世界的齿轮开始转动：什么是工业革命？

清晨的阳光透过窗帘洒进房间，你伸了个懒腰，开始了新的一天。打开电灯——咔嗒一声，房间亮了起来。走进浴室，拧开水龙头，温热的水流哗哗地流出。洗漱完毕，你从冰箱里拿出一盒牛奶，准备做一份早餐。吃完早餐，妈妈说："我们坐地铁去博物馆吧！"你兴奋地跳了起来。地铁像一条钢铁巨龙，在黑暗的地下隧道里飞速前进。窗外一闪而过的灯光，让你感觉像在时间隧道里穿梭。博物馆里，你看到了一架巨大的蒸汽机车，那是你从未见过的古老机器，铁皮上布满了铆钉和锈迹，锅炉黑乎乎的，汽笛上系着一根生锈的铁链。

你的心里冒出了一个小问号：现在的地铁这么干净、快速、舒适，为什么博物馆里陈列的这个大家伙看起来又脏又笨重呢？它和我们的地铁有什么关系呢？

这个问题问得太好了！其实啊，地铁的出现和这台古老的蒸汽机车有着密不可分的关系。要回答这个问题，我们得先认识一个改变世界的大事件——工业革命。

什么是工业革命？

工业革命，英文叫Industrial Revolution。Industrial的意思是"工业的"、"与工业相关的"，Revolution的意思是"革命"，合起来就是"工业革命"。这个词汇最早是由英国著名经济学家阿诺德·汤因比在1884年提出的，用来描述18世纪后期到19世纪中期英国发生的一场深刻变革。

你可以把"革命"理解为一种巨大的、完全的改变。就像一场政治革命会推翻旧的统治者、建立新的秩序一样，工业革命也彻底改变了人们的生活方式、工作方式，甚至思考问题的方式。在工业革命之前，人们祖祖辈辈用同样的方式生活了几百年、上千年；但在工业革命之后短短几十年里，人类社会就发生了翻天覆地的变化。

让我们用一个简单的对比来看看工业革命前后的差别。在工业革命之前的1750年，全球人口大约有7到8亿人，大多数人居住在乡村，从事农业劳动。他们的生活节奏很慢，日出而作，日落而息，交通基本靠走路或者骑马，长途旅行要花上几个星期甚至几个月。那时候没有电灯，晚上只能点蜡烛或者油灯；没有自来水，要喝水就得去井边打水或者去河边挑水；没有洗衣机，衣服只能用手搓洗；没有冰箱，食物很容易变质腐败。

但是在工业革命之后，也就是1850年左右，虽然世界人口增长到了大约12到13亿，但人们的生活却变得更加便利和丰富。工厂里机器轰鸣，生产出大量的布匹、衣服、工具和各种日用品；铁路网络纵横交错，把各个城市连接在一起；轮船可以载着货物和旅客穿越海洋，到达世界的另一端；城市里亮起了煤气灯，后来又有了电灯，夜晚不再黑暗。

这种巨大的变化是从哪里开始的呢？为什么叫它"革命"呢？

为什么叫做"革命"？

"革命"这个词原本的意思是"旋转"、"循环"，比如地球围绕太阳旋转一周就是一次公转。中国古代的《易经》中就有"革"和"鼎"的概念，"革"的意思是变革，"鼎"的意思是稳定，合起来就是通过变革达到新的稳定。后来这个词传入西方，Revolution的含义逐渐扩展为"彻底的、根本性的改变"。

为什么把工业革命称为"革命"呢？这是因为它具有以下几个特点：

第一，它改变了一切。工业革命不仅仅改变了某一个方面，而是改变了人们生活的方方面面。从穿的衣服、吃的食物，到住的房子、出行的方式，再到工作的场所、娱乐的方式，几乎没有哪个领域能逃脱工业革命的影响。这种全面性使得工业革命成为人类历史上最重要的转折点之一。

第二，它发生得非常快。人类文明经历了数千年的发展，在工业革命之前的变化都是渐进的、缓慢的。但工业革命在短短几十年间就带来了如此巨大的变化，这种速度在人类历史上是前所未有的。就好像一台沉睡了几千年的巨大机器，突然被人按下了启动键，开始疯狂地运转起来。

第三，它是由技术进步推动的。工业革命的核心是机器的发明和应用。从纺织机到蒸汽机，从火车到轮船，一系列革命性的发明彻底改变了人类利用自然力为自己服务的能力。在工业革命之前，人类主要依靠人力、畜力和自然力（如风力、水力）来工作；工业革命之后，人类学会了利用蒸汽、煤炭和石油的能量，让机器代替人工进行生产。

第四，它带来了社会结构的根本变革。工业革命之前的社会是农业社会，大多数人是农民；工业革命之后出现了工业社会，出现了工厂工人、工程师、银行家等新的职业。大量人口从乡村涌入城市，形成了工业城市，出现了工人阶级和资产阶级两大新兴阶层。这些变化深刻地影响了政治制度、法律体系、文化观念等各个方面。

所以，"工业革命"这个名称是非常贴切的。它确实像一场革命一样，彻底改变了人类社会的面貌。

工业革命的时间线

工业革命大约从1760年开始，持续到1840年左右，前后大约80年时间。不过，不同的历史学家对具体时间有不同的划分，有些人把结束时间定在1870年甚至更晚。但大体上来说，这段时期就是工业革命的核心阶段。

让我们来看看这80年里发生了什么重要的事情。

1764年，英国纺纱工人詹姆斯·哈格里夫斯发明了珍妮纺纱机。这台机器可以同时纺8根到16根纱线，大大提高了纺纱的效率。在此之前，一个纺织工人用手摇纺车一天只能纺出几盎司纱线；用了珍妮纺纱机之后，一个人可以同时操作多个纺锤，一天就能纺出一磅纱线。

1769年，英国发明家理查德·阿克莱特发明了水力纺纱机。这种机器利用水力作为动力，可以不间断地运转，生产出的纱线又细又结实。水力纺纱机的出现标志着工业革命中动力革命的开始。

1779年，塞缪尔·克伦普顿发明了走锭纺纱机，也叫"骡机"。它结合了珍妮纺纱机和水力纺纱机的优点，可以生产出既细又结实的纱线，而且效率更高。这种机器很快就在英国各地推广开来，纺纱厂如雨后春笋般涌现。

1776年，苏格兰发明家詹姆斯·瓦特对纽可门蒸汽机进行了重大改进，制造出了更高效、更实用的蒸汽机。瓦特的改进包括把冷凝器从汽缸中分离出来、使用了飞轮和连杆机构等。1785年，瓦特设计的蒸汽机首次被用于驱动纺纱机，开创了机械化的新时代。

1804年，英国工程师理查德·特里维西克制造出了世界上第一台蒸汽机车。虽然这机车又笨重又不实用，但它证明了用蒸汽机驱动车辆是可行的。1814年，乔治·史蒂芬森改进了蒸汽机车的设计，制造出了可以实际使用的火车头"布卢彻号"。1825年，世界上第一条公共蒸汽铁路——达林顿铁路正式开通。1830年，利物浦至曼彻斯特铁路开通，这是世界上第一条真正意义上的城际铁路。

1785年，法国物理学家约瑟夫-玛丽·雅卡尔发明了雅卡尔织机。这是一种使用打孔卡片的自动织机，可以通过编程来编织复杂的图案。这种打孔卡片的原理后来被计算机先驱巴贝奇采用，对计算机的发展产生了深远影响。

1793年，美国发明家伊莱·惠特尼发明了轧棉机。这种机器可以快速高效地分离棉纤维和棉籽，使得棉花加工的效率提高了50倍以上。轧棉机的发明对美国南方的棉花种植业产生了巨大影响，也为英国的纺织厂提供了充足的原料。

1807年，美国发明家罗伯特·富尔顿制造出了世界上第一艘商用蒸汽轮船"克莱蒙特号"。这艘船在哈德逊河上成功航行，从纽约到阿尔巴尼只用了32小时，而同样的距离坐帆船需要4天。蒸汽轮船的出现彻底改变了水上运输的方式。

1809年，英国化学家汉弗里·戴维发明了电灯。虽然这种电灯太亮、太贵、寿命太短，无法实际应用，但它证明了用电流产生光明是可能的。1879年，美国发明家托马斯·阿尔瓦·爱迪生改进了电灯的设计，发明了实用化的白炽灯泡，使得电灯真正走进了千家万户。

1831年，英国科学家迈克尔·法拉第发现了电磁感应现象，这是发电机的理论基础。1866年，德国发明家维尔纳·冯·西门子制造出了实用的发电机，从此人类可以利用机械能大规模产生电力了。

这些发明的出现，标志着人类进入了一个全新的时代。机器代替了手工劳动，工厂代替了作坊，城市代替了村庄，人类社会的面貌发生了根本性的改变。

为什么工业革命首先发生在英国？

你可能会问：为什么工业革命首先发生在英国，而不是其他国家呢？这个问题很好，历史学家们进行了大量的研究，发现英国具备了一系列有利条件。

首先，英国有丰富的煤炭资源。煤炭是工业革命的"燃料"，蒸汽机需要燃烧煤炭产生蒸汽来驱动机器。英国的煤炭储量非常丰富，分布也很广泛，这为工业革命提供了充足的能源。相比之下，其他国家要么煤炭资源匮乏，要么开采困难。

其次，英国有良好的金融体系。17世纪的"光荣革命"确立了君主立宪制度，保护了私有财产和商业活动。1694年成立的英格兰银行可以为企业家提供贷款，股票市场和债券市场也很发达。这些金融基础设施使得企业家能够获得足够的资金来开办工厂、购买机器。

第三，英国有辽阔的海外殖民地。英国在北美、非洲、亚洲拥有大片殖民地，这些殖民地既是原料产地，也是商品销售市场。英国的殖民体系为工业革命提供了广阔的市场和廉价的原材料。

第四，英国有鼓励技术创新的社会氛围。专利制度的建立保护了发明家的权益，使得人们愿意投入时间和金钱进行发明创造。同时，英国的工匠传统也为技术创新提供了基础，许多发明家都是技术精湛的工匠。

第五，英国人口的增长提供了充足的劳动力。18世纪英国人口增长迅速，大量农村劳动力涌入城市，为工厂提供了充足的工人。

当然，这些只是一些基本条件，工业革命在英国发生还有许多偶然因素和历史的巧合。但不管怎样，英国是第一个完成工业革命的国家，随后这场变革逐渐传播到欧洲大陆和北美，改变了整个世界的面貌。

改变世界的四位发明家

在工业革命的众多发明家中，有四位特别值得我们认识。他们分别是在不同领域做出了重大贡献的詹姆斯·瓦特、乔治·史蒂芬森、本杰明·富兰克林和托马斯·爱迪生。虽然严格来说，富兰克林和爱迪生并不属于工业革命时期（富兰克林主要活跃于18世纪中期，爱迪生则是19世纪后期），但他们的发明对工业革命的发展和延续产生了深远影响，而且他们的故事非常有趣，让我们一起来了解一下。

詹姆斯·瓦特——让蒸汽机走向实用

1736年1月19日，詹姆斯·瓦特出生于苏格兰的格里诺克。瓦特的父亲是一名船坞木匠和商人，母亲出身于贵族家庭。瓦特从小体弱多病，没有上过正规的学校，而是由母亲在家教导。幸运的是，瓦特酷爱读书，自学了大量知识。

17岁时，瓦特来到伦敦学习仪器制造，学成后回到苏格兰，在格拉斯哥大学找到了一份修理科学仪器的工作。正是在这里，他遇到了改变他一生的机会。

1763年，大学请瓦特修理一台纽可门蒸汽机模型。蒸汽机是托马斯·纽可门在1705年发明的，它利用蒸汽推动活塞上下运动，再通过连杆机构把直线运动转换成圆周运动。但是纽可门蒸汽机的效率很低，蒸汽在推动活塞一次之后就被冷凝掉了，然后新的蒸汽又被送入汽缸，每一次循环都要重新加热整个汽缸，热量损失非常严重。

瓦特在修理的过程中深入研究了蒸汽机的工作原理，发现了问题的症结所在。他想出了一个绝妙的办法：把冷凝器从汽缸中分离出来，这样汽缸可以一直保持高温，只有冷凝器需要冷却。这项改进使得蒸汽机的效率提高了4倍多！1769年，瓦特获得了他的第一个专利。

但发明的道路从来不是一帆风顺的。瓦特遇到了很多困难，他几乎没有钱来完成进一步的实验，还欠了很多债。好在他遇到了约翰·罗巴克和馬修·布尔博顿这两位企业家，他们愿意为瓦特的研究提供资金支持。1776年，瓦特改进的蒸汽机终于成功运行了。

瓦特没有止步于此，他又陆续发明了旋转式蒸汽机、离心调速器、压力表等配套设备，使蒸汽机成为了一种通用动力机械。1785年，瓦特的蒸汽机首次被用于驱动纺纱机，开创了工业机械化的新时代。

为了纪念瓦特的贡献，后来人们用"瓦特"作为功率的单位，简称"瓦"。如果一盏灯泡上写着"60W"，就意味着它每秒消耗60焦耳的能量。

乔治·史蒂芬森——让铁路改变世界

1781年6月9日，乔治·史蒂芬森出生于英国诺森伯兰郡的维拉姆村。史蒂芬森的父亲是一个煤矿工人，收入微薄，家里穷得叮当响。史蒂芬森没有受过正规教育，8岁就开始在煤矿干活，14岁当上了蒸汽机的司炉工。

虽然生活艰难，但史蒂芬森非常好学。他利用晚上休息的时间去夜校学习识字和算术，那时候他已经20岁了。学会了读书写字之后，史蒂芬森开始如饥似渴地阅读各种机械方面的书籍，研究蒸汽机的工作原理。

1809年，矿上的一台蒸汽机出了故障，厂家派人来修理，但一直修不好。史蒂芬森主动请缨，仔细检查了机器，发现问题出在调速器上。他成功地修好了这台机器，矿上的工头和工程师们对他刮目相看。1811年，27岁的史蒂芬森被提升为布顿·科尔耶煤矿的首席机械师，负责管理所有的蒸汽机和相关设备。

那时候，已经有一些人尝试制造蒸汽机车了，但都因为机车太重、会把铁轨压坏，或者机车功率太小、跑不动等问题而失败。史蒂芬森总结了前人的经验教训，开始设计自己的蒸汽机车。1814年，他制造的"布卢彻号"蒸汽机车成功运行了。这台机车可以牵引8节车厢，装载30吨货物，以每小时6公里的速度行驶。

但史蒂芬森没有满足于此，他不断改进设计，提高机车的性能。1821年，他被任命为世界上第一条公共蒸汽铁路——斯托克顿至达林顿铁路的工程师。1825年9月27日，这条铁路正式开通，史蒂芬森亲自驾驶着他的"旅行号"机车牵引着满载乘客的车厢，从达林顿开往斯托克顿，人类历史上第一次实现了蒸汽机车的公共客运。

1826年，利物浦至曼彻斯特铁路开始修建。这是一条跨越大沼泽和复杂地形的铁路，需要建造许多桥梁和隧道。1830年9月15日，这条铁路正式开通，史蒂芬森设计的"火箭号"机车大放异彩。在比赛中，"火箭号"以每小时48公里的速度夺得了冠军，证明了蒸汽机车的优越性。

从此，铁路建设在英国和世界各地蓬勃发展，人类进入了铁路时代。铁路不仅改变了交通运输的方式，还促进了工业化和城市化的进程，对经济、社会、文化都产生了深远的影响。

本杰明·富兰克林——捕捉雷电的科学家

1706年1月17日，本杰明·富兰克林出生于美国波士顿的一个蜡烛匠家庭。富兰克林是家中第15个孩子，也是最小的儿子。他只上了两年学，12岁就不得不辍学，到哥哥的印刷厂当学徒工。

虽然没受过多少正规教育，但富兰克林酷爱读书。他经常把自己大部分的工钱用来买书，如饥似渴地阅读各种书籍。他还和朋友们一起组建了一个读书俱乐部，大家把自己买的书拿出来共享，一起讨论问题，互相学习。

后来，富兰克林独自来到费城，开始自己创业。他办过印刷厂，出版过《宾夕法尼亚公报》，还编写了著名的《穷理查年鉴》。通过努力，他成为了一位成功的印刷商和出版商。

但真正让富兰克林名垂青史的，是他在科学实验方面的贡献。

18世纪中期，科学家们已经知道闪电是一种放电现象，但没有人能用实验来证明这一点。富兰克林决定做这个实验。1752年7月的一个雷雨天，他在费城郊外的空地上放风筝，风筝顶端装了一根尖尖的金属线，用麻绳做风筝线，麻绳末端系着一把金属钥匙。

雷电来临时，富兰克林用手指靠近钥匙，突然，一道电火花从钥匙上跳到他的手指上！他感觉到了一阵麻电般的刺痛。富兰克林成功了！他证明了雷电和摩擦产生的电是同一种东西。

这个实验非常危险，如果雷电更强一些，富兰克林可能会有生命危险。后来有科学家因为做类似的实验而被雷电击中身亡。所以，小朋友们千万不要模仿这个实验！

通过这个实验，富兰克林发明了避雷针。他在建筑物顶端安装一根金属杆，用导线连接到地面，当雷电击中建筑物时，电流会沿着金属杆和导线安全地传入地下，从而保护建筑物不被雷电损坏。避雷针的发明挽救了无数生命和财产，直到今天我们仍然在使用它。

除了风筝实验和避雷针，富兰克林还有许多发明和发现，包括双焦眼镜（可以同时看远处和近处）、富兰克林炉（一种高效的取暖炉）、液压制动系统（后来发展为汽车的刹车系统）等等。他还提出了电荷守恒定律，指出电不会凭空产生或消失，只能从一处转移到另一处。

富兰克林不仅是一位杰出的科学家和发明家，还是一位著名的政治家和外交家。他参与了美国《独立宣言》的起草工作，还作为美国驻法国大使，为美国独立战争的成功争取到了法国的支持。

托马斯·爱迪生——改变人类生活的发明大王

1847年2月11日，托马斯·阿尔瓦·爱迪生出生于美国俄亥俄州的米兰镇。爱迪生是家里的第七个孩子，他的父亲是一个失败的商人，母亲是一位曾经当过教师的家庭主妇。

和富兰克林一样，爱迪生也没有接受多少正规教育。他只上了三个月的学，就被学校开除了，理由是"智力迟钝"。但爱迪生的母亲不同意学校的看法，她亲自在家教育爱迪生，培养他对科学的兴趣和自学的能力。

爱迪生小时候患过一场重病，差点死去。病好之后，他变得听力不好，左耳几乎完全聋了。有人认为这反而帮助了他，让他能够更专注地思考问题，不被外界的声音干扰。

12岁时，爱迪生开始卖报，一边卖报一边在火车上做实验。有一次实验出了事故，引起了大火，爱迪生被赶下了火车，还被打了一个耳光，导致他终身聋了一只耳朵。

尽管遭遇了挫折，爱迪生从来没有放弃对科学的追求。1868年，21岁的爱迪生获得了他的第一个专利——一种电动投票记录器。虽然这个发明没有被采用，但这次成功给了他信心，他决定专心从事发明工作。

1869年，爱迪生来到纽约，很快成为了一名电气专家。1876年，他在新泽西州的门洛帕克建立了自己的实验室。这是一个设施完备的研究机构，拥有当时最先进的仪器设备。爱迪生在这里进行了大量的实验和研究，取得了一个又一个发明成果。他声称在门洛帕克平均每10天就有一项小发明，每6个月就有一项重大发明。

1877年，爱迪生发明了留声机。这是一种可以录音和播放声音的机器，被誉为19世纪最惊人的发明之一。当人们第一次听到留声机里播放出自己说话的声音时，都惊得目瞪口呆。

1879年10月21日，爱迪生成功发明了实用化的白炽灯泡。他和助手们试验了3000多种材料作为灯丝，最后发现碳化的竹纤维丝效果最好，可以持续发光1200多个小时。这个发明改变了人类照明的方式，使得电灯真正走进了千家万户。

除了白炽灯泡，爱迪生还有许多重要的发明，包括电影摄影机、碱性蓄电池（一种可以反复充电的电池）、蜡纸油印机等等。他一生获得了1093项美国专利，是历史上获得专利最多的人之一。

当然，爱迪生的成功也不是一帆风顺的。他发明的直流电力系统在和特斯拉的交流电力系统的竞争中失败了，最终交流电成为了主流。但这并不影响爱迪生作为伟大发明家的地位。

身边的工业革命——寻找生活中的机器

读到这里，你可能会想：工业革命发生在几百年前的英国，和我有什么关系呢？

其实啊，工业革命的影响一直延续到今天！虽然我们现在用的机器比瓦特的蒸汽机、史蒂芬森的火车头先进多了，但它们的基本原理是一脉相承的。可以说，没有工业革命，就不会有我们现在习以为常的一切。

让我们来做一个小游戏——"寻找身边的工业革命"。看看你的家里、学校和街道上，有哪些东西是和工业革命有关的？

在你家里，看看这些东西：

电灯——爱迪生发明的白炽灯泡是工业革命后期的产物。即使现在有了更节能的LED灯，它们的祖先也是爱迪生的白炽灯泡。电灯让人类第一次可以控制黑暗，让夜晚变得和白天一样明亮。

洗衣机——洗衣机是一种用机器代替人工洗衣服的发明。虽然洗衣机的具体形式是后来才出现的，但它利用的机械原理和工业革命时期的机器是一样的。

电冰箱——冰箱利用制冷剂的状态变化来吸收和释放热量，这种技术虽然是在工业革命之后才发展成熟的，但它也属于机械化和自动化的范畴。