活动。
19世纪80年代，国际保护公约建立。起因是1873年奥匈帝国举办国际发明博览会，当向其他国家发出参展邀请时，出于对参展发明缺乏足够的法律保护的顾虑，许多国家都不愿参加。奥国政府为此决定，在博览会举办期间对参展发明提供临时保护措施。与此同时，由比利时、西班牙、巴西、法国、意大利等十几个国家发起，在举办博览会时召开国际会议，讨论专利权的国际保护问题。经过两次国际会议的讨论，终于在1883年签订了《保护工业产权巴黎公约》。《巴黎公约》后经多次修订，每次修订会议结束时都通过一个新的公约文本。
与产业革命相关的诸多要素，在不同期间、不同国家经常发生变化，内容也与时代和实践俱进。
产业革命史的启示意义
学习和研究产业革命史，对于前瞻未来、迎接新产业革命不无意义，这里主要谈三点启示性认识。
认识产业革命兴起的各种因素。可以说，我们对西方的真正认识是从鸦片战争中的“坚船利炮”开始的，在敌不过经工业化武装的强硬对手之后，不得不改变态度学习他们的技术和科学。其间多经波折，从器物层面到制度层面，制度层面再到文化层面。直到20世纪30年代初，中国民族工业化初有模样，又为日本侵略所毁。新中国成立后，高度重视工业化建设，但学习的却是一边倒的苏式工业化，缺少技术创新的内涵。待到改革开放，蓦然回首，汽车仍是30年一贯的“解放”牌，电子管收音机、盘式录音机都已是西方淘汰的产品。我们大力引进各种“先进”生产线，盯住高新技术，极力追赶，却在无意中耗竭了资源，破坏了环境。我们几乎没有认真思考，为什么要步工业化国家之后尘？把原因归结为“闭关锁国”、“错失机遇”，这是把问题简单化。借着迎接新产业革命到来，有必要认真学习产业革命历史（包括技术史、科学史）。过去，我们过分强调西方产业革命的结果（且是部分），如大工业形成，造就无产阶级、世界市场、商品倾销……；今天，我们应重视前因考察，认真分析促成产业革命兴起的因素，认识众多因素长期积累而成的力量，改变以往我们分政治、经济、社会几大块的粗线条描述，多一些细笔剖析，唯有此，才能在当下把我们与西方比较，看是否具备孕育新产业革命的种种因素，从而真正谈“抓住机遇”。 认识技术演化的复杂性。产业革命史也是技术演化史，技术在演化中的复杂性不断增加。或因组成部件多构成的复杂，或因自动控制表现的复杂，或因分门类技术形成的复杂。如铁路技术早期简单，在发展中逐渐增加复杂性，分出制造机车、车辆的技术，修建铁路的技术（又分建桥梁、挖隧道技术），管理铁路的技术（分通讯、信号技术）等。
看似简单的部件，因涉及材料、加工等技术，也有其复杂性。前述的瓦特蒸汽机，因用到镗床技术，就比手工敲打要复杂。要炼优质钢，就需精选矿石，严格操作规程，这也显得复杂。如果低估了这种复杂性，仅凭满腔热情，就会犯“大炼钢铁”的错误。
产业史表明，每达到一个工业发展阶段，技术的复杂程度都会上升一两个台阶，这为产品制造标准设置了更高的门槛。正因如此，对操作工人的受教育程度、综合素质能力就会提出新的要求。过去习惯说工人是蓝领，管理者是白领，而在未来新产业革命中，工人和管理者，就不可能还是这种简单区分。对此我们要有清醒的认识。改革开放以来，在我国沿海地区，许多企业大量雇用学历不高的农民工，上岗前的培训时间也短，只能表明技术的复杂性不够。这种情况究竟能持续多久？
认识从发明到产品的丰富内涵。由于传统文化的影响，我们习惯于把一个“发明”同一个发明家联系起来。古代就有“伯益作井”、“巧倕作舟”、“鲁班发明锯”的传说；现代科技又有爱迪生发明电灯、莱特兄弟发明飞机的故事。
事实上，一个重大的发明物要经多人之手。就原创的意义讲，我们可以认为某一个“发明”是某一个发明家的产物。然而，从这个“发明”问世到成为我们生活中熟悉的产品，其前后却有着许多发明者的努力。
就以爱迪生的电灯为例。19世纪90年代，爱迪生的发明专利到期，此后其他公司的工程师继续努力，先后试用锇、钽等金属灯丝，性能有一定改善。最终，威廉姆·库利治（William Coolidge）在1910年发明出钨丝灯丝，彻底替代碳化竹丝，照明强度提高2到3倍，寿命提高了1倍。
重大的发明绝非“毕其功于一役”，我们使用的产品，都经过一系列的改进，距最初的发明已相差甚远。
对产业革命进行历史思考，是我们为迎接新产业革命所必须要作的思想准备。今天的中国，需要踏踏实实地学习，通过对技术活动细致的了解，实现全方位的不断创新。
注释
中国科学院编：《科技革命与中国的现代化》，北京：科学出版社，2009年。
吴国盛：《科学的历程》，北京大学出版社，第262页。
[英]查尔斯·辛格等：《技术史》（第Ⅳ卷），上海科技教育出版社，边码163。
戴吾三等：《影响世界的发明专利》，北京：清华大学出版社，2010年。
责 编∕樊保玲
关键词 产业革命 科技革命 细节 创新
历史是最好的教科书。在迎接新产业革命到来之时，有必要回顾历史上的产业革命，特别是分析与之伴随的技术革命和科学革命，以及其他不可或缺的要素，揭示重要的历史细节，以增加我们对技术复杂性和科学不确定性的认识，增加我们对制度创新等要素的认识，从而更好地理解历史上何以会发生产业革命，21世纪何以会有新产业革命。
产业革命与技术革命
中国知识界对产业革命（或说工业革命）早有一定的了解，这与马克思、恩格斯著作的广泛传播有关，如：马克思在《资本论》第1卷第13章“机器与大工业”中，明确提到18世纪的工业革命，并对技术发明与生产力、生产方式的关系有清楚的阐述。
改革开放以来，随着西方经济学经典的译介，如保尔·芒图的《十八世纪的产业革命——英国近代大工业初期的概况》、大卫·兰德斯的《解除束缚的普鲁米修斯——1750年迄今西欧的技术变革和工业发展》、乔尔·莫基尔的《富裕的杠杆——技术革新与经济进步》等，我们对历史上的产业革命有了更深入的认识。
然而，中西文化不同形成的思维差异，以及中国教育体制长期造成的文理隔膜，使国内许多从事社会科学研究的学者未必真正能理解技术。这种情况下，对产业革命的外部因素与社会影响、一般的技术概念等问题容易理解，而对技术的重要细节和复杂性、科学发现的不确定性等因素却容易低估或者忽视，以致造成以简化的线性逻辑构建史实，这很可能会影响对孕育新产业革命诸创新要素的深入认识。
以第一次技术革命为例，它是指18世纪中叶从英国开始的、与产业革命伴生的根本性的技术变革，以蒸汽机的发明与应用及机器作业代替手工劳动为主要标志。这次技术革命主要表现在五个方面：一是纺织业中机器的发明和应用；二是蒸汽动力技术的发明和改进；三是生产各类机器的机械制造业的形成；四是铁和钢冶炼技术的发展；五是轮船和火车的发明。①应该说，这种概括比较全面，避免了只强调蒸汽机发明而造成的误读。然而，具体看与蒸汽机相关的内容，即感觉到其描述的线性和简化：“1698年，萨弗里发明蒸汽抽水机，经过纽可门等人的进一步改进，初步解决了煤炭开采中的排水难题。1769年，瓦特发明了旋转式蒸汽机，由此，蒸汽机从排水工具成为‘万能动力机’。蒸汽机终于使人们将燃料转化为动力，突破了自然力的局限，为纺织机等提供了强大动力。”②类似的写法在国内并不少见，如一部有影响的科学史著作写道：“改进后的瓦特蒸汽机，成了效率显著、可用于一切动力机械的万能‘原动机’。蒸汽机改变整个世界的时代正式到来了。”③这种一蹴而就的“因果”关系，显然与历史不符。这里无意苛责作者，只是认为，这样的表述可以使大众对瓦特的发明与产业革命有粗略了解，而对当今的科技创新活动没有什么启示意义。
瓦特发明蒸汽机，制造顺利吗？看看牛津版《技术史》，该书写道：“早期的机器制造商为熟练工程师的匮乏所困。他们的蒸汽机正如其设计所清楚表明的那样，是由铁匠、修造轮子的工匠和木匠各色人等凑在一起制造的。当把零部件装配起来时，很容易发生某些零部件不能工作的情况。瓦特发现，在格拉斯哥可以找到的由最好的工人制作的汽缸，其直径误差也达3/8英寸。”④
最终，英国工程师约翰·威尔金森于1775年发明大型镗床，解决了瓦特蒸汽机汽缸的关键技术难题。原来，瓦特于1765年发明的著名分离冷凝器，要求汽缸具备良好的气密性，当时由于缺乏镗床，瓦特的第一台蒸汽机的缸体是用锡纸紧贴在硬木块上锻打而成的，制成的汽缸内壁粗糙，误差大，活塞与缸体的间隙需以毡或油布等物填充，致使漏气严重，新发明难以应用。威尔金森经营炼铁厂，由于经常接受锻造火炮的订单，他接触到各种镗孔工具，当时镗床在加工大型工件时，刀具在进给中会因重力影响而下垂，导致偏离基准。威尔金森通过研究，解决了这一问题，他把镗杆支托在两端的轴承上，并将工件固定于托架，使镗床和工件都获得足够的刚性。工作时，镗刀始终与中心轴平行，这样就可镗削出光滑的圆柱形内表面。据瓦特的合伙人博尔顿描述，由威尔金森镗床镗制的50英寸直径的汽缸，其误差不到1先令（旧制英币）的厚度。蒸汽机试验也因汽缸性能的提高而获成功，以此为开端，瓦特蒸汽机顺利进入市场，它的明显优势很快被社会接受。此后20年，瓦特蒸汽机的汽缸基本上都由威尔金森的工厂提供。
由这一史实可得出认识，一项重大发明，必须要有先进制造技术为保证。不然就只是样品，或图纸。
轮船和火车的发明是第一次技术革命的重要表征。轮船和火车所用的蒸汽机并不是瓦特蒸汽机的简单搬用，而是经过其他发明家的若干改进。以火车为例，真正使火车成功运行的是英国发明家乔治·史蒂文森（George Stephenson）。史蒂文森生长于矿区，从当蒸汽机司炉助手起步，自学成为技术员，最后成为铁路公司总工程师，可谓是一个奋斗成功的典型。
1814年，史蒂文森造出了他的第一台火车头“布卢彻号”，此后十几年间，史蒂文森建造了大小十几辆机车，而真正使他扬名的是“火箭号”。1829年4月，为参加公开的火车比赛，史蒂文森在儿子罗伯特的协助下制成新的机车——“火箭号”。该机车有几个重要的创新：一是使用多管锅炉，增加了动力，设置了25条直径均为3英寸的铜制水管贯通锅炉的两端，从而增大了锅炉内水的受热面积，获得更多的蒸汽，这种设计后来在一百多年间（直到蒸汽机车时代结束），成为所有机车锅炉的基础；另一个创新是采用排气管，将废气从气缸中引入烟囱后再放出去，这就大大增加了烟囱的抽力和所保持的压力。1830年9月15日，世界上第一条客运铁路（利物浦——曼彻斯特铁路）正式开通，史蒂文森的“火箭号”率先在这条线路上运行，由此标志着人类进入了铁路时代。 在史蒂文森之前，已有人发明火车，但所用路轨为生铁铸造，被沉重的机车压裂，直接影响机车运行。史蒂文森与前人不同，为了解决这个问题，他到朋友的铁工厂去试验锻铁轨道。取得成功后，史蒂文森专门申请了铁轨的专利。同时，史蒂文森非常关注铁路的标准化、实用化建设，他提出的轨道间距、碎石枕木路基，拐弯半径等细节设计，后来都成为技术标准，被许多国家采纳。由此可见，一项因其他发明而导致的重大发明，自身又需要若干创新。
产业革命与科技革命
严格地说，世界历史迄今共发生过两次科学革命。第一次科学革命发生于16世纪到17世纪末，从伽利略到牛顿的力学研究是第一次科学革命的主线；第二次科学革命发生于20世纪初，相对论和量子论的建立为自然科学理论带来了深刻变革。⑤
从第一次产业革命看，当时与科学、科学革命没有什么联系，只用到少量科学知识（真空与大气压、动力测定、比热理论等），更多是工匠凭借经验的发明活动。而到第二次产业革命，情况发生了很大变化，科学明显起到了引领的作用，特别是电磁学的创立为电的开发和应用奠定了理论基础。不过，若从前述严格的“科学革命”界定看，第二次产业革命与第一、二次科学革命都没有交集。为了强调科学技术对产业的重要影响，故有不少学者取其他视角，采纳“第×次科技革命”的说法。
按科技革命的范畴理解，第二次产业革命与第二次科技革命（或说电力技术革命）联系紧密。19世纪70年代起，电的诸多用途得到开发，先是照明系统（局域电弧光照明），继之电力运输系统（有轨电车、地铁）发展起来。电力更重要的运用体现在新兴产业，如电解铝、氯、乙炔等化工产业直接与电力应用有关。
1825年，丹麦科学家奥斯特（H.C.Oersted）通过钾汞齐还原无水氯化铝，第一次得到了粉末状金属铝，不过仅有几毫克。铝因稀缺，被视为贵重金属。拿破仑三世认为铝轻而硬，可以带来武器装备的革命，慷慨出资支持法国化学家圣·德维尔（Saint Deville）进行工业制铝的研究。1854年，德维尔用还原氯化物的方法制得金属铝，建起世界上第一座铝厂，生产出铝制头盔、餐具和工艺品，因产品少，多供皇室贵族享用。当时，1千克铝高达3000多法郎，几近黄金价格。其后30年间，世界上炼得铝的总量有200多吨。随着小规模的工业生产，铝的价格有所下降。
德维尔制得铝的那一年，他与德国化学家罗伯特·本生（Robert Bunsen）一起，通过电解氯化铝的络合盐得到了金属铝。但当时用蓄电池供电，代价极大，直到1867年发电机问世后，采用电解法炼铝实现工业化生产才成为可能。
1886年，电解铝技术实现了突破。美国的查理·霍尔（Charles Hall）和法国的保罗·埃鲁（Paul Heroult）两人，几乎同时分别获得用冰晶石—氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利。这也是科学史的一段佳话，因为两人虽然国度不同，但生卒年月相同，且在同样年龄，几乎同时发明了电解铝的方法。⑥
1888年，德国化学家拜耳（K.Bayer）获得从铝土矿中提取氧化铝的专利，自此氧化铝的来源得到保障。瑞士冶炼公司利用莱茵河的水力发电，能够提供较廉价的电能，电解法显出巨大优势，很快就取代了先前的化学法。电解法是铝工业发展的一个重要里程碑，从此铝工业开始进入新的阶段。
一旦技术与科学紧密结合，两者彼此推动，会在没有任何预期的情况下，涌现出新发现和新发明，进而又催生新的产业。这方面，电子管堪称范例。
电子管，又称真空管。电子二极管的发明直接与“爱迪生效应”的发现有关。1883年，美国发明家爱迪生为寻找最佳灯丝材料，在灯泡内碳丝附近安装一个小金属片以抑制灯丝金属的热蒸发。他发现当金属片连接到灯丝正极时，能够检测到微弱的电流，而连接到灯丝负极时，就没有电流。后来这一现象被称为“爱迪生效应”。
“爱迪生效应”引起约翰·弗莱明（John Fleming）的兴趣。弗莱明1877年入剑桥大学跟随著名物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）学习，后获得博士学位。1881年，弗莱明出任伦敦爱迪生电灯公司顾问，正是出于职业的敏感，弗莱明盯住“爱迪生效应”。经过多次实验，弗莱明研制成一种能够利用“爱迪生效应”进行整流和检波的特殊灯泡——“弗莱明阀”，它有一根灯丝和围住灯丝的金属圆筒电极（作阳极），当灯丝加热时，阳极加正电压能使电流通过，而加负电压就没有电流通过。由于电子很轻，惯性很小，“弗莱明阀”可使无线电信号被检波成为人们所需的信息。
在“弗莱明阀”的启发下，不久，电子三极管问世。电子三极管的主要功能是信号放大，它由美国电子工程师李·德福雷斯特（Lee de Forest）发明。1906年，受弗莱明研究的启发，德福雷斯特在二极管的两个电极之间加了一个金属栅极，他发现当调整栅极电流大小时，其整流和检波作用更加灵敏，由此成为一种新的电子器件。正是电子二极管、三极管的发明，催生出电子管产业，又与其他的电子元器件制造组成规模化的电子产业。
电力作为新能源应用，推动建立了新产业；技术与科学紧密结合，使新发现和新发明涌现，又催生新的产业。
产业革命与其他创新因素
产业革命的兴起、发展也离不开其他创新因素，如公司制度、专利保护、科学学会、工业实验室、大学教育等，且在不同阶段呈现不同变化。这里集中分析科学学会、工业实验室和专利制度的作用。
17世纪，科学知识还远不为公众所了解，科学活动主要集中于少数科学精英。然而，正是这种精英的活动，促进了科学知识和科学精神的传播，为后来科学的社会化奠定了基础。17世纪，一批科学机构顺应时代潮流诞生，其中最重要的有佛罗伦萨的齐曼托学院、伦敦皇家学会和巴黎科学院，许多科学家、发明家都与这些科学机构有密切的联系。
伦敦皇家学会于1662年7月经特许准予成立，其全称为“伦敦皇家自然科学促进会”。皇家学会一开始就形成惯例，即把具体的研究项目分配给小组或会员个人，并要求他们及时向学会汇报研究成果。早期的会议都是会员作报告或演说，演示实验，或展览各种稀奇的东西，并对所引发的问题进行讨论。随着时间的推移，逐渐建立了若干委员会来指导学会各部门的活动。如贸易委员会从事工业技术原理的研究，向学会提出的报告涉及诸如海洋运输、矿业、冶金、纺织业等。此外，还有天文学、化学、解剖学等学科委员会。 皇家学会也集中讨论迫切的技术问题。当时木材大量用作燃料，用于造船、建筑，使森林资源急剧减少，煤炭便成为冶炼金属的替代燃料。而铜、铁、煤矿越挖越深，导致井下排水困难，现实需求促使抽水机的发明，也形成对蒸汽机的高度关注。
科学精英活动后来也演化出新形式。19世纪下半叶出现专门的研发机构，吸引了新型的科技人才。以德国为例，19世纪70年代，随着茜素染料的开发成功，德国的几大化学公司，如拜耳（Bayer）、巴斯夫（BASF）和赫斯特（H·chst）都积极招募科学家，建立自己的实验室，极大促进了科学研究与产业的结合。1900年，美国通用电气公司学习德国的经验，建起工业研究实验室。经过十几年的努力，通用电气在照明技术上取得突破，占领了照明器件和设备的主要市场。通用电气的研发机构展示的技术优势，在1910年前后推动了美国工业研究实验室发展的高潮。1900～1914年间，大量的科技人才涌入大企业，从事专门的研发活动。1914年，第一次世界大战爆发，欧洲国家深陷战火，而美国利用此机会后来居上，科学研究与技术、生产密切结合，大大提升了国力。战后，美国工业研究实验室快速扩增，一直持续到二次世界大战前。
专利制度可溯至1624年英国颁布的《垄断法》（The Statute of Monopolies），这是世界上第一部具有现代意义的专利法。
18世纪初，英国进一步改善专利制度。专利法中要求发明人必须充分地陈述其发明内容并予以公布，以此作为取得专利的“对价”（Consideration）。这样，专利制度就以合同的形式反映出来。专利的取得成为一种订立合同的活动：发明人公布他所研制出的新产品或新技术，以换取公众在一定时期内承认他对研制成果的专有权。按照这种要求，“专利说明书”出现了，这标志着具有现代特点的专利制度形成，它对于打破技术封锁、交流和传播科学信息，具有重要的意义
1790年，美国通过了美国的第一个专利法；1791年，法国创建了专利制度，即著名的《拿破仑法典》中有关工业产权的规定，这也是成文法的代表作。法国专利制度有别于英国专利法律体系，它的建立对一批法国殖民地国家有重要影响。
19世纪，在英、法两大专利法律体系的影响之下，先后有俄国（1814年）、荷兰（1817年）、西班牙（1820年）、巴西（1859年）、印度（1859年）、阿根廷（1864年）、加拿大（1869年）颁布了本国的专利法。后来，德国于1877年、日本于1885年也颁布了专利法。到19世纪末。实行专利制度的国家已达45个。至此，专利制度经过200多年的形成和发展，其作用已被越来越多的国家所承认和重视。
不过，专利制度在各国实施情况不一，不免遇到波折，一些国家为制度建设付出了一定代价。在英国，19世纪40年代，发明者不断向议会提出请愿，表达对无法获得专利和奖励的不满，抗议在1851年达到高潮。为此，议会宣布成立一个专门委员会以审理有关专利系统的问题。委员会通过广泛调查形成建议，最后促使议会通过了《1852年专利法修正案》，建立单独的专利局，并且简化了管理程序。
在美国，1836年专利系统发生了重大变化，专利申请人不能再像1793年以来那样，在申请之后自动获得专利。相反，他们需要提交详细的规格说明，指出该发明的创新性和效用。专利审查人员将审查所有申请，并且在授予专利之前验证权利请求的创新性。
在德国，1877年颁布专利法，这个专利法是在大染料公司帮助下制订的，显然考虑了染料工业的需要。德国专利法有两个显著特点：一是单独的工艺也受保护；二是收到专利申请，专利局要审查，以确保这项专利是新的。新专利法极大促进了德国合成染料工业的研发活动。
19世纪80年代，国际保护公约建立。起因是1873年奥匈帝国举办国际发明博览会，当向其他国家发出参展邀请时，出于对参展发明缺乏足够的法律保护的顾虑，许多国家都不愿参加。奥国政府为此决定，在博览会举办期间对参展发明提供临时保护措施。与此同时，由比利时、西班牙、巴西、法国、意大利等十几个国家发起，在举办博览会时召开国际会议，讨论专利权的国际保护问题。经过两次国际会议的讨论，终于在1883年签订了《保护工业产权巴黎公约》。《巴黎公约》后经多次修订，每次修订会议结束时都通过一个新的公约文本。
与产业革命相关的诸多要素，在不同期间、不同国家经常发生变化，内容也与时代和实践俱进。
产业革命史的启示意义
学习和研究产业革命史，对于前瞻未来、迎接新产业革命不无意义，这里主要谈三点启示性认识。
认识产业革命兴起的各种因素。可以说，我们对西方的真正认识是从鸦片战争中的“坚船利炮”开始的，在敌不过经工业化武装的强硬对手之后，不得不改变态度学习他们的技术和科学。其间多经波折，从器物层面到制度层面，制度层面再到文化层面。直到20世纪30年代初，中国民族工业化初有模样，又为日本侵略所毁。新中国成立后，高度重视工业化建设，但学习的却是一边倒的苏式工业化，缺少技术创新的内涵。待到改革开放，蓦然回首，汽车仍是30年一贯的“解放”牌，电子管收音机、盘式录音机都已是西方淘汰的产品。我们大力引进各种“先进”生产线，盯住高新技术，极力追赶，却在无意中耗竭了资源，破坏了环境。我们几乎没有认真思考，为什么要步工业化国家之后尘？把原因归结为“闭关锁国”、“错失机遇”，这是把问题简单化。借着迎接新产业革命到来，有必要认真学习产业革命历史（包括技术史、科学史）。过去，我们过分强调西方产业革命的结果（且是部分），如大工业形成，造就无产阶级、世界市场、商品倾销……；今天，我们应重视前因考察，认真分析促成产业革命兴起的因素，认识众多因素长期积累而成的力量，改变以往我们分政治、经济、社会几大块的粗线条描述，多一些细笔剖析，唯有此，才能在当下把我们与西方比较，看是否具备孕育新产业革命的种种因素，从而真正谈“抓住机遇”。 认识技术演化的复杂性。产业革命史也是技术演化史，技术在演化中的复杂性不断增加。或因组成部件多构成的复杂，或因自动控制表现的复杂，或因分门类技术形成的复杂。如铁路技术早期简单，在发展中逐渐增加复杂性，分出制造机车、车辆的技术，修建铁路的技术（又分建桥梁、挖隧道技术），管理铁路的技术（分通讯、信号技术）等。
看似简单的部件，因涉及材料、加工等技术，也有其复杂性。前述的瓦特蒸汽机，因用到镗床技术，就比手工敲打要复杂。要炼优质钢，就需精选矿石，严格操作规程，这也显得复杂。如果低估了这种复杂性，仅凭满腔热情，就会犯“大炼钢铁”的错误。
产业史表明，每达到一个工业发展阶段，技术的复杂程度都会上升一两个台阶，这为产品制造标准设置了更高的门槛。正因如此，对操作工人的受教育程度、综合素质能力就会提出新的要求。过去习惯说工人是蓝领，管理者是白领，而在未来新产业革命中，工人和管理者，就不可能还是这种简单区分。对此我们要有清醒的认识。改革开放以来，在我国沿海地区，许多企业大量雇用学历不高的农民工，上岗前的培训时间也短，只能表明技术的复杂性不够。这种情况究竟能持续多久？
认识从发明到产品的丰富内涵。由于传统文化的影响，我们习惯于把一个“发明”同一个发明家联系起来。古代就有“伯益作井”、“巧倕作舟”、“鲁班发明锯”的传说；现代科技又有爱迪生发明电灯、莱特兄弟发明飞机的故事。
事实上，一个重大的发明物要经多人之手。就原创的意义讲，我们可以认为某一个“发明”是某一个发明家的产物。然而，从这个“发明”问世到成为我们生活中熟悉的产品，其前后却有着许多发明者的努力。
就以爱迪生的电灯为例。19世纪90年代，爱迪生的发明专利到期，此后其他公司的工程师继续努力，先后试用锇、钽等金属灯丝，性能有一定改善。最终，威廉姆·库利治（William Coolidge）在1910年发明出钨丝灯丝，彻底替代碳化竹丝，照明强度提高2到3倍，寿命提高了1倍。
重大的发明绝非“毕其功于一役”，我们使用的产品，都经过一系列的改进，距最初的发明已相差甚远。
对产业革命进行历史思考，是我们为迎接新产业革命所必须要作的思想准备。今天的中国，需要踏踏实实地学习，通过对技术活动细致的了解，实现全方位的不断创新。
注释
中国科学院编：《科技革命与中国的现代化》，北京：科学出版社，2009年。
吴国盛：《科学的历程》，北京大学出版社，第262页。
[英]查尔斯·辛格等：《技术史》（第Ⅳ卷），上海科技教育出版社，边码163。
戴吾三等：《影响世界的发明专利》，北京：清华大学出版社，2010年。
责 编∕樊保玲