第4章 科学技术的起源与发展(2)

从原始社会，历经奴隶社会、封建社会直到15世纪，人类社会的生产力发展非常缓慢，掌握科学的人往往是少数知识分子、星术家和神学人士，科学常常被披上宗教迷信的外衣。在这个时期科学知识的积累微乎其微，劳动者只是自觉地遵循和利用自然规律，在反复的生产实践中取得了数量众多的技术发明。这些经验性技术当然会促进生产力的发展，但对于生产力总体水平的提高则是比较有限的。探究主要原因，就是在16世纪以前技术和科学是彼此分离的。那时自然科学仅仅是研究人们直接感觉到的自然现象，还没有从自然哲学中分离出来而形成独立的科学体系。由于没有科学理论可供利用，为此大多数技术发明都是在不利用科学投入的情况下取得的。可以说科学在绝大多数的情况下还不是技术进步的必要条件，同样，技术反过来促进科学增长的作用也是极其微小的。比如，中国古代桥梁建设的技术水平极高。但精湛的技艺依靠的只是经验和简单的实验，而不是力学知识。另外，古代的技术及其应用对象还具有单一性、孤立性、封闭性的特点。例如，我国古代陶瓷技术相当发达，对烧制一窟好瓷器有严格的技术要求，不过这种技术仅用于造瓷，并没有用于制造玻璃，所以中国古代制玻璃技术很落后。更重要的是，技术的载体是人，传播的方式是口传心授，技术水平的提高，靠的是经年苦练、日积月累。因此，技艺失传、退化的事并不罕见。如金字塔是怎样建造的，大马士革钢如何炼就，文艺复兴艺术家所用颜料的配方是什么，这些都已经随着历史长河的流淌而慢慢遗失，成为千古之谜不为后人所知了。

人类历史上有许多技术高度发达的文明，能够让今天的现代人仍感到难以置信，却永远地沉默了。造成这种情况的主要原因就是技术和它的载体无法分离，生产技术和它所制造的产品无法分离。这两种无法分离都来自一个根源——技术纯粹实用性，也就是说人还没有真正理解技术，而仅仅是掌握。而一旦技术具有科学的灵魂，人们的行为就成为理解之后的行为，真正意义上的有目的的行为。这样工匠的技能也就不再被云雾笼罩，不再是不可思议的神奇的事了。为此，我们说只有科学才能使技术通用，只有科学才能使技术升华，只有科学才能使技术举一反三，只有科学才能使孤立盲目的技术变得清晰。

要赋予技术以科学的灵魂，技术就必须实现三个转变：①技术必须成为能够流通的商品，不再是口传心授的单纯的技艺。②技术不再是个人用手来实现，而转化为由机器来实现。这样就使技术从工匠的手脑中分离出来，使技术升华。同时技术又成为了科研的对象。③工匠变为工程师。这样就在个人身上实现了科学与技术的结合，使盲目的技能行为，成为科学的指导性行为。科学一旦完成与技术的结合，就能产生巨大的生产力。从16世纪开始，近代西方科学技术增长是有规律的，科学高峰总是先于技术高峰到来，科学的发展决定着技术的发展。特别是18世纪以后，科学的先导作用越来越明显。

从15世纪下半叶到18世纪是近代科学技术发展的前期。随着资本主义在欧洲的萌芽与成长，新兴资产阶级为维护自身利益并从政治上完全取代封建统治，需要新的理论武器，从而导致文艺复兴、宗教改革和启蒙运动的兴起。在进行了一系列与神学的斗争之后，近代科学逐渐走上独立发展的道路。

14—15世纪的文艺复兴和随后的宗教改革运动将人们从宗教和神性的束缚中解放出来，作为自然界和人类社会主体的人和人的价值得到肯定，人的个性得到肯定和释放；商业和贸易的发展促进了航海业的发达，航海业的发达使地理大发现得以实现，从而开阔了人们的心胸和视野；经济的发展使得有闲之士得以从事科学研究，科学家的“少功利重兴趣、多学科宽领域”的科研动机和为科学献身的精神使得科学理论自身的发展成为可能。在这一过程中，理性和神性、科学和宗教、科学和形而上学的斗争似乎从来没有停止过，即便是在中世纪“科学作为神学的婢女”的时候科学也没有停滞过。

16、17世纪发生在欧洲的科学革命是科学史上对古希腊和中世纪科学的一场革命，为现代意义上的科学发展奠定了基础，并且随着社会的发展演化为当今的科技革命。在世界历史发生巨大变革的时代背景下，这场科学革命首先在天文学领域内发生，它推翻了在此之前统治人们长达1800多年的“地心说”，代之以“日心地动说”，从根本上改变了人们对宇宙结构的看法。力学方面，则由亚里士多德的传统力学思想发展到牛顿的经典力学思想。同样，化学方面和近代人体力学方面也有着非常突出和卓越的成果。哥白尼的《天体运行论》、牛顿的《自然哲学的数学原理》以及维萨里的《人体的构造》，掀起了科学革命的高潮，并发生了以纺织机械的革新为起点、以蒸汽机的发明为标志的第一次技术革命，实现了工业生产从手工业到机械化的大转变，这是经验性技术在生产的长期累积下的一次大爆发，人类社会开始进入工业社会和蒸汽时代。

这次技术革命大体经历了三个阶段：第一阶段是以纺织工业机械化为代表的工作机的革命；第二阶段是以蒸汽机的发明和革新为标志的动力革命；第三阶段则是以机器制造业为代表，奠定了近代机器大生产的基础。与之相适应的是钢铁冶炼技术和交通运输业的发展，出现了轮船和火车，确立了以蒸汽动力技术为主导的工业体系，开创了蒸汽时代。这一时期的技术发明和技术革新的科学含量还不是很高，主要依靠经验的积累。第一次工业革命在生产工具上实现了革新，同时对劳动者技能、技巧的要求也相应地提高，劳动者必须适应机械化大生产的发展，能够熟练地操作机器，以适应并推动生产力的发展。

在科学技术发展史上，科学与技术真正结合的标志是蒸汽机的发明。恩格斯高度评价说：“蒸汽机是一个真正国际的发明，而这个事实又证实它是一个巨大的历史性进步。”[4]蒸汽机的发明最早是为了解决矿井排水问题，人们想要找到一个廉价的动力来带动水泵排水。这样，法国物理学家D.巴本于1695年发明了第一部活塞蒸汽机，1698年英国皇家工程队军事工程师T.塞维利发明了蒸汽抽水机，1712年英国铁匠T.纽可门制成了第一台可供实用的蒸汽纽可门机。这些发明出来的蒸汽机，后来经过格拉斯哥大学仪器修理工J.瓦特的重要改进，在1769年制成了单冲程大动力蒸汽机，1784年瓦特又发明了转速可调双冲程蒸汽机。至此蒸汽机的发明基本趋于完善，终于能够在实际中应用了，成为了“万能的原动机”。

有关科学技术史的研究证明，第一批蒸汽机机床大多出于经验丰富的能工巧匠之手，而这些工匠往往只具有自学得来的简单的科学知识，他们和古代的工匠并没有很大的区别，但他们在蒸汽机的压力下不得不抛弃古代的传统，开始制造模仿自己工艺技能的机器。正如贝尔纳所说：“只有到19世纪中叶，工程界的任务才开始超出古文明人的适应范围……而机器制造就变成了机器规模的工作，不再是人身规模的工作了。”[5]这样，机器代替了工匠的手工操作，制造机器迫使他们学习科学知识，使他们进化为工程师，令他们的技术发明成为商品，获得专利，从而得以普遍推广和使用。建立现代规模的大工场，不仅能够生产原来以手工生产的产品，同时还制造生产这些产品的机器，机器开始代替了人手，使人手的功能增强延伸。

机器大生产飞速地发展，带来了19世纪科学技术的全面发展。这个时期科学的主要成就之一就是电磁理论的创立和发展，引起了以电力应用为标志的第二次技术革命——电气技术革命，科学理论开始走到了生产技术的前面，科学性技术在生产力中的作用越来越重要。

电动机和发电机的创造就是在电学研究中三个重要研究成果的基础上才发展起来的。第一研究成果是1800年发明了伏打电堆，靠化学反应形成电荷集中，正负电荷分别集中在化学反应中的两块极板上，形成了两个极板之间的电位差，也就是电压，把原来的空中划过的电固定下来，一旦需要就可以用导线把电荷引导出来。第二个研究成果是电流在导体中的作用，欧姆定律（I＝U/R）在1821年被德国化学家欧姆发现，1841年焦耳和楞次分别发现了电流产生热，焦耳—楞次定律（Q＝I2Rt）表明电能向热能转换的关系。第三个研究成果是安培公式、安培法则，它们揭示了电流变化引起磁场变化，电流周围有磁场的规律。法拉第1831年又做了“磁生电”的实验，确定了切割磁力线的导线产生电流，“电生磁”和“磁生电”两个相逆的转换关系。1865年麦克斯韦在总结以上规律的基础上，写了《论电和磁》，建立了一个系统的完整的电动力学体系，这个体系以麦克斯韦方程著称于物理学领域。与电磁理论被发明的同时，相应的技术也得到发明。1821年法拉第做了第一台直流电动机，1831年法拉第做了第一台永磁铁发电机，后人亨利改进了电动机，1834年雅可比制造出第一台实用电动机，1832年皮克希改进了发电机，1854年乔尔塞发明了混激式发电机，1857年惠斯通发明了自激式发电机，1867年西门子发明了自馈式发电机。

比较电磁学的基本理论与相应的技术，我们可以一目了然地看到，当电磁的自然规律被发现的同时，将那些发现电磁规律的实验装置做一定的改革就形成了可以应用的技术。许多电磁学规律的发现者，也是技术的发明者，科学规律被发现的同时，也就付之应用，发明创造出相应的工具。科学规律一旦被完全认识，就是真理，而依据科学规律制造出的工具都有一个不断完善改进的过程，有一些技术是边应用边改进。直至今日，那些传统电磁理论支持的发电机电动机技术还在改进，但不论技术怎样改进，其所遵循的科学规律是不变的。

电气技术革命与蒸汽技术革命相比，它不是直接来源于生产经验，而是来源于科学实验；它不是主要依靠工匠的技艺，而是依靠对电磁现象的理论研究；它不是行动在先，而是在电磁理论创立之后，才有电力的应用。在这次技术革命中，涌现出了以西门子、爱迪生等人为代表的集科学家、发明家、企业家于一身的人物，他们发明了发电机、电动机、变压器、电灯、电报、电话和无线电通信，将电磁理论转化为科学性技术。在改进生产工具的同时，大大提高了劳动者的劳动技能、技巧，科学转化成了巨大的物质生产力，从而推动了生产力的迅猛发展。

随着近代科学技术知识体系的形成和系统化，科技知识在社会物质生产中的作用日益增强，特别是在这一时期，不仅自然科学技术的理论体系逐渐形成并完备起来，以马克思主义为代表的社会科学体系也于19世纪中叶产生了。于是科学技术知识对社会物质生产乃至整个社会发展的重要性也与日俱增。从培根提出“知识就是力量”，到马克思、恩格斯提出“科学是生产力”，科学是最高意义上的革命力量，是“观念的财富”，这些都反映了人们对这一历史性变化的认识。

19世纪与20世纪之交的物理学革命，是现代自然科学的开端，并且引起了整个科学思想的变革。1905年，年仅26岁的爱因斯坦创立了狭义相对论，揭示了高速运动的规律，突破了牛顿学说的时空框架。狭义相对论有狭义相对性和光速不变两条基本原理。爱因斯坦是一个不断探索的伟大科学家，很快就看到狭义相对论的局限性，于是建立了广义相对论。他把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即在任意坐标变换下物理定律的效学形式保持不变，所有参考系都可用来等效地描述物理规律，说明运动与静止是相对的，而运动规律是绝对的，不会随坐标的选择而改变。所以，相对性原理与相对主义有着原则性的区别。但是，就物理现象的客观性质而言，它们又都可能具有相对性的一面，如狭义相对论所揭示的“尺缩”、“钟慢”以及“质增”效应。虽然把空间与时间联系起来，构成四维时空连续区，但仍未摆脱欧氏几何属性，只是在欧氏三维空间之外增加了一维时间，所以时空结构是平直的。广义相对论则突破了这种局限性，进一步把时空与物质分布及其运动联系起来，构成四维弯曲时空结构，具有非欧几何属性，恰是“时间与空间是物质存在的形式”的科学写照。