世界现代前期科技史-第2节
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贝塞麦把炼钢炉从固定式改为转动式结构，并获得了这一发明的专利。
贝塞麦炼钢法适用于冶炼含磷、硫量较低的矿石炼出的生铁，而对含磷、
硫量较高的生铁则不适用。这一问题的解决是由英国的托马斯完成的。托马
斯通过试验找到了理想的脱磷方法。他用向炉内添加石灰石的方法，使磷进
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入矿渣，为避免石灰石和原来的酸性炉衬起化学反应，又把原来的酸性炉衬
改为碱性炉衬，即由酸性硅酸质改变为碱性石灰质。托马斯对贝塞麦炼钢法
的改革获得极大成功。
与贝塞麦炼钢法并驾齐驱的还有平炉炼钢法亦称西门子—马丁炼钢法。
平炉有个较大的熔池，将经由下层蓄热室预热的空气和煤气送入上层，在熔
池的铁水表面吹拂、燃烧，可较彻底地将铁水中的碳和其他杂质氧化。虽然
平炉冶炼过程比转炉耗时要长，但平炉的容量大，产量高，原料广泛，炼出
的钢质优良，因此适宜于大规模生产。
19世纪末的后30年，由于现代钢铁技术体系的形成，钢铁工业发展迅
猛，30年钢产量增加了120倍，到20世纪初叶，钢铁仍在稳步发展，而且
钢的品种也不断增加，并出现了各种合金钢和特种钢。
钢铁的发展，特别是钢铁材料的使用，引起了社会生活的巨大变化。在
水泥发明之后，出现了钢筋混凝土建筑。其中有高层楼房、大型桥梁等。另
外，铁路铺设，机械产品的生产，轮船、汽车的制造等，没有大量钢铁作支
撑，是不可能发展起来的。19世纪末至20世纪初，钢铁工业的大发展和钢
铁材料的广泛应用，使世界进入钢铁时代。
如果说18世纪以前的科学史属于“力学的世纪”，19世纪和20世纪上
半叶属于“物理学的世纪”的话，那么从20世纪开始，生物学的地位越来越
显示出它的重要性。在19世纪生物学领域就已取得两大成果——进化论和细
胞学说，它们奠定了后来生命科学发展的基础。19世纪下半叶，为了探索个
体与群体之间，细胞与遗传现象之间的内在联系，遗传学应运而生并迅速得
到发展。与此同时，微生物学也在应用中悄然兴起。至此，我们看到，随着
生物学研究的不断深化，研究对象从宏观转向微观，即从生物的群体、个体、
逐步深入到揭示生命现象的微观机制。当人们发现生物与生物之间、生物与
环境之间存在着某种平衡关系时，一门新的学科——生态学诞生了，于是人
们在科学研究中把个体与群体，宏观与微观，此种生物与彼种生物等因素统
一在共同的环境中，进行共存研究。这时，生态学又使人们把对生物学的研
究引向综合。在19世纪下半叶到20世纪上半叶，生物学的理论研究取得了
一系列重大突破，在应用方面也开始取得实际效果。
达尔文这位进化论的集大成者，他的《物种起源》一书，成为19世纪最
具影响的科学著作之一。他将自己5年环球航行，20年研究、思考所形成的
思想精华熔入其中。达尔文的进化论蕴涵着丰富的辩证法思想。它指出了生
物的起源和进化问题，提出了自然选择的理论，有力地冲击了形而上学的世
界观和物种不变的神创论。达尔文在提出进化论的同时已注意到了遗传现
象。在《物种起源》一书中达尔文指出：“支配遗传的诸法则，大部分是未
知的。没有人能够说明同种的不同个体间或者异种间的同一特性，为什么有
时候能够遗传，有时候不能遗传；为什么子代常常重现祖父或祖母的某些性
状，或者重现更远的祖先的性状；为什么一种特性常常从一性传给两性，或
只传给一性……”。他认为，每一个能够各自独立变化的性状是与一种物质
载体连接在一起的；组成身体的所有细胞都能产生微粒，即所谓的生殖微粒，
这些微粒都能以不同的强度各自独立地繁殖，它们由循环系统带至生殖细
胞，集中在一起，生殖细胞就是由来自各种器官的物质组成的。显然，达尔
文没有把生殖细胞和体细胞加以严格区分。人们把达尔文对遗传现象的解释
称为“泛生说”。
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瑞士著名的植物学家耐格里（1817—1891），在1884年作出了细胞内有
遗传物质——种质的推想。他认为，种质充满整个细胞，从而遍布全身；每
一个可感知的性状，作为一种素质或遗传因子被包含在种质里。
19世纪末，德国生物学家魏斯曼（1834—1914）批判了泛生论，提出种
质理论也称种质连续假说。他认为体细胞和生殖细胞有根本区别，从而把生
殖细胞称作“种质”，试图用“种质论”来解释进化与发育的关系。魏斯曼
的学说为遗传学的研究奠定了基础。
随着显微镜的发明和应用，人们对生物的认识开始深入到生物的细微结
构。19世纪初，人们已经认识到细胞是植物和动物最基本的结构单位。德国
生物学家施莱登和施旺建立了完整的细胞学说，并明确指出了细胞是由细胞
生成的。19世纪40年代后，许多生物学家先后发现了细胞的分裂过程，到
1879年，德国生物学家弗莱明（1843—1915）发现了染色质。在细胞进行有
丝分裂时，染色质形成线状染色质丝，1888年，德国的瓦尔德尔将染色质丝
命名为“染色体”。1885年比利时胚胎学家贝纳登（1845—1910）又发现了
在形成配子时的“减数分裂”过程。随着细胞学说的建立和发展，许多鲜为
人知的生物学的秘密相继被揭开了。这一切又都为遗传学的产生和发展创造
了条件。
在19世纪末至20世纪初，遗传学的发展取得了重大突破。为遗传学作
出卓越贡献的代表人物是孟德尔和摩尔根。孟德尔通过豌豆杂交试验预见了
遗传因子（基因）的存在，揭示了遗传的秘密，提出了“分离定律”和“自
由组合定律”。分离定律被确定为遗传第一定律，系指一对遗传因子，其中
一个为显性因子，另一个为隐性因子，在彼此结合的状态下，并不相互影响，
相互沾染，而在形成配子时完全按原样分离到不同的配子中去。自由组合定
律彼确定为遗传第二定律，系指一对性状的分离与另一对性状的分离是相互
独立的，它们可以自由组合，故又称独立分配律。遗憾的是，孟德尔超越时
代的伟大发现，由于种种原因并没有被同时代的人所接受，竟至埋没达三十
多年才被重新发现。孟德尔遗传定律的重新发现标志着一个绵延两千多年的
关于生殖和遗传的臆想和猜测时代的终结。遗传学的进一步发展，使它与细
胞学结合了起来。美国的萨顿 （1877—1916）和德国的鲍维里是实现这一结
合的先行者。他们在1902年利用显微镜证实了染色体行为和遗传因子的相似
性。摩尔根利用著名的果蝇试验发现了“基因连锁”现象，即几个相邻的基
因往往组成“连锁”一起遗传而不彼此分开，不同染色体上的基因可以自由
组合，但在同一染色体上的基因却不能自由组合。这就是连锁遗传定律，亦
称遗传第三定律。摩尔根和他的学生在研究工作中还发现了基因“交换”现
象，提出了基因在染色体上直线排列的学说，说明了由杂交所引起的基因重
组是使生物发生变异的原因，并指出基因重组的发生与外界环境没有必然的
联系，因此获得性状是不遗传的等等。摩尔根提出了较完整的基因理论，发
展了孟德尔的遗传学说。
在19世纪下半叶，就生物学而言，除了细胞学说和生物进化论两大发现
之外，还有微生物学的研究和应用也取得了重大进展。尤其是法国的巴斯德
（1822—1895）为微生物学的建立及揭示微生物的秘密，取得了令世人瞩目
的功绩。巴斯德奠定了细菌致病学说，随后他不仅提出并且创造了细菌消毒
法，他还发现了免疫作用，成为抗御细菌感染，造福人类的千秋功业。
1870—1918年，在这近半个世纪的时间内，科学技术的发展取得了惊人
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的进步。首先是生活在这一历史时期的科学家们，他们的创造性劳动和对科
学技术的献身精神是推动科学技术发展的主要动力。在这一历史时期，活跃
着一大批出类拔萃的科学家和发明家，他们在各自的领域内都做出了不寻常
的贡献。例如卓越的物理学家法拉第、麦克斯韦、爱因斯坦、玻尔、开尔文
勋爵（汤姆生）、普朗克、德布罗意、薛定谔、海森堡；数学大师希尔伯特、
彭加勒；化学家门捷列夫、凯库勒、霍夫曼、拜耳；生物学家孟德尔、摩尔
根、巴斯德；炼钢专家贝塞麦、托马斯、马丁父子、西门子兄弟；为内燃机
的发明和改进作出重大贡献的雷诺、奥托、戴姆勒、本茨、狄塞尔；为电力
技术的发展和应用建立了不朽功勋的爱迪生、莫尔斯、贝尔、波波夫、马可
尼，以及第一架飞机的制造者莱特兄弟和率先使汽车投入大规模生产的技师
兼企业家福特……
在这一时期各国的科学家们相继建立了一批著名的实验室，并在科学研
究中形成了多支享有盛名的学术流派。著名的实验室如贝尔实验室、爱迪生
发明工厂、卡文迪许实验室、拜耳实验室、巴斯德研究所等。著名的学术流
派有哥廷根学派、哥本哈根学派、摩尔根学派等。这些著名的实验室和学术
流派为科学技术的发展和学术研究的争鸣发挥了重要作用。
在科学理论的指导下，技术发明获得成功，技术改进取得突破，技术成
果又迅速投入应用，形成强大的社会生产力。这是1870—1918年这一历史时
期的一个最显著的特点。如在电学理论的指导下，电力技术迅速发展起来，
先后发明了发电机、电动机、电灯、电报、无线电等，这些技术发明投入应
用以后，使人们的生产、生活发生了前所未有的变化。有机化学的发展是如
此，炼钢技术的发展是如此，内燃机的发展亦是如此。科学技术能够产生强
大的生产力，科学技术就是生产力，在当时科学技术发达的国家不仅形成了
这样一种观念，而且成为活生生的现实。
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二、热机变革及对交通事业的促进
蒸汽机作为一种强大的工业动力机械，自 18世纪发明以来不断得到改
进，对当时的工业革命产生了巨大的作用和影响，并导致了火车和轮船的发
明。其后，在陆路和水路运输业中都迅速得到了应用。然而蒸汽机又存在着
许多难以克服的缺点，诸如效率低（热效率一般在5—8％）、速度慢、体积
大、运转笨、安全性差（时常发生爆炸）。由于其在性能方面难以取得突破，
因此不易在更大的范围推广，应用便受到了限制，因此，人们祈盼着发明理
想的热机。1859年8月29日，美国采矿工程师德莱克在宾夕法尼亚州利用
地下取盐的钻机打出了世界上第一口油井，从此，石油成为化学工业的重要
原料，亦为内燃机的发展提供了能源条件。在这种情况下，内燃机便应运而
生了。
1。内燃机的发明与发展
说起内燃机发明来，应当说首先是火炮给了人们重要启迪，甚至可以说
火炮是内燃机的雏形。最早利用火炮原理进行动力机械研究的是著名物理学
家惠更斯。由于发明内燃机的条件尚不具备，结果是尽管内燃机的设想在蒸
汽机之前，而内燃机的诞生却在蒸汽机之后。
（1）从煤气机的问世到汽油机的成功
18—19世纪随着煤炭、石油工业的发展，煤气的生成和石油的分馏使内
燃机的发明成为可能。在年燃机的发展过程中，不少国家的工程师、发明家
对内燃机的设计、改进做出了开拓性的贡献。而第一台可以实际应用并投入
生产的内燃机是一部二冲程、无压缩、电点火的煤气机，其功劳当归法国人
雷诺（1821—1900），制造成功时为1860年。虽然其热效率只有4％，但它
毕竟是一种非蒸汽动力的新型热�
