《人類科學技術史-216》技術進步：工業革命的先聲（上）

技術進步：工業革命的先聲（上）

從15世紀中葉到17世紀中葉，在技術發展的歷史上是一個承先啟后的過渡時期。一方面，中世紀后期以來，無數實用的微小的技術改進得到了繼承和發展并用于實踐；另一方面，這一時期的技術進步為即將到來的工業革命做了準備。導致近代前期技術進步的原因，首先與這個時期的一系列基本特點有關。15世紀開始的地理大發現，為歐洲各國向海外擴張創造了前提，隨之而來的國際貿易的發展，又提出了增加生產的要求。與此同時，15世紀中期以來，歐洲人口的增長也為國內市場的發展提供了推動力，這同樣也刺激了對產品的需求。而采用新的技術(包括生產工具和工藝）是增加生產、提高生產率的主要途徑之一。作為生產力一部分的技術的進步，歸根到底又對這個時代的經濟和社會產生了重大影響。

1.活字印刷術的普及

活字印刷術在中國宋代就已發明。歐洲是在15世紀中葉才開始使用這種技術的。

1454年，在美因茲的谷滕堡，用活字版印刷而成的《圣經》問世。印刷商舍費爾(約1425-1502年）年輕時曾在巴黎當抄寫員，依靠以此掙來的一點錢上學讀書。后來在美因茲的谷滕堡一家印刷廠當學徒。他是歐洲第一個用字模鑄出鉛字并用來印刷書籍的人。他一生印過300多種書，也是第一個在書上印上出版日期、地點和印刷者姓名的印刷商。

活字印刷技術很快就在歐洲流傳開來。1480年時，擁有印刷機的城鎮有100多個；20年后，這樣的城鎮已有近250個。16世紀上半期，美洲也開始享受到活字印刷帶來的好處。而到16世紀中葉，鑄字、印刷機器、操作方法等趨于成熟，直到工業革命時代為止沒有大的變化。

活字印刷術的普及使鑄造鉛字成為一種專門技術，不久就出現了印刷用鉛字的買賣交易，鉛字的規格也趨于標準化。1540年，意大利學者比林古喬在其著作中介紹了鑄字方法，據說這是歐洲最早的見諸于文字的鑄字技術資料。1567年，法國印刷廠主普朗坦(約1520-1589年）對鑄字方法作了更詳盡的描述。普朗坦曾在安特衛普從事書籍裝訂業，后來轉向印刷業。他也是最早使用銅版印制書籍插圖的出版商之一。到17世紀中期，生產鉛字的技術已有很大的進步，有一種機器每天可生產4000個活字。鑄字的金屬材料也有了變化，用摻入了銻的合金取代了最初的錫鉛合金，從而使活字更加堅硬耐磨。

印刷機也經歷了一個發展過程。起初，印刷機都用木材制作，每天約能印300頁紙。而在16世紀末，改進后的印刷機和新的操作方法使效率明顯提高，每天能印1000多頁。

活字印刷術的普及，使知識的傳播形式發生了革命性的變化。傳播范圍和速度都十分有限的手抄本，被大量機器印刷的書籍所取代。例如，還在1501年，托勒密的《地理學指南》就已出了7版，這無疑對歐洲人的地理觀念以及地理探險活動產生了重大影響。近代前期，歐洲的一系列科學發現和技術發明，都是借助于印刷術而得以廣泛流傳和普遍應用的。可以說，活字印刷術使歐洲進入了一個新時代。

2.采礦和冶煉 （1）技術書籍

1505年，關于礦石開采和貴金屬冶煉的兩本實用技術書《礦山手冊》和《試驗手冊》在德國問世。這大概是歐洲在礦冶方面最早的技術書籍。由于適應了正在興起的采礦冶金業的發展，這兩本書很受歡迎，如《礦山手冊》在短期內就多次再版。

之后，比林古喬的《論高熱技術》于1540年在威尼斯出版。書中系統而又廣泛地論述了冶金技術，并介紹了鑄造工藝及有關的機械裝置。

1556年出版的阿格里科拉的《論金屬》，是集采礦冶金知識之大成的著作。這部共分為12篇的著作，對采礦和冶金的每個過程都作了詳盡的的描述和評論，對各種礦脈形態、采礦冶煉工具都畫出了插圖。

阿格里科拉對當時還流行的帶有迷信色彩的找礦方法進行了批評，認為可以通過對自然現象的觀察找到金屬礦脈，并特別指出了有泡沫的泉水、暴露于地表的露頭、植物的異常等情況。他介紹了不同種類的礦脈以及利用羅盤等儀器測礦的方法，闡述了勘探、開采、篩選、熔煉礦石的原理和操作，描繪了各種機械和器具。他還專門談到了礦工的常見疾病和事故，提出了預防的辦法。

（2）采礦和選礦

近代前期，對于有色金屬礦開采的熱情，使得用于采礦的機械裝置的發明和制造十分活躍。

礦石從礦井內部提升到地面，在16世紀初，還主要是由靠人力或畜力拉動的絞盤來實現的。不久，水車提供的動力被用于這一目的。但由于使用水力所需的設備較為昂貴，所以起初只是在一些開采貴金屬礦的礦區使用。

隨著礦井越來越深，排水成為一個困難的問題。15世紀后期，在薩克森的一些礦井中開始挖掘水平巷道用以排水。同時，也采用了排水裝置把水提升到地面排出。

提升水的裝置是多種多樣的，從帶勺斗的鏈式裝置到利用空氣或流體力學原理的泵，都被普遍采用。16世紀中葉，中歐的鏈式裝置每小時可從60米深的礦井中抽出15000升水。那時還出現了一種大型水車，它帶動纜索可將盛水的大皮囊或裝礦石的勺斗從200多米深的井下提升到地面，8小時可排水100立方米，相當于600多個工人或35馬力的工作量，而操縱這種機械只需兩個人。水泵的制造技術有了明顯提高，空吸泵的使用比較廣泛。為了適應深礦井提水的需要，發明了由多個空吸泵組合起來使用的串連吸入泵。

正是空吸泵的發展和普及，促使當時最優秀的科學家去研究真空問題。伽利略、托里拆利、帕斯卡都曾在這個方向上努力并作出了貢獻。

礦山抽水裝置很快被用于城市供水系統，奧格斯堡、倫敦、巴黎先后建造了利用水力驅動的提水裝置，被提升到水塔的水通過較細的管道輸送到城市各處。

在中世紀，礦石的碾磨和粉粹，主要靠手工勞動。15世紀，這道工序開始使用機械，出現了專門的搗碎機，每臺機器的搗錘從起初的一個發展到后來的3-4個，其所需的動力可由水車提供。到16世紀時，出現了綜合運用各種手段處理礦石的選礦廠。在這里，礦石被篩選、沖洗、焙燒、搗碎，成為純度較高的礦砂。

這個時期的礦山機械，普遍使用了曲柄、連桿和齒輪。這些機械雖然主要仍用木材制造，但一些易磨損的零部件已采用了銅、鐵甚至鋼等金屬材料。

（3）冶煉與煤的利用

15世紀時，使用鼓風設備的立式高爐逐漸發展起來，取代那些須設在能夠利用自然風力的地點的臥式爐。新型高爐容量大、爐溫高。產鐵量增加。

那時煉鐵工藝主要采用"直接法"，即將木炭與礦石混合放入熔爐內燃燒，使鐵礦石熔化凝聚。然后將熔爐打碎，敲掉礦渣，就獲得了煉就的鐵。

16世紀，由于冶煉業的發展，木柴作為主要燃料日益短缺，這種情況促使人們把目光轉向煤。煤雖然很早就被開采利用，但它作為一種新的主要能源而發揮作用、產生影響則是在16-17世紀。

1612年，西蒙.斯特蒂文特獲得了用煤冶煉鐵礦石的專利。在此之前，人們已嘗試過用煤煉鐵，但煤在燃燒時揮發的硫化物影響鐵的質量，使鐵容易碎、不能錘打加工。斯特蒂文特的發明，是先"消除煤中一切可能使金屬變壞或變質的東西"。也許，他已能將煤制成焦炭。

不久，達德利于1619年在他父親設于伍斯特郡的鐵廠中進行了試驗。他改變了高爐的結構，用煤煉出了優質的鐵，而且成本比原先用木炭降低了30％左右。

與此同時，煤在其他生產部門中也得到利用，如燒制玻璃，烘烤用于釀造啤酒的麥芽等。據說，用煤烘烤的麥芽釀出的啤酒有獨特的優點。人們還發現，烘烤麥芽可與使煤轉化為焦炭結合起來進行。在英國內戰時期，德比郡成功地實現了二者的結合。

（4）鑄造和鍛造

用生鐵或銅澆鑄出各種器物的技術在這一時期有了較大進展。例如，在用生鐵澆鑄炮彈時，開始用多坑鑄模取代單坑鑄模；在澆鑄大批量產品時，逐漸使用了木制的或金屬制的鑄模，這種鑄模分解為幾塊，以便澆鑄后能將它們取出。16世紀時，還出現了彼此分離的沙箱和粘土型芯的技術。

在將生鐵鍛成熟鐵時，使用了簡單的機械鍛錘。在當時的一些鐵工廠中，這類鍛錘的重量可達300公斤，每分鐘可錘擊60-120下。1557年，在波希米亞的一個鐵工廠中，每個鍛錘的日產量為73公斤鍛鐵。