欢迎来到机器世界

夜幕降临，城市里亮起了五颜六色的灯光。高楼大厦的窗户一扇扇亮起来，像是无数只眼睛在眨着眼睛看星星。街道上，汽车的车灯像一条流动的光河，公交车、出租车、私家车川流不息。远处的霓虹灯闪烁着，广告牌上的画面一会儿变红，一会儿变绿，像是在开一场热闹的灯光派对。

如果你抬起头，还能看到天空中闪烁的光点——那是飞机！那些巨大的钢铁鸟儿载着几百个人，在几万米高的云层上面飞来飞去。想想看，一百多年前，人们想要跨越大海，还得坐在摇晃的船上好几个星期呢！现在呢？坐飞机只需要十几个小时，你就可以从中国的北京飞到地球另一边的美国纽约。

这就是我们生活的世界，一个被“机器”包围的世界。

说到“机器”这个词，你可能会想到什么？是学校实验室里的那些瓶瓶罐罐？还是家里爸爸妈妈用的手机和电脑？或者是你骑的自行车、玩的遥控汽车？没错，这些都是机器！机器就是人类发明出来帮助自己做事的工具。

不过，你有没有想过，这些神奇的机器是从哪里来的呢？它们是怎么被发明出来的呢？为什么我们现在身边有这么多机器，而在很久很久以前，人们身边却几乎没有机器呢？

今天，就让我们坐上时光机，穿越到两百多年前的英国去看看吧！那是一个完全不同的世界，没有电灯，没有汽车，没有飞机，没有手机，甚至没有火车。那时候的人们是怎么生活的呢？让我们一起去探险！

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穿越前的准备：了解我们现在的世界

在出发之前，让我们先好好看看我们现在生活的这个世界。你知道吗？我们现在生活的时代，科学家们给它起了一个名字，叫做“工业时代”或者“机器时代”。在这个时代里，机器无处不在，它们帮人们做了好多好多事情。

让我们来数一数，你一天里会遇到多少机器：

早上，当你被闹钟叫醒的时候，那个“滴滴滴”响的小闹钟就是一个简单的机器。它里面有几个小小的齿轮在转动，帮助指针一圈一圈地走，当指针走到你设定的时间，闹铃就会响起来。

起床后，你走进卫生间，拧开水龙头，哗啦啦的水就流出来了。你有没有想过，这些水是怎么来到你家的呢？答案是：水厂用巨大的抽水机器把地下水抽上来，经过净化处理，然后通过管道送到千家万户。水龙头本身也是一个机器，它里面有一个阀门，拧动把手就能控制水的开关。

吃早餐的时候，电饭煲、微波炉、冰箱，这些可都是机器哦！电饭煲能自动控制温度，把米饭煮得软硬适中；冰箱能用冷气让食物保持新鲜，不会变坏；微波炉能在几分钟内把食物加热透。这些机器让我们的生活变得好方便！

出门的时候，你可能会坐地铁、乘公交，或者坐私家车。地铁是一种超级大的机器，它在地下隧道里飞快地跑；公交车和汽车也是机器，它们装着发动机，用汽油或者电来驱动，带着我们想去哪儿就去哪儿。

在学校里，你可能会用到电脑、投影仪、打印机；在商场里，自动扶梯、电梯、收款机都是机器；回到家里，电视、空调、洗衣机、扫地机器人……机器真的是无处不在！

这些机器让我们的生活变得好舒服啊！想想看，如果没有这些机器，我们的生活会变成什么样呢？

如果没有电灯，晚上就只能点蜡烛或者油灯，房间里会又暗又不安全；如果没有冰箱，夏天买的冰淇淋很快就会化掉，吃剩的饭菜很快就会坏掉；如果没有汽车和飞机，想要出远门就得走路或者骑马，那得花好长时间好长时间；如果没有手机和电脑，我们就无法快速地和远方的朋友聊天，也无法上网查资料、看有趣的视频……

机器真的是太重要了！它们就像一群隐形的小帮手，默默地帮我们做了好多事情，让我们有更多的时间去学习、玩耍和休息。

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两百多年前的英国：没有机器的世界

好了，现在让我们坐上时光机，“嗖”地一下，穿越到两百多年前的英国。那是什么时候呢？大概是公元1800年左右，中国的清朝嘉庆皇帝在位的时候。

当你睁开眼睛，眼前的景象一定会让你大吃一惊！

首先，你看不到任何高楼大厦。最高的房子大概也就三四层楼，而且都是用石头、砖头或者木头盖的。没有钢筋水泥，没有玻璃幕墙，更没有电梯。住在楼上的人要爬好几十级甚至上百级楼梯才能回到家，而且楼梯又窄又陡，走起来可累了。

街道上可没有汽车，甚至连自行车都没有！人们出行主要靠走路、骑马，或者坐马车。马车是什么样子呢？它是一种木头做的车子，下面装着两个大轮子，前面套着马，由马拉着走。坐在马车上可不舒服了，颠簸得厉害，而且速度很慢。一匹马拉的马车，一个小时大概只能走十几里路；就算套上好几匹马，速度也快不了多少。

街道也不是我们现在看到的水泥路或者柏油路，而是坑坑洼洼的土路。下雨天，路面泥泞不堪，马车走过会溅起一身泥；晴天的时候，马车一过，尘土飞扬，行人得捂着鼻子和嘴巴。

你还会发现，街道上特别安静，没有汽车发动机的声音，没有喇叭声，也没有手机铃声。但是有一种声音你肯定会听到——那就是“哒哒哒”的马蹄声和“吱呀吱呀”的马车轮子声。大街上随处可见马和马车，因为马是那时候最重要的交通工具和运输工具。

城市里也没有电灯！一到晚上，家家户户点起蜡烛或者油灯，街道上黑漆漆的。只有少数有钱人家的门口会挂几盏灯笼，勉强照亮一小块地方。走在夜晚的街道上，可得小心翼翼的，一不小心就可能摔跤或者撞到东西。

想象一下，没有电灯的夜晚是什么样子？天黑了，就只能待在家里，点着昏暗的油灯聊天、看书或者睡觉。那时候的人们睡得很早，起得也很早，因为天一亮就该干活了，天一黑就没法干活了。

最让你惊讶的是，城里没有自来水！人们喝水、做饭、洗衣裳，都得到井边去打水，或者到河边上挑水。一个城市里只有几口公共水井，住在远的人家每天要花好多时间挑水。有些有钱人家会在自己院子里打一口井，但打井和修井都很麻烦，成本很高。

没有抽水马桶，没有下水道。人们上厕所用的是“茅房”或者“便桶”，大小便得倒到专门的粪便车里，由清洁工人运走。城市里到处弥漫着一股不太好闻的味道，尤其是在夏天，苍蝇蚊子满天飞，很多人因此生病。

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乡村的景象：田园牧歌背后的辛苦

让我们再坐一会儿时光机，来到英国乡下的农村看看。

两百多年前的英国，大部分人还住在农村，以种地为生。他们住的房子和城里不一样，不是砖头盖的，而是用泥土、稻草和木头搭的。房顶铺着厚厚的稻草，墙壁是用泥巴糊的，有时候还会看到墙上有裂缝，用稻草塞着挡风。

农民们住的地方很小，一家人往往只有一两间屋子。屋子既是卧室又是厨房，人和牲畜住在同一个屋檐下也是常有的事。冬天的时候，屋里会冷得结冰；夏天的时候，又热又闷，还有各种气味。

农民们每天天不亮就要起床，开始一天的劳作。他们使用的工具非常简单原始：锄头、铁锹、镰刀、锤子这些，都需要人力来操作。翻地要用锄头一下一下地挖，播种要用手工把种子撒到土里，浇水要一桶一桶地从井里打上来，除草要蹲在地里一根一根地拔，收割要用镰刀一刀一刀地割……

所有的农活都靠人力和畜力。牛可以用来拉犁耕地，马可以用来拉车运东西，但大部分细致的工作还是得人来干。一个农民一年到头忙个不停，从春天播种到夏天除草，从秋天收割到冬天修整土地，几乎没有休息的时间。

就算这样辛苦，粮食的产量还是很低。一亩地能产出的粮食，往往只有现在产量的三分之一甚至四分之一。如果遇到旱灾、涝灾、虫灾，庄稼可能会颗粒无收，一家人就要挨饿。

更糟糕的是，那时候没有化肥，也没有农药。农民们只能用粪便做肥料，肥力很有限；庄稼生了虫子，只能眼睁睁看着它们把粮食吃掉。那时候的农民，大多日子过得很艰难，一年到头省吃俭用，也只能勉强填饱肚子。

你可能会想，他们为什么不多种一些地呢？因为没有机器啊！一个人或者一家人，再怎么努力，也只能耕种一小块地。想多种地，就得雇人帮忙，但雇人要花钱，而且农忙的时候大家都忙，很难找到人。

而且，农民们还要交税！地主把土地租给农民种，农民每年要向地主交租金，还要向国王交各种苛捐杂税。辛苦一年，收获的粮食交完各种费用，往往剩不了多少。遇到灾年，甚至还要借债度日。

城市里的普通工人呢？他们的日子也好不到哪里去。工厂刚刚出现，工人们每天要在又脏又吵的工厂里工作十几个小时。工厂里没有安全设备，机器运转的时候很危险，经常有人受伤。工人们的工资很低，住的地方很挤，吃的也很差，很多孩子从小就得进工厂干活。

这就是两百多年前的英国，一个没有机器帮忙的世界。在那个世界里，人们想要做任何事情，都得靠自己的双手双脚，效率低得可怜。一个人花一整天的时间，能做的事情可能还不如现在一台小机器几分钟做得多。

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问题来了：能不能让机器帮忙做事？

面对这样的生活，那个时代的人们开始思考一个问题：能不能发明一种机器，来帮人类做事情呢？

这个问题听起来很简单，但要回答它可不容易。人们首先要弄清楚：到底什么是机器？机器为什么能帮人类做事？

让我们来想一想，机器到底有什么特别的地方。

你骑过自行车吗？当你蹬脚蹬子的时候，后轮就会转起来，带着你往前走。在这里，你的脚蹬子就是一个简单的机器。脚蹬子连接着链条，链条连接着后轮，你的脚力通过链条和齿轮传到了后轮上，后轮转起来推动自行车前进。

在这个过程中，你的脚做的功（用力蹬脚踏板），被传递和转换，变成了自行车前进的动能（运动能量）。机器的作用，就是把一种能量转换成另一种能量，或者把能量从这个地方传递到另一个地方，让人们能够更方便、更高效地完成任务。

最早的机器非常简单，比如杠杆和滑轮。杠杆是什么？就是一根可以绕着固定点转动的棍子。你一定玩过跷跷板吧？跷跷板就是一根杠杆，中间有一个支点。小朋友坐在一边，大人坐在另一边，大人那边往下沉，小朋友那边就往上翘。这就是杠杆的原理——用小的力可以举起重的东西。

阿基米德说过一句很有名的话：“给我一个支点，我就能撬起地球。”这句话说的就是杠杆原理。杠杆可以把力放大，让你用很小的力气，就能举起很重的东西。

滑轮也很神奇。滑轮是一个装在轮子上的小轮子，轮子边缘有凹槽，可以让绳子在上面滑动。把滑轮固定在天花板上，绳子穿过滑轮，你在一头用力拉，就能把另一头的重物提起来。使用滑轮，人们可以不用爬得很高，就能把东西从低处运到高处。

杠杆和滑轮看起来很简单，但它们确实是机器的“祖先”。后来，人们把这些简单的原理组合起来，发明了越来越复杂的机器，能够完成越来越困难的工作。

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瓦特的蒸汽机：改变世界的发明

说到让机器“工作”，最重要的突破是什么？那就是蒸汽机的发明！

你可能听说过瓦特这个名字。詹姆斯·瓦特（James Watt）是苏格兰的一位发明家，他生活在大约250年前，也就是18世纪中期。瓦特对当时已经存在的蒸汽机进行了重大改进，让蒸汽机变得更好用、更高效，从而引发了人类历史上最重要的一场变革——工业革命。

那么，蒸汽机是怎么工作的呢？

首先，我们需要知道什么是“蒸汽”。当水被加热到100摄氏度的时候，就会沸腾，变成气体，这种气体就叫做水蒸气。你烧水的时候，壶盖子会被水蒸气顶起来，这就是因为水变成蒸气后体积变大了好多倍，能产生很大的力量。

最早的蒸汽机利用的就是这个原理。它把水放在锅炉里烧，让水变成蒸汽，然后把蒸汽引到一个气缸里。蒸汽推动气缸里的活塞往前冲，带动机器运转。做完功的蒸汽被排出去，冷凝成水，又可以送回锅炉重新加热，循环往复。

但是，最早的蒸汽机效率很低，浪费很多煤和水，而且工作起来不太稳定。瓦特在前人研究的基础上，做了好几个重要的改进。

第一个重要改进是发明了冷凝器。早期的蒸汽机把做完工的蒸汽直接排到空气中，蒸汽带着大量的热量白白散失掉。瓦特把冷凝器单独分离出来，让废蒸汽在冷凝器里冷却，而不是在气缸里。这样，气缸可以一直保持高温，做功的效率大大提高。

第二个重要改进是让活塞可以双向推动。早期的蒸汽机只能推动活塞往前走，不能推回来，浪费了一半的效率。瓦特在活塞上装了一个特殊的装置，可以让蒸汽推动活塞往前走，也能推动活塞走回来。这样，机器的效率又提高了一倍。

第三个重要改进是把活塞的直线运动转换成圆周运动。早期的蒸汽机只能做直线运动，用途有限。瓦特发明了一套齿轮装置，把活塞的直线运动转换成轮子的转动。这样，蒸汽机就可以驱动各种不同的机器了。

瓦特的改进让蒸汽机的效率大大提高，体积却大大缩小。原来需要用很多煤才能工作的机器，现在只需要很少的煤就可以了。原来庞大笨重的机器，现在变得轻便灵活，可以装在各种不同的地方。

有了更好的蒸汽机，人们就可以用它来做各种事情了！

有的工厂用蒸汽机来带动纺织机，生产布料的速度一下子提高了好几倍；有的矿井用蒸汽机来抽水，把地下深处的积水抽出来，就能挖得更深、挖到更多的煤矿；有的工厂用蒸汽机来驱动各种工具，生产各种产品……

最神奇的是，有人把蒸汽机装在了车上，发明了蒸汽汽车；有人把蒸汽机装在了船上，发明了蒸汽轮船；还有人把蒸汽机装在了铁轨上的车子里，发明了蒸汽火车！

想象一下，如果没有蒸汽火车，人们想要从北京去上海，只能走路或者坐马车。走路的话，最少也要走上一两个月；坐马车的话，也需要好几个星期，而且一路颠簸，非常辛苦。但是有了蒸汽火车，只需要一天一夜，你就能从北京到达上海！这是多么大的变化啊！

瓦特的蒸汽机，就像一把神奇的钥匙，打开了机器时代的大门。从那以后，各种各样的机器被发明出来，人们的生活开始发生翻天覆地的变化。

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工厂的出现：大家一起干活

在蒸汽机出现之前，人们做事主要是在自己家里或者小作坊里。农民在田里种地，手工业者在自己的小店里做工，他们一个人或者一家人就能完成大部分工作。

但是有了蒸汽机和各种各样的机器之后，情况开始发生变化了。

机器太大了，太贵了，一个人买不起，也放不下。于是，有人开始建起了工厂——专门放机器和生产产品的地方。工厂里集中了很多机器，也雇了很多工人，大家一起用机器来生产东西。

最早的工厂是纺织厂。在蒸汽机出现之前，纺织工人们用手摇纺车纺纱，用手织机织布。一个人一天能纺出的纱，能织出的布，都是很有限的。但是有了蒸汽机和蒸汽纺织机之后，一台机器一天能生产的产品，比几十个人手工做的还要多！

工厂的出现，改变了人们工作的方式。在工厂里，工人们分工合作，每个人只负责一道工序。比如做衣服，裁剪布料是一道工序，缝合成衣是一道工序，钉扣子是一道工序，熨烫整理是一道工序……每个人只做自己擅长的工作，效率大大提高。

工厂里的一切都是围绕机器来安排的。机器需要动力，就建锅炉房供应蒸汽；机器需要原料，就建仓库存放材料；机器生产出产品，就运到另一个地方打包出售。整个生产过程被分解成很多步骤，每一步都有专门的人来做。

工人们每天在固定的时间上班，在固定的时间下班，像机器一样规律地工作。他们的工作不再受天气、季节的限制，不管刮风下雨还是冰天雪地，工厂里都可以生产产品。

工厂还带来了一个问题：工厂一般建在城市里，因为城市交通方便，靠近市场和原料产地。于是，越来越多的农民离开农村，来到城市，进入工厂工作。城市越来越大，越来越热闹，农村的人口则越来越少。

这就是我们现在所说的“城市化”。两百多年前的英国，率先经历了这场变化。伦敦、曼彻斯特、伯明翰这些城市，因为工厂的出现而飞速发展，成为工业革命的中心。

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交通革命：世界变小了

工业革命带来的另一个重大变化，是交通方式的革命。

在机器出现之前，人们出行主要靠走路或者骑马，最快也就是坐马车。远距离出行既费时间又费钱，普通人一辈子可能都不会离开自己出生的村子太远。

但是，蒸汽机改变了一切。

1804年，英国发明家理查德·特里维西克（Richard Trevithick）制造出了世界上第一台蒸汽火车机车。它在铁轨上行驶，拉动了五辆矿车，装了70个人。这是蒸汽火车最早的雏形。

后来，乔治·斯蒂芬森（George Stephenson）在前人研究的基础上，改进了火车机车，发明了“旅行号”机车。1825年，世界上第一条公共蒸汽铁路——英国斯托克顿-达灵顿铁路正式开通。“旅行号”牵引着32节车厢，载着450名乘客，以每小时24公里的速度行驶，震惊了所有人。

到了1830年，英国建成了从曼彻斯特到利物浦的铁路，这是世界上第一条真正的铁路干线。从此，铁路在英国和世界各地迅速普及，成为最重要的交通工具之一。

有了火车，人们可以快速、便宜地到达远方。探亲访友变得容易了，外出旅游变得流行了，货物的运输也变得快捷了。以前从伦敦到爱丁堡，坐马车需要好几天；有了火车之后，只需要十几个小时。

除了火车，蒸汽轮船也出现了。1807年，美国发明家罗伯特·富尔顿（Robert Fulton）制造的“克莱蒙特号”蒸汽轮船在美国纽约州的哈德逊河上航行成功。它往返于纽约和奥尔巴尼之间，成为世界上第一艘商业运营的蒸汽轮船。

有了蒸汽轮船，人们渡过大江大河、漂洋过海就变得容易多了。以前从欧洲到美洲，坐帆船要一两个月，还常常遇到风向不好、长时间滞留的情况；有了蒸汽轮船，两三个星期就能横跨大西洋，而且不用看老天爷的脸色。

交通革命让世界“变小”了。原本遥远的地方，现在可以很快到达；原本稀罕的货物，现在可以方便运输。各地之间的联系加强了，文化交流增多了，整个世界开始变成一个“地球村”。

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能源革命：煤炭成为“工业粮食”

说起工业革命，还有一个不得不提的东西——煤炭。

煤炭是什么？煤炭是几亿年前，地球上的森林和沼泽里的植物死后，经过漫长的地质变化形成的。那时候还没有细菌能分解植物，所以植物的遗体没有被腐烂，而是慢慢堆积起来，被泥土和岩石覆盖，在高温高压下慢慢变成了煤炭。

煤炭是一种很重要的燃料。燃料就是能够燃烧、产生热量的东西。煤炭燃烧会产生大量的热量，这些热量可以用来烧水，产生蒸汽，驱动蒸汽机工作。可以说，没有煤炭，就没有蒸汽机的广泛使用；没有蒸汽机，就没有工业革命。

英国是世界上最早大规模使用煤炭的国家。英国的地下埋藏着丰富的煤炭资源，18世纪的时候，英国人开始大量开采煤矿，用煤炭来取暖、做饭、冶炼金属。特别是瓦特改进了蒸汽机之后，煤炭更是成为工厂的“粮食”，需求量急剧增加。

开采煤炭可不是一件容易的事情。煤矿有深有浅，浅的可以直接挖，深的需要挖很深的井才能到达煤层。矿井里又黑又冷又潮湿，随时可能有地下水涌出来，还有可能遇到可燃气体引发爆炸。工作环境非常危险，很多矿工因此生病或者受伤。

但是，煤炭实在是太重要了，人们不得不想办法开采它。为了把矿井里的水抽出来，人们发明了抽水机；为了让矿工们在黑暗的矿井里看清东西，人们发明了安全灯；为了让煤炭运输更方便，人们修筑了运河和铁路……煤炭的开采和运输，催生了一系列相关产业和技术的发展。

除了煤炭，后来人们还发现了另一种重要的燃料——石油。石油是另一种化石燃料，比煤炭更轻、更容易燃烧。19世纪中叶，人们开始大量开采石油，用它来点灯、做润滑油。后来，有人发明了用石油做燃料的内燃机，汽车、飞机才能成为现实。

现在，我们人类使用的能源主要还是煤炭、石油、天然气这些化石燃料。不过，这些能源用一点就少一点，而且燃烧它们会产生温室气体，导致地球变暖。所以，科学家们正在努力开发新的能源，比如太阳能、风能、水能、核能等等，让人类的发展更加可持续。

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我们站在巨人的肩膀上

现在，让我们坐上时光机，从两百多年前的英国飞回来吧！

回到现代的城市，你会有一种什么样的感觉呢？

当你走进一栋摩天大楼，乘坐电梯轻轻松松地升到几十层楼高的时候，你会不会想到，两百多年前，人们还要爬上百