《人类科学技术史-216》技术进步：工业革命的先声（上）

技术进步：工业革命的先声（上）

从15世纪中叶到17世纪中叶，在技术发展的历史上是一个承先启后的过渡时期。一方面，中世纪后期以来，无数实用的微小的技术改进得到了继承和发展并用于实践；另一方面，这一时期的技术进步为即将到来的工业革命做了准备。导致近代前期技术进步的原因，首先与这个时期的一系列基本特点有关。15世纪开始的地理大发现，为欧洲各国向海外扩张创造了前提，随之而来的国际贸易的发展，又提出了增加生产的要求。与此同时，15世纪中期以来，欧洲人口的增长也为国内市场的发展提供了推动力，这同样也刺激了对产品的需求。而采用新的技术(包括生产工具和工艺）是增加生产、提高生产率的主要途径之一。作为生产力一部分的技术的进步，归根到底又对这个时代的经济和社会产生了重大影响。

1.活字印刷术的普及

活字印刷术在中国宋代就已发明。欧洲是在15世纪中叶才开始使用这种技术的。

1454年，在美因兹的谷滕堡，用活字版印刷而成的《圣经》问世。印刷商舍费尔(约1425-1502年）年轻时曾在巴黎当抄写员，依靠以此挣来的一点钱上学读书。后来在美因兹的谷滕堡一家印刷厂当学徒。他是欧洲第一个用字模铸出铅字并用来印刷书籍的人。他一生印过300多种书，也是第一个在书上印上出版日期、地点和印刷者姓名的印刷商。

活字印刷技术很快就在欧洲流传开来。1480年时，拥有印刷机的城镇有100多个；20年后，这样的城镇已有近250个。16世纪上半期，美洲也开始享受到活字印刷带来的好处。而到16世纪中叶，铸字、印刷机器、操作方法等趋于成熟，直到工业革命时代为止没有大的变化。

活字印刷术的普及使铸造铅字成为一种专门技术，不久就出现了印刷用铅字的买卖交易，铅字的规格也趋于标准化。1540年，意大利学者比林古乔在其著作中介绍了铸字方法，据说这是欧洲最早的见诸于文字的铸字技术资料。1567年，法国印刷厂主普朗坦(约1520-1589年）对铸字方法作了更详尽的描述。普朗坦曾在安特卫普从事书籍装订业，后来转向印刷业。他也是最早使用铜版印制书籍插图的出版商之一。到17世纪中期，生产铅字的技术已有很大的进步，有一种机器每天可生产4000个活字。铸字的金属材料也有了变化，用掺入了锑的合金取代了最初的锡铅合金，从而使活字更加坚硬耐磨。

印刷机也经历了一个发展过程。起初，印刷机都用木材制作，每天约能印300页纸。而在16世纪末，改进后的印刷机和新的操作方法使效率明显提高，每天能印1000多页。

活字印刷术的普及，使知识的传播形式发生了革命性的变化。传播范围和速度都十分有限的手抄本，被大量机器印刷的书籍所取代。例如，还在1501年，托勒密的《地理学指南》就已出了7版，这无疑对欧洲人的地理观念以及地理探险活动产生了重大影响。近代前期，欧洲的一系列科学发现和技术发明，都是借助于印刷术而得以广泛流传和普遍应用的。可以说，活字印刷术使欧洲进入了一个新时代。

2.采矿和冶炼 （1）技术书籍

1505年，关于矿石开采和贵金属冶炼的两本实用技术书《矿山手册》和《试验手册》在德国问世。这大概是欧洲在矿冶方面最早的技术书籍。由于适应了正在兴起的采矿冶金业的发展，这两本书很受欢迎，如《矿山手册》在短期内就多次再版。

之后，比林古乔的《论高热技术》于1540年在威尼斯出版。书中系统而又广泛地论述了冶金技术，并介绍了铸造工艺及有关的机械装置。

1556年出版的阿格里科拉的《论金属》，是集采矿冶金知识之大成的著作。这部共分为12篇的著作，对采矿和冶金的每个过程都作了详尽的的描述和评论，对各种矿脉形态、采矿冶炼工具都画出了插图。

阿格里科拉对当时还流行的带有迷信色彩的找矿方法进行了批评，认为可以通过对自然现象的观察找到金属矿脉，并特别指出了有泡沫的泉水、暴露于地表的露头、植物的异常等情况。他介绍了不同种类的矿脉以及利用罗盘等仪器测矿的方法，阐述了勘探、开采、筛选、熔炼矿石的原理和操作，描绘了各种机械和器具。他还专门谈到了矿工的常见疾病和事故，提出了预防的办法。

（2）采矿和选矿

近代前期，对于有色金属矿开采的热情，使得用于采矿的机械装置的发明和制造十分活跃。

矿石从矿井内部提升到地面，在16世纪初，还主要是由靠人力或畜力拉动的绞盘来实现的。不久，水车提供的动力被用于这一目的。但由于使用水力所需的设备较为昂贵，所以起初只是在一些开采贵金属矿的矿区使用。

随着矿井越来越深，排水成为一个困难的问题。15世纪后期，在萨克森的一些矿井中开始挖掘水平巷道用以排水。同时，也采用了排水装置把水提升到地面排出。

提升水的装置是多种多样的，从带勺斗的链式装置到利用空气或流体力学原理的泵，都被普遍采用。16世纪中叶，中欧的链式装置每小时可从60米深的矿井中抽出15000升水。那时还出现了一种大型水车，它带动缆索可将盛水的大皮囊或装矿石的勺斗从200多米深的井下提升到地面，8小时可排水100立方米，相当于600多个工人或35马力的工作量，而操纵这种机械只需两个人。水泵的制造技术有了明显提高，空吸泵的使用比较广泛。为了适应深矿井提水的需要，发明了由多个空吸泵组合起来使用的串连吸入泵。

正是空吸泵的发展和普及，促使当时最优秀的科学家去研究真空问题。伽利略、托里拆利、帕斯卡都曾在这个方向上努力并作出了贡献。

矿山抽水装置很快被用于城市供水系统，奥格斯堡、伦敦、巴黎先后建造了利用水力驱动的提水装置，被提升到水塔的水通过较细的管道输送到城市各处。

在中世纪，矿石的碾磨和粉粹，主要靠手工劳动。15世纪，这道工序开始使用机械，出现了专门的捣碎机，每台机器的捣锤从起初的一个发展到后来的3-4个，其所需的动力可由水车提供。到16世纪时，出现了综合运用各种手段处理矿石的选矿厂。在这里，矿石被筛选、冲洗、焙烧、捣碎，成为纯度较高的矿砂。

这个时期的矿山机械，普遍使用了曲柄、连杆和齿轮。这些机械虽然主要仍用木材制造，但一些易磨损的零部件已采用了铜、铁甚至钢等金属材料。

（3）冶炼与煤的利用

15世纪时，使用鼓风设备的立式高炉逐渐发展起来，取代那些须设在能够利用自然风力的地点的卧式炉。新型高炉容量大、炉温高。产铁量增加。

那时炼铁工艺主要采用"直接法"，即将木炭与矿石混合放入熔炉内燃烧，使铁矿石熔化凝聚。然后将熔炉打碎，敲掉矿渣，就获得了炼就的铁。

16世纪，由于冶炼业的发展，木柴作为主要燃料日益短缺，这种情况促使人们把目光转向煤。煤虽然很早就被开采利用，但它作为一种新的主要能源而发挥作用、产生影响则是在16-17世纪。

1612年，西蒙.斯特蒂文特获得了用煤冶炼铁矿石的专利。在此之前，人们已尝试过用煤炼铁，但煤在燃烧时挥发的硫化物影响铁的质量，使铁容易碎、不能锤打加工。斯特蒂文特的发明，是先"消除煤中一切可能使金属变坏或变质的东西"。也许，他已能将煤制成焦炭。

不久，达德利于1619年在他父亲设于伍斯特郡的铁厂中进行了试验。他改变了高炉的结构，用煤炼出了优质的铁，而且成本比原先用木炭降低了30％左右。

与此同时，煤在其他生产部门中也得到利用，如烧制玻璃，烘烤用于酿造啤酒的麦芽等。据说，用煤烘烤的麦芽酿出的啤酒有独特的优点。人们还发现，烘烤麦芽可与使煤转化为焦炭结合起来进行。在英国内战时期，德比郡成功地实现了二者的结合。

（4）铸造和锻造

用生铁或铜浇铸出各种器物的技术在这一时期有了较大进展。例如，在用生铁浇铸炮弹时，开始用多坑铸模取代单坑铸模；在浇铸大批量产品时，逐渐使用了木制的或金属制的铸模，这种铸模分解为几块，以便浇铸后能将它们取出。16世纪时，还出现了彼此分离的沙箱和粘土型芯的技术。

在将生铁锻成熟铁时，使用了简单的机械锻锤。在当时的一些铁工厂中，这类锻锤的重量可达300公斤，每分钟可锤击60-120下。1557年，在波希米亚的一个铁工厂中，每个锻锤的日产量为73公斤锻铁。