轮船简史

    生活在河边或海边的人们，乘船从事生产劳动，实在是很普通的事情，丝毫也不会产生这样的问题：船这种看似平常的水上交通工具是怎样产生，又是怎样演变过来的？

    船这东西的确是很神奇的。古人的许多诗里把船作为抒发豪情或描绘祖国美丽的山水风光的工具，有不少诗词成为千古绝唱。你也可能看过一部电影，叫《泰坦尼克号》。这只被命名为“永不沉没”的巨轮在北大西洋海底沉睡了七十多年，直到近些年才被打捞上来。你也可能对南极考察很感兴趣，但如果没有现代化的破冰巨轮，我们也就不会有在南极长城站升起五星红旗的自豪。

    当我们乘着船游览山水时，或许不应忘记船在这几千年里的艰辛历程。

    船的故乡

    中国的古书里记载了很多关于船的事情。船起源于古人从落叶和树干在水中漂浮的现象中得到的启示。如《世本》中就写着：“观落叶因以为舟。”意思是古人看到树叶落到水面上并且漂游的情景，就造出了船。《淮南子》里有更细致的说法，说古人见窥空木浮而知道造舟。因此，中国人最早发明的船是独木船，制造的方法大致是：剖开圆木的一面，并掏挖成凹形，这样既减轻了圆木的重量，使船能在水中更稳定地运行，也增加了船运输货物的数量。

    我国最古老的文化经典《易》中谈到，在黄帝和尧舜时代，人们就“刳（剖）木为舟”，描述的就是这种造船的方法。

    与此同时，中国人还发明了桨。黄帝尧舜时代，不仅“刳木为舟”，而且“剡木为楫”。《拾遗记》更是把造桨的功劳直接归于黄帝：“轩辕变乘桴以造舟楫。”距今约7000年前，在浙江余姚河姆渡地区，古人就制造了木桨，桨柄和桨叶用同一块木料。现在发掘出来的木桨，还有63厘米长，12.2厘米宽，2.1厘米厚，从表面上还能看出当时那种精细的加工，桨柄上的阴刻弦纹和斜线纹仍清晰可见，这恐怕已经不是最原始的木桨了。考古学家们还在吴兴钱三漾和杭州水田畈两个古文化遗址出土了木桨，离现在约有4700年左右。

    在商朝的甲骨文里，记载着古人的一些水上活动，对桨也略有记述，西周以后有越来越多的记载，西汉时期的扬雄、东汉时的许慎分别在他们写的《方言》和《说文解字》的书里都有过简单的介绍。东汉刘熙在《释名》中说：在船的旁边拨水的叫“擢”，“擢”即“濯”，把桨放到水中往后拨水，使船更快地向前运动。“擢”又叫“札”、“楫”，“楫”就是“捷”，是迅速、快捷的意思，也就是说它能使船更快地运动。桨也叫“桡”，它们的大小不一样。西汉刘安在《淮南子》里记载，桡长七尺，相当于现在的1.94米。长桡、短桡用处不同，《吴时外国传》说：“立则用长桡，坐则用短桡。”而且他们还使用桧、檀、桂、木兰、沙棠等不同的木材造桨，细致坚实，十分耐用，这是古人长期使用和优选的结果。

    舵也是船上的重要“零件”，它曾被称为舵桨，是专门用来控制船的运行方向的，大约出现在三千多年前的商朝，那时的甲骨文里就有记载。1974年，考古学家在湖北西汉墓里出土的木船模型上就发现有五把长桨，其中有一把放在靠船尾的舷边，应该就是舵桨。而真正的、使用起来较有力的舵大致出现在东汉。1955年，在广州近郊的一个东汉墓中，出土了一只陶制船模型，船尾有一只舵，这只舵和桨显示出了很大的区别。舵面呈不规则的四方形，面积较大，舵杆顶端有一个洞孔，可安装舵把。根据杠杆原理，只要转动舵把，就能使舵面偏转，从而控制航行方向和路线。这在当时已是相当先进的了。随后的发展中，先后出现了垂直舵、悬吊舵（郑和下西洋的宝船上就用这种舵）、平衡舵（宋代）、窗孔舵（开孔舵）等。如果船舶较大，使用好几个舵，就有一个主舵和几个副舵的区分了。史学家们通过研究证实，中国是世界上最早发明舵的国家。

    从桨衍生出来的还有橹。1983年，在广州象岗山西汉越王墓里出土的船上就有尾橹。东汉就出现了多橹（旁橹），装在船的两舷。《三国志·吕蒙传》中对橹有较详细的记载。橹使船获得连续不断的推力，它的球形支钉作为支点使橹能做多方向的自由运动，是古代的一项重大机械发明，人推挽橹做横8字形运动，以腰脊为轴调动了人的全身力量。后来就演变出了由许多人共同摇转的大橹，4、5人或6～8人，最多时可有20～30人共同摇橹，产生更强大的推动力。

    中国古人还最早发明了帆。东汉刘熙在《释名》中说：“随风张幔曰帆。”可使船将风力转化为船舶前进的动力。早在3世纪，中国的帆船已采用很多根桅杆前后错位配置、主桅杆向船尾倾斜等当时世界上最先进的技术了。而欧洲直到15世纪才出现三桅帆船，桅杆错位和主桅后倾的技术则是19世纪的事了。

    中国悠久的造船史我们的祖先很早就能根据不同的地理环境，造出不同种类、不同性能要求的优良船型，并能吸收各种船的优点，把船造得更加完美，从而达到很高的水平。据史书统计，古代各类船舶约有一千多种，仅海洋渔船就多达二三百种。战国时有一种双体船，就是一种比较稳定，便于装货载人的航船。汉代时就有很高大壮观的楼船。三国时有更多的二十多丈长的大船在海上航行。晋朝卢循曾造出八槽舰。南北朝时，著名的数学家祖冲之造出了能日行一百多里的“千里船”。

    到隋代，隋炀帝为了漕运，在6年时间内，用了几百万民工开通了2400千米长的南北大运河，这是世界上规模最大、里程最长的航行运河。它北起北京，南到杭州，以当时的东都洛阳为中心，向东北和东南伸张。元代以后，建都北京，就裁弯取直，形成现在全长1794千米的京杭大运河。这条运河沟通了海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系，同时在沿海一线出现了如德州、济南、淮安、扬州、镇江等著名城市，极大地促进了南北经济的发展。在这条运河上航行的船只可能多是双体木船，1975年出土于山东省平度泽河东岸。双体船的两个船体各宽1米左右，船体间用20根横梁，两头分别穿过船身，用铁钉固定。现在，船长还有20.24米，两船结合后宽约2.80米，可载23吨左右的重物。这种船稳定性较高，不仅运载量大，而且航速较快。古人称这样的船为“舫”、“枋”、“并舟”或“方船”。

    唐代时出现了更加复杂、美观的海鹘船及新型的漕船，如歇舟皇支江船。在这时的唐代木船里已经有了水密隔舱，它是1960年在江苏扬州出土的，可以说是目前世界上所发现的最早的水密隔舱。它的好处是，如果船只在航行中有一两个舱破损，也不会导致全船沉没。中国目前见到的最早的木板船，是1973年6月江苏农民在“马河”旁发现的一艘唐代木船。船长约17.3米，最宽的地方有2.60米。隔舱板把船分成9个舱，舱深1.60米。船底平坦，可载重约20吨。

    宋代创造了江海两用船，这是一种具有湖船底、战船盖、海船头尾的全新船型。这时最大的“车船”叫桨轮船，长达36丈，宽有4.10丈。车船在南北朝时已经出现，桨转化成轮桨，将船的推进工具发展到半机械化的程度，达到了古代水运史上人力推进技术的较高水平。《南史》和《陈书》记载，南朝梁时大将徐世谱与叛军侯景交战时曾用过名叫“水车”的战舰。祖冲之发明的“千里船”也属于车船。当时，王镇恶的蒙冲小舰、王僧辩的双龙挟舰等，已被人们称为“桨轮船”。到宋朝，人们把这种船称为“飞轮八楫”，或称“旁设四轮，每轮八楫”。因为桨转化为桨轮并在水中转动推船前进，所以桨轮船早期又叫“水车”，或“水车船”。“车船”在宋代才普遍叫开，它的效率远远高于手划桨船，足踏桨轮不仅比手划力量大，而且还有人的体重的作用。唐朝李皋制造出两车船，又称“轮船”，这大概应算作现代各式轮船的鼻祖之一了。宋代的车船种类很多，从四车船到二十四车船不等，其中四车船最为常用。宋李心传《建炎以来系年要录》载彦恢所制造的飞虎战舰，“旁设四轮，每轮八楫，四人旋斡，日行千里，”每轮桨片多是“八楫”或“十楫”，属中小型车船。

    宋朝还广泛使用一种疏浚航道港口的工程船舶，叫“浚河船”，用浚川耙疏浚河流，木耙长8尺，齿长2尺，用它系石块坠入河底，在两只相距守80步碇泊的船上，用辘轳绞动木耙，来往挠荡泥沙，然后移动船只，逐渐疏浚河流。这种船发展到清朝，由陈芝岑造成机轮船，也用两只船，一船装犁，一船装轮，往来疏浚。黄树又创造出一种链斗式挖泥船（叫“清河龙”），性能比前几种更好。1973～1974年间，在福建泉州一带，发掘出一艘巨大海船，船体残余的长度还有24.20米，宽9.15米，共有13个船舱，其载重量可能在200吨以上，根据综合考察和分析，这是南宋末年的一艘远洋货船。

    明朝时，郑和率领庞大的船队七次下西洋，用的是远洋宝船，有相当大的运载能力，在当时世界上算是最先进的了。1957年，江苏省在南京明代宝船遗址发现了宝船的舵杆。这一舵杆长11.07米，用极为坚固的铁力木制成。据测知，舵叶高度达6.035米。由此推算这个巨型舵杆的船长度在164.50米到184米之间。而一艘长57米的海船排水量为1200吨左右，比半个世纪之后葡萄牙航海家达·伽马所用的300吨船及哥伦布所用的280吨旗舰都大很多。此外，明朝还制造了两头船、蜈蚣船、连环舟、子母舟及其他很多新型船舰。其中，连环舟和子母舟不仅适于在水上打仗，也便于老百姓生产生活所用。

    清朝初年的康熙年间，人们汲取沙船、鸟船和蛋船三种船型的优点创造出一种新船型，即福州运木船，又称“三不像船”。

    中国高超的造船技术中国在悠久的造船历史中，随着社会生产力的发展，造船的技术也在不断更新和提高，很多达到高超的水平，甚至有些是“世界之最”。中国的船向来以体积大、载重量大、结构坚固、抗风力强、具较强的稳定性等特点而著称于世。

    船的体积和规模，以明朝郑和下西洋时所用的宝船为最。他所乘宝船长约150米，舵杆长11.07米，有12张帆。

    从船的载重量来看，沙船最大，一般有几百吨，其中元代的海运大船达1200吨以上。

    为使船结构坚固，古人往往在船舷使用前后贯通的粗壮大和粗壮的川口。唐代时，人们还用桐油涂在船身上，用石灰舟念缝，大大增强了船木防水侵腐的能力。他们还把船舱分成好几个密封舱，即使一个舱漏水，也不会使船沉没。西方人直到18世纪才发明类似的水密隔舱。

    船只在海上航行，往往遇到大风而使速度大为减慢，古人就想方设法来克服大风的阻力。从宋朝记载的“风有八面，惟当头不可行”的话里，我们可以知道，13世纪以前，古人航船，除当头风外，其余七面都能行船。为了使船只航行更加稳定，古人常在舱底装些铁石土块。

    唐朝的海鹘船两舷有浮板，能起到稳定作用。宋代时船舷装上4～6具侧浮板，明代时只有一具，又叫披水板，多称“橇头”。明清之际，人们在船底增设两根梗水木，沙船上备有竹子制成的太平篮，遇到风浪就装上石块放到水中，从而使船很稳定地航行。

    古人在船上安装多个桅杆、多个风篷，并改进船型设计，来减少船的阻力，增加航行速度。

    同时，人们还特别注意设法增大船行动力，起初多用桨、楫，后又发明橹。到出现桨轮船（又称明轮船）时，由于桨楫变为桨轮，把桨楫的间歇推进变成桨轮的回转推进。这可以说是船舶推进技术上的一次重大改进。前面介绍过的唐代李皋所造的桨轮船，比西方早700～800年，应当是世界上最早的桨轮船了。风帆的发明，也使中国人最先利用自然风力作船的动力。汉魏时期的风帆，从单桅单帆，到三帆、四帆、五帆，甚至十二帆。古人还依照不同情况造出各种不同形式的风帆。比如南海帆船的风篷，下篷的边缘就呈折角或曲线形，上部小而下部较宽大，使风压中心降低，船就不容易被风吹翻了。

    为了掌握航行方向，古人早在汉代就发明了性能较好的船尾舵，比西方早大约四个世纪。汉代以后还陆续出现了飞舵、副舵、三副舵。舵的形式也各不相同，如升降舵、平衡舵、开孔舵等。

    为了便于造船，由北宋神宗熙宁年间（1068～1077）的黄怀信，发明并主持修建了世界上第一个船坞。当时，宋神宗发令修复一条北宋初年由吴越王钱倜进献的大龙舟，宦官黄怀信承接了这项工程。他召集大批民工在都城汴京城西的金明池北边挖了一个大池塘，池塘底部竖起木桩，桩上架梁，然后把水放进塘里，将顺水而来的大龙舟架空在梁柱上，再排出塘中的水，使龙舟的船体完全暴露出来，工匠们就能顺利地在船舱或船下进行修复工作，船修好后，再往塘里放水，把龙舟浮起，引出池塘。这种船坞的发明，对修理、建造船舶具有非常重要的意义。欧洲的第一个船坞是在1495年英国的朴茨茅斯建成的，比中国晚了400多年。

    实际上，中国人早在秦汉时期就发明了能用于建造大型船舶的船台。广州市秦汉造船工场遗址里就发现了三个平行排列的船台。这里的船台和滑道相结合，滑道看起来像铁路，由枕木、滑板和木墩组成，枕木有大有小，滑板宽距能适当调节。一号船台能造3.6～5.4米宽的船，二号船台则可造出5.6～8.4米宽的船。滑板上平放两行木墩，高约1米，共13对，两两相对排列，可以承架船体，便于人们在船底进行钻孔、打钉、舟念缝等作业。这种造船设施在当时世界上也是最先进的。

    在船舶设计方面，明代以前的史料少有记载，目前发现的最具代表性的是清代的船舶设计。

    比如清朝初年福建赶缯船的设计，就使用了四大梁头处的四个横剖面图和龙骨纵中剖面图，不仅细致、精巧，方法简便，整体局部结合巧妙，而且充分体现了我国传统的、具有民族风格的船舶设计方法和特点。另外，比西方更早的木帆船的设计和建造更具有中国特色。它的纵向主要构件，除龙骨外，更有两舷大来夹持，大是船的两舷水线附近坚强有力的前后纵通型材，用成株的巨木直压到头。它的横向主要构件，靠短间距的横舱壁，在受力较大的地方，设有粗大的面梁，不像西方的木帆船那样，靠一条一条的肋骨支撑。船壳板多用平接方式连接，西欧到11世纪才开始采用这种平接方式。

    当然，古代的希腊人、埃及人、罗马人、印度人等，由于生活的区域都有江河海洋，也都有相当发达的造船技术和悠久的造船历史。人类的智慧确实还表现在江河湖海上，能够自由地互通有无，欣赏地球上水面的壮丽，将人类战胜自然的豪情洒向无际的大洋。

    但是，也只有历史的航船驶入近现代的洋面，才充分展现出西方人在造船上的高度智慧。

    奇特的商船

    在17世纪中叶，北美海域出现了装备有专门捕鲸设备的船，这就是捕鲸船。当时，这种船上带有一些捕鲸小艇，捕鲸鱼叉手驾着这种能载五个人的两头尖形轻便小船，离开大船冲向鲸鱼。这是特别费力又充满危险的行动，受伤或被激怒的鲸常常把这条小艇打翻到惊涛骇浪之中。今天，这种小艇已经不见了。捕杀抹香鲸通常是从船上发射炮箭，然后把鲸吊上船，在捕鲸母船的甲板上进行加工。近三个世纪以来，这种活动受到动物保护者们的强烈反对，但是，捕鲸船的规模仍在扩大。目前，挪威有一艘叫“科斯默斯”Ⅲ号的捕鲸船，长达194.6米，宽23.8米，排水量为25100吨，容量为31813立方米，是世界最大的捕鲸船之一。

    世界上第一艘具有现代意义的轮船，是由英国技师纳木·赫尔斯在1736年12月设计的，他使用了由英国人纽可门研制的火力蒸汽机。随着蒸汽发动机制造技术的逐步完善，美国人威廉·亨利于1763年制造了第一艘汽船，但它没有正式航行。第一艘下水航行的汽船是法国人雅克·康·佩里埃制造的，由于他只用蒸汽机作动力，竟在塞纳河中逆水运行不久便气喘吁吁。1776年，布什内尔还设计建造了小巧玲珑的“乌龟”艇。1797年，美国人罗伯特·富尔顿设计了第一艘潜艇“龟鱼”号。1803年，一艘能牵引两艘驳船的蒸汽拖船由富尔顿建造成功。它得到拿破仑的资助。拿破仑希望这种船有助于实现他在欧洲扩张的野心，但它在塞纳河上试航时竟断裂。1807年8月，富尔顿制造的“克莱蒙特”号轮船在北美哈得逊河上，进行了从格林威治村（纽约市郊）至纽约的往返航行，这一事件开创了蒸汽船商业航行的崭新历史。

    1878年，美国建筑师赫雷斯霍夫发明了双体帆船，名为“塔兰台拉”号，它由两个并列联在一起的船体构成，航速为每小时33千米，是当时世界上航行速度最快的船。这种船起源于几百年来在印度海岸和斐济使用的多体帆船，尽管性能很好，但也只是随着新型材料的出现和世界帆船比赛规则权限的放宽，帆船设计家们才予以足够重视，并设计出新型双体帆船。在1959年美国《帆船运动》杂志组织的一次帆船比赛中，双体帆船的速度竟高达每小时45.8千米以上。之后，最著名的双体帆船是法国人普鲁特兄弟俩造的“海鸥”型，而在1967年后又被“龙卷风”型所代替，轻快、灵活是它们的共同特点，航速却在一代代地快速递增。

    俄国海军司令马卡罗夫绘制了破冰船的图纸，而第一艘破冰船“厄马克”号则是由英国阿姆斯特朗造船厂在1898年根据这个图纸建造的。这艘船的头部呈勺形，能爬上并压碎冰层，艏柱下装有螺旋桨，可以抽吸冰下海水，冰层失去支撑，更易破碎。它成功地破碎了一块6米厚的极地浮冰，但在破碎一块20米厚的浮冰时受到严重损坏。1960年，由前苏联人建造的“列宁”号破冰船是世界上第一艘核动力破冰船，它的三个核反应堆可提供44000马力的功率，在无冰海域，航速可达33千米，冰层厚度为2.5米时，也能保持每小时3.6千米的速度。

    这艘船的心脏——核反应堆和保护墙重达3000吨。之后，前苏联人又建造了目前世界上最大的核动力破冰船“北极”号。

    1897年，朗·德·凡尔赛伯爵绘制出第一幅滑行艇草图，之后几年里试制成功。到1907年，一位巴西飞行员阿·桑托·杜蒙驾艇在赛纳河作试验航行，速度为每小时100千米，顺利到达巴黎市区纳伊码头。滑行艇的特点是，底部平整，高速行驶时，首部升高，仅“断阶”的凸出部分与水面接触。由于有航空螺旋桨的推动，它可以在较浅的、平静的水面上航行。第一艘容量较大的滑行艇，是法国人A·夏尔莱鲁于1912年发明的“殖民军”号滑行艇，满载时可达2600千克，时速为25千米，它的特点是，使用航空推进器，吃水深度只有几厘米。

    早在1869年，法国人法尔科就提出了水翼艇的航行原理，但直到1900年才由意大利人福拉尼尼设计出了第一艘供试验用的水翼艇，是由著名的飞机发明家莱特兄弟驾驶试验的。第一次世界大战后，前苏联人阿列克谢耶夫和德国人汉斯·冯·谢尔特尔参与了水翼艇的设计和试制工作。1962年，美国一艘320吨级的反潜水翼艇“普兰维尤”号投入现役。它的每个水翼重7吨，能迎击4.5米高的海浪。还有一种水翼艇，行走起来时，真好像飞起来一样。而最现代化的水翼艇是由波音公司制造的喷气水翼艇。加拿大的“金臂”号水翼艇重200吨，时速达110千米。

    1858年，“大东方”号巨轮诞生了，它可载4000名乘客和12000吨煤，在以后的40年内，它曾一直是船体最大的巨轮。1861年，“伊丽莎白威茨”号帆船曾运过一船桶装石油。但真正的运油轮船是1886年在德国下水的“格吕考夫”号。不知什么原因，此后的近一个世纪，油船制造技术竟没有什么进展。只是到1960年，油船的载重量增加到1886年的12倍。而在1957年3月，法国庞奥埃造船厂建造了一艘当时世界上最大的油船“埃索帕朗迪”号，它长120米，宽18.8米，排水量为38000吨。11年后，这个造船厂又造出了体积几乎是“埃索帕朗迪”号的15倍的“巴蒂吕斯”号，排水量达554000吨。

    世界上第一艘核动力商船是美国人在1958年5月建造的“萨凡纳”。“萨凡纳”是它荣耀的前辈、首次横渡大西洋的蒸汽轮船的名字。这位前辈在瓦特去世的那年（1819年），满载棉花，用29天走完了哥伦布花费72天时间完成的航程。而现在这艘“萨凡纳”于1959年下水，船长181.5米，宽23.8米，排水量达21840吨，能运载9500吨货物和60名乘客，同时还有100名船员。它的发动机功率是20000马力，船速可达每小时38千米。十分可惜的是，尽管“萨凡纳”的建造技术堪称完美，但在商业运营中却遭惨败，它每年欠债150万美元，不得不于1967年被拆毁。

    值得一提的还有中国上海的江南造船厂于1960年4月建造的“东风”号远洋货轮。这是中国人自行设计制造的第一艘万吨级远洋货轮。它的载货量为1万吨，排水量1.6万余吨，航速是每小时17海里。这艘巨轮从上海起碇，沿太平洋，经印度洋、大西洋，中途不加燃料，可直达列宁格勒，连续航程达1.2万海里。这艘巨轮的制造过程仅用了88天时间，还实现了300多项重大技术革新，改进设计和工艺达180多项。这是中国船舶史上的一个重要里程碑。之后，经过近30年的努力，中国的造船技术又一次达到了国际先进水平。

    五花八门的游船西方的游船多是各种帆船，用来在水上游玩或进行各种比赛。而实用的帆船则有更悠久的历史。在奥林匹克运动会上，各种游船曾经大展风采。

    第一只“佐迪亚克”橡皮艇是法国人皮埃尔·德布雷代勒于1952年制造的，它的定购者是一位28岁的法国医生阿兰·邦巴尔，起名“异端”号。1952年10月19日，邦巴尔驾驶这只小船离开西班牙，经过65天航行，越过大西洋，于12月23日到达安得列斯群岛的巴巴多斯，在整个航程中，他未带食物，仅靠海味维持生命，虽然瘦了25千克，但是活下来了。1977年，法国人米歇尔乘坐同样的帆船渡过了从新加坡到澳大利亚的8000千米海面。1980年，有六个法国人乘坐三只这样的橡皮艇由北向南穿过南美大陆，单江河急流上的航程就达10000多千米。

    英国人约翰·韦斯特尔于1954年建造出505型帆船，这种船特别细长，帆是大三角帆，后被法国乃至国际的帆船协会采用为比赛用船。使用者们曾亲切地叫它“老五”。

    被奥运会选中的多种赛船有：荷兰人维尔凯·范·埃森于1951年设计的“飞行荷兰人”帆船，被1960年那不勒斯奥运会选用，因为它具有比赛用大型帆船的各种特点。瑞典一位年轻的理发师理查德·萨比1950年制造的“芬兰人”帆船，因适用于重量级帆船运动，而被1952年赫尔辛基奥运会所选用，并出现了多个冠军。挪威设计师简·赫尔曼·林奇1963年发明的“索林”帆船，1972年被正式定为奥运会帆船比赛用船。一种名为“暴风雨”的龙骨帆船，虽然设计陈旧，不为大多数帆船爱好者所接受，但自1948～1976年间一直在奥运会上使用。

    英国人罗德尼·马奇于1967年建成的“龙卷风”双体帆船在1972年的奥运会上曾达每小时46千米的高速度，获得了专家们的一致好评。

    另外，著名的欧洲型帆船、“激光”帆船、“乐观者”帆船、420型帆船、470型帆船、“约尔OK”帆船等都曾被欧美各国的帆船运动爱好者所喜欢，而后又被抛弃。船在一代代地更新，一代比一代更精巧灵便、快捷稳定。令人难以忘记的，还有著名的“蓝鸟”牌汽车设计者、英国飞机设计师彼得·米尔恩于1963年设计的“火球”帆船，可以成套地出售零部件，使用者能根据自己的特殊航游计划来灵活组装。1950年，法国人让·雅克·埃比洛建成第一只专供学校使用的“维龙纳”帆船，它结构简单、坚固耐用，直到80年代以来，才逐渐被新一代小型帆船所取代。

    从历史走向未来

    船在人类文明中确实起着巨大的作用。单就近代而言，没有船，就不会有“新大陆”的发现和整个美洲大陆的开发，也不会有关于地球尤其是广漠海洋的丰富的知识，更不会有极地考察的日渐深入。而文明的发展反过来又促使船自身不断演进，这是技术进步的历程，也是人类智慧的展示。

    富尔顿发明的蒸汽轮船的推进器在1836～1850年间由螺旋桨取代了拨水明轮。19世纪末，汽轮机和柴油机开始用作轮船动力，之后便越来越完善。20世纪四五十年代先后出现燃气涡轮机和核反应堆的船舶动力。造船的材料由木材、铁甲、钢甲，到合金钢、合金铝及塑料等。不仅船体设计越来越符合流体力学原理，而且在造船工艺上用焊接取代传统的铆接。不仅有日益精尖化的水面战船系列，如炮舰、轻型巡逻舰、登陆艇，到巨型航空母舰等，还有功能齐全的各类潜艇，如用于核战争的核潜艇等水下战船系列。民用船只从1886年美国的3200吨油轮，到目前最大的日本“海上巨人”（56万吨级），以及英国颇具特色的气垫船等，无不凝聚着科学家们的心血和汗水。

    新中国的成立，开辟了中华民族在船舶技术上赶超世界先进水平的广阔前景。20世纪50年代的中国海军还使用着国民党海军留下的舰艇和从前苏联进口的鱼雷艇。1960年成立的海军舰船研究院，开始自行研制了一系列水面舰艇、潜艇、鱼雷和导弹。到1970年12月26日，我国第一艘自行设计的核潜艇下水。70年代上半期，我国海军已装备了火炮护卫舰、猎潜艇、新型导弹护卫舰和中型导弹驱逐舰等，大、小型坦克登陆舰及反舰导弹等也在这期间编入海军序列。进入80年代以来，导弹核潜艇、新型导弹驱逐舰105舰、封闭型导弹护卫舰等相继投入使用。1988年9月，我国利用核潜艇在水下成功发射运载火箭。1992年5月，苏制“鞍山”舰退役，标志着我国海军舰只已经实现了全面导弹化。

    我国民用船舰的发展也非常迅速。1967年，我国开始设计航天测量船。20世纪80年代初下水的“远望”号航天测量船排水量为2.1万吨，续航能力达1.5万海里，海上自保能力为100昼夜，已达到国际先进水平。20世纪70年代以来，我国的远洋考察事业蓬勃发展。1976年7月，万吨远洋科学调查船“向阳红”5号和11号完成了第一次远洋考察。80年代，又对太平洋底的矿藏进行考察。我国东部和东南海域石油的勘探和开采，也依赖于这种船只的高度发展。同时，我国还在1984年11月20日～1985年4月10日期间，派出591人组成的中国南极考察队，乘坐1.3万吨级的“向阳红”10号船和J121船，在南极乔治岛建立了第一个中国科考站——长城站。1988年11月～1989年2月，又克服浮冰和风暴拦阻，建立了中山站。之后，我国的南极科学考察队多次航行考察，不仅在南极最高峰——文森峰发现了铁矿，而且还首次到达了北极点。

    造纸术简史

    在我国历史上，有一种与印刷术有紧密关系的伟大发明，那就是造纸术。可以说，如果没有纸的发明，印刷术是不可能出现的，人类文明当然也不会是今天这个样子。我们今天之所以能刻苦读书，能博览各种报刊杂志，了解国内外政治、经济、体育、军事及文化时事等，如果没有纸的存在，这些都是难以想象的；我们之所以还能领略远古祖先的一些生活情况，研究古代先哲的深邃思想，吟诵先辈文人墨客娓娓动人的文学篇章，都依赖这纸的代代传递：

    我们有感于世界历史中，各民族人民之间的文化交流与合作，深知这互通有无、共同进步的人类文明是以纸作为重要的载体来实现的……纸始终是人类文明的承载器和传播机。而造纸术是中国古人的伟大发明，早已作为“四大发明”之一，载入了人类文明的史册，是我们祖先对人类文明做出的又一巨大贡献。但是，造纸术的发展史也是一部充满艰辛和汗水的历史。

    纸前文明

    文字的出现标志着人类文明史的开端。但并不是一开始，文字就是写在纸上的。在无纸的文明史中，人类曾经绞尽脑汁，寻求过各种各样的书写材料。

    从公元前3000年起，埃及人就开始用纸莎草来造“纸”。他们把纸莎草的茎破成细丝晒干，交叉着叠两层，然后再用胶黏合。这种“纸”可以卷成卷，在当时的条件下还能长期保存。

    许多最古老的埃及文献就是这样留下来的。为了传播文化，埃及人还大量地“出口”这种“纸”，古希腊的大多数古典文学作品及哲学著作都是写在这种纸莎草纸上的。

    据史书记载，1798年，当拿破仑的部队攻击埃及时，一些随军学者发现了公元前1800年的纸草。最初用胶黏合几层薄纸的效果很不理想，到公元前4世纪，希腊人菲拉底修斯才发明了一种较好的黏结方法。为了纪念他对造“纸”术的贡献，雅典人还为他制了一尊雕像。

    古代印度人是在树叶上写字的，当然非常难于保存和留传，文明也会随着树叶的腐烂和分解而化为乌有。

    古代欧洲人还用羊皮写字。但传说，羊皮“纸”是小亚细亚帕加马古国的居民发明的。它曾于4世纪时非常流行，已找到的最古老的文物是公元1世纪末的一块写了字的羊皮纸。羊皮纸是用山羊皮、绵羊皮或小牛皮做成的，结实耐用，表面光滑，是当时上好的书写材料。中世纪时，欧洲人曾长期用它制作书籍和起草重要文书，尽管这时真正的纸已经传了过去。而在羊皮纸一度匮乏的时期，人们还曾将过时的羊皮纸书籍上的字迹刮掉，再誊抄上新的内容。

    古代两河流域（中亚一带的幼发拉底河和底格里斯河）的人民还用泥板写字记事。当然，这也是不易保存和传承的文明载体。作为古代文明古国的巴比伦王国也没有发明出真正实用的纸来。

    大家知道，我国最早的文字叫“甲骨文”，就是因为我国的文字一出现，就是被写在龟甲兽骨上的。商周时期，青铜冶铸业十分发达，人们就把文字刻在青铜器上，称作“铭文”。现在，考古发现的许多当时的青铜器上，都留下“铭文”所记载的我们祖先的生产和生活情况。战国秦汉时期，人们又习惯于把字写在竹简和木牍上，合称为“简牍”。“简”，就是用来写字的长条状的竹片和木片；“牍”是比简稍宽些的木板。古人用毛笔在上面书写。将书写好的竹、木简用丝绳或皮带系连起来，合成一卷，成为简策。这就是中国最早的装订成册的书籍。其实，简牍很早就为中国古人所用。商代的甲骨文中就有一个象形文字，像古代的“册”字。“册”，就是把竹木简系连在一起，成为一本书的形状。由此可知，我国商代就已经使用竹木简作为书写材料了。简牍在周代到秦汉两晋时期，一直是主要的书写材料，简策也是这个时期中国书籍的主要存在形式。简牍虽有形体的不同，但主要区别在于书写字数的多少。一片简上通常可写22～25字，最小的简只能写两个字，每简通常是一行，汉代的简中也有多至五六行的。相对来说，木牍则一般能写四五行。书写顺序往往是从上到下，从右到左，就像今天“春联”的读写方法一样。

    大概不少朋友听说过这样两个成语：一个是“学富五车，才高八斗”，形容一个人才学广博、知识丰富；另一人是“汗牛充栋”，形容一个人的藏书很多或某处的藏书非常丰富。这里的“五车”和“汗牛充栋”指的就是古代用简牍装订成的书，多得足以装满五辆牛车，或多得让牛在拉车时都累得出汗，或堆放在家里，一下能顶到房梁上去。其实，因为简牍大而重，又用毛笔书写，即使“学富五车”、“汗牛充栋”，恐怕也没有多少册书。如果在今天，这样的书装上五车，让牛拉得出汗或堆起来顶着房梁，那恐怕也有好几万或十几万册的书了。

    历史上曾有多次发现简牍。较著名的有：西汉武帝时鲁恭王毁坏孔子旧宅时，在墙壁中间发现了一批竹简；晋武帝时有人盗掘魏襄王墓发现的数十车竹简，约十多万字，称为“汲冢书”；20世纪以来，在甘肃、河南、湖南、湖北、山东等地区都多次发现简牍。因为简牍笨重不堪，运输和携带极不方便，而且又难于书写，随着汉代造纸术的发明，从南北朝以后就逐渐为纸张所取代了。

    另外，我国古人还用绢帛写字。在考古发现中，许多秦汉时期尤其是汉朝古墓中，除了大量的陶器、青铜器、铁器和简牍以外，也有大量绢丝帛书。如在湖南长沙发掘的著名的马王堆西汉墓中，就有28件帛书和两卷医简，其中就有著名的老子《道德经》的帛书及记录已初步形成体系的中医经络学说的竹简。可以说，在东汉较简易耐用的纸发明之前，简牍和绢帛应是最主要的两种书写材料。但因为简牍沉重，绢帛昂贵，社会经济文化又在不断发展，寻找廉价易得、经久耐用、便于使用和携带的新型书写材料，已成为历史发展的迫切要求了。

    植物纤维纸很久以来，人们一直有一种误解，认为我国的造纸术是东汉时宦官蔡伦发明的。但现在，经过中外科学家的潜心研究和考古发现证实，我国早在西汉就已经有了纸，这把我国造纸术的发明时间提早了200多年。

    1957年，考古学者在陕西长安县灞桥发现了一座古墓，里面除了很多文物外，尤其引人注目的是，在一面铜镜下放着成叠的纸，共有88张残片，被命名为“灞桥纸”。这种纸主要是用麻和少量苎麻纤维制成，是已发现的世界上最早的植物纤维纸。

    1933年，考古学者还在新疆罗布淖尔汉代烽燧遗址中，发现了汉宣帝时的一小片麻纸，这是公元前1世纪时的西汉麻纸。1974年，在甘肃居延汉代遗址中，又发现了西汉时的两片麻纸。当时的这种麻纸还比较粗糙，不便书写。但这种麻纸不但用于书写，还用于绘制地图等。

    1986年，在甘肃天水放马滩的一座汉墓中，考古工作者发现了纸质地图残片。1989年8月2日的《光明日报》报道说，这座墓是西汉文景时期的，里面的“纸上用细墨线条绘制山脉、河流、道路等图形……说明我国早在西汉初期就已发明了可以绘写的纸。”

    1987年底，我国研究造纸史的专家潘吉星先生将西汉几种纸样送到日本有关科研机构鉴定，均确定为植物纤维纸，其中“灞桥纸”较为原始。他由此得到结论说：中国的造纸术早于蔡伦200年。

    另一方面，从一些古文字记载也可以证明这一点。我国最早的一部字典《说文解字》写着：

    “纸：絮也，一曰苫也，从糸，氏声。”由“纸”字从“糸”表明，我国最初的纸不是植物纤维纸，而是“丝絮纸”。这是不难理解的。我国有悠久的养蚕和缫丝技术，在“漂絮”时剩下一些破碎的丝絮粘在席上，成薄片状，晒干后即可用来裱糊和揩擦等。这应说是最初的纸。后来，随着麻织业的发展，就有人利用麻絮造出了“麻纸”，像前面说的“灞桥纸”就是用麻絮作为原料制成的。

    虽然最初的“麻纸”大部分很粗糙，但也出现了一些便于书写的高质量的纸。前面提到的纸制地图的西汉文景时期的麻纸就是优质麻纸。另外，《后汉书·贾逵传》记载，建初二年（公元76年），汉章帝曾奖给20名太学生“简、纸经传各一通”，这里的“简”当然是指竹简，这些“经传”既有竹简，也有纸，表明当时已经用纸来抄写书籍了。这也比蔡伦造纸早30年。

    而在造纸工艺中，人们研究发现，甘肃居延发现的小片麻纸与“灞桥纸”和汉宣帝时的（陕西）挟风中颜村纸大致相同，是用麻筋、线头和碎布块制成的，没有舂捣和抄造痕迹，而其所由“压力形成的片状”，大约是因为“作衬垫用”而造成的。应该说，这些有意或无意的造纸技术，都对后来蔡伦的进一步创造奠定了基础。

    蔡伦的造纸术我们说，纸的第一发明权不属蔡伦，并无意否定蔡伦在造纸术上的革命性贡献，因为毕竟是蔡伦发明的造纸工艺流程一直延续了2000余年，现在造纸业的基本程序仍然未有实质性改变。那么，蔡伦的贡献主要是什么呢？

    还是让我们先来看看与蔡伦造纸有直接关系的制造丝质纸的工艺。段玉裁注《说文》中讲道，上古人穿衣不是丝，就是麻。丝的加工，就是把蚕茧放到碱水中煮，然后络、漂。络是从茧中抽出丝来，漂是洗去碱液和杂质。漂丝时会有少量的丝絮落入水中，达到一定浓度时用竹帘捞取，放到竹帘上，就能得到薄薄的一层，晾干后就是纸。看来造纸术与漂丝有密切关系。我国的养蚕和漂丝都有非常悠久的历史。《庄子·逍遥游》有“世世以氵并氵辟纟光（纩）为事”的说法，注家李颐认为“氵并氵辟纟光”就是“漂絮水上”，“漂絮”就是“以水击絮”，但怎样击法，不得而知。现在人们手工洗纸浆的方法应该和这差不多，大概是把纸浆装进纟希布口袋之中，扎口，缚在捣棍的一端，放进水中捣洗。落入水中的丝絮再用一种叫做的密致竹帘捞取。每一帘成一张纸。这样造出的纸就是丝质纸。

    蔡伦起初是用鱼网做纸（叫网纸），后又用破布做成“丝纟延如麻”的纸（麻纸），用树皮做纸（谷纸）。蔡伦的制纸过程对以前的造纸工艺应该说有许多重要改进，他的方法大致是：搜集一些破布、旧鱼网、麻头和树皮等，用水浸透，润胀，再用斧头剁碎，用水洗净，浸入草木灰水，加热蒸煮，除去原料中的木素、果胶、色素和油脂等杂质后，用清水漂洗，入臼捣碎，放到水里形成悬浮的浆液，就是“纸浆”，然后用多孔而致密的纸模（当时是用编织细密的帘子）捞取纸浆、滤水后，留下一层薄薄的纸料，取下放到阴凉干燥处晾干，就成了纸。

    由此可以看出，蔡伦对造纸术的主要贡献有两条：一是他使以前比较粗糙的植物纤维纸变成质地优良、堪作书写用的植物纤维纸；二是他使造纸材料的来源大大地扩大了。他不但用麻、破布、鱼网，而且还用树皮作原料，还大大降低了纸的成本，从而使纸的运用普遍推行开来。《后汉书》说，自元兴六年（公元105年）蔡伦将他造的纸献给皇帝，受到皇帝的称赞以后，“自是莫不从用焉，”自此都开始使用纸了。晋人傅咸在《纸赋》中赞美说：“夫其为物，厥美可珍。廉方有则，体洁性真。含章蕴藻，实好斯文。”说蔡伦的纸实在很美，令人珍爱，又廉价、方便、洁净，深得人们喜爱，从根本上改变了纸在社会上的地位。

    蔡伦的造纸工艺对现代造纸术仍有直接影响的是这样两个关键步骤：一是在草木灰水中蒸煮，这是现代碱法化学制浆过程的滥觞；二是纸模的设计，要能使它的孔与纸浆中的纤维尺寸相适合，既能很快地使水漏下，又能使纸浆纤维留在上面，形成均匀的薄层。当时，虽然用的是细密帘子，却是现代纸模即抄纸器的雏形，而抄纸器是长网造纸机或圆网造纸机的主要部件。我们甚至可以这样说，蔡伦的造纸工艺不过是现代造纸工艺的原始形式。

    蔡伦的造纸术极大地促进了东汉造纸业的发展，造纸技术也不断提高。东汉末年，东莱（今山东黄县）人左伯造出了质量很高的纸，成为历史上又一著名的造纸能手。他造的纸比“蔡侯纸”更加光洁细腻，成为当时名贵的书写材料。1974年，甘肃武威县的一座东汉墓中出土了有文字墨迹的纸张。1942年，在内蒙古还出土了一张东汉信纸。1901年，在敦煌发现了两片东汉纸，上面写有诗句和书信。

    在“蔡侯纸”的推动下，东汉人孔丹还发明了著名的“宣纸”，它因盛产于安徽宣城而得名。“蔡侯纸”虽然已经很好，但仍有易变黑变黄，且易剥落的缺点。孔丹就尝试制造一种经久不变的纸。他在宣城一棵檩树的树干上发现了一层雪白的东西，像一张薄薄的膜，柔软且纤韧。孔丹后经反复实践，终于发明了用檩树皮和蓼草作原料的纸，即宣纸。宣纸又叫“四尺丹”，是为纪念孔丹而得名。它是国画艺术的重要载体，使我国的国画艺术兴盛2000年而不衰。宣纸的制造因原料变迁而不断进步，唐代永徽年间，宣州和尚以沉香、楮树造纸；明清两代，随着印刷和作画业的发展，在造纸原料方面，不再局限于檀皮纸。制造技术方面也有较大的提高，例如：施以胶肌、染色、上蜡、砑光、洒金、描金、刻花、印花等工艺，都已具备了较高的水平。19世纪末，宣纸还曾获得巴拿马博览会金质奖章。

    造纸术的改进

    东汉以后，我国的造纸技术在生产实践中不断得到改进，纸的品种也越来越多，质量也越来越高，原料来源也越来越广泛。这使我国在此后的1000多年时间里，一直是世界上造纸技术最高的国家，也是世界上最主要的产纸国。

    在3世纪～4世纪时，纸已基本取代了帛、简，成为中国惟一的书写材料，有力地促进了科学文化的传播和发展。魏晋南北朝时期，造纸原料除了麻类等东西外，又扩展到用桑皮、藤皮造纸。从设备情况看，出现了可以活动的帘床纸模，把一个活动的帘床放到柜架内，可以反复地捞出成千上万张湿纸，大大提高了工效。在加工制造技术上，加强了碱液煮和舂捣，从而进一步清除了原料中的木素、果胶、油质等杂料，使非纤维性的东西更为减少，因而使纸的质量大为提高。同时还出现了不少新品种的纸，比如色纸、涂布纸、填料纸等加工纸。敦煌石窟和新疆沙碛出土的属于这一时期的纸张，纸质纤维交结匀细，外观洁白，表面平滑，可谓“妍妙辉光”。《拾遗记》还记载了晋武帝曾用“侧理纸”赏赐臣下。这种纸是南方人用水笞做成的，呈显青绿色，非常名贵。现在，我国博物馆中仍存有这种纸的实物。“发笺”纸也在这个时期出现，这种纸又称“苔纸”，是在纸浆中加入少量水苔制成，表面呈现出不规则的彩色纹理。南北朝时期的科学家贾思勰在他的《齐民要术》一书中，用两篇文章专门记述当时的造纸技术，详细说明了处理楮皮原料和染黄纸的方法。

    隋唐五代时期，中国除了继续生产麻纸、楮皮纸、桑皮纸、藤纸外，还出现了檩皮纸、瑞香皮纸、稻麦秆纸和新式的竹纸。其中，竹纸的使用更为广泛，在唐宋之际得到较大的发展。

    因为南方盛产竹子，所以，利用竹子造纸，确实对造纸业起到了很大的推动作用，无疑也是一个很有意义的进步。

    唐代还出现了“金花纸”，又称作“冷金纸”。它是将金银箔或金银粉附着在有色纸上，互相衬托，显得非常华丽夺目。据史书记载，大诗人李白题写的牡丹诗就是用的金花笺。唐代不仅有多种多样的纸，而且纸的生产地也已遍布全国。据《唐六典》记载，当时益州（今成都）产有大小黄白麻纸，杭州、越州（今绍兴）等地产案纸；而包装茶叶、糊窗户和送葬用的纸钱等，也都有专门生产。尤其是色纸的大量生产，是造纸术的一个重大进步。欧洲在17世纪以后才出现了用矿物染料的色纸，这比我国晚了1000多年。

    隋唐之间，雕版印刷术的发明激励了印书业的兴起和发展，进而促进了造纸业的发展，纸的产量和质量都有较大提高，价格不断下降，各种纸制品不断深入民间日常生活之中。较名贵的纸有唐代的“硬黄”和五代的“澄心堂纸”，以及水纹纸和艺术加工纸。据载，北宋时的宋祁在严冬大雪天里，围着火炉，点着蜡烛，周围由仆女服侍，用“澄心堂纸”著《唐书》列传，在士大夫中传为美谈。唐代的绘画艺术作品已有不少被印刷在纸张上，反映了当时造纸技术的提高。

    进入宋代以后，随着雕版印刷术的发展和活字印刷术的发明，印刷用纸数量越来越大，也促进了造纸技术的迅速提高。油纸在此时得到进一步发展。唐朝时曾用桐油等油料来涂纸，做成油纸，用来裱糊窗户或做雨伞。宋代时则出现了蜡涂的纸，这种油纸表面光滑，透明度高，抗水性强，并有防蛀作用。在这个基础上，人们又进一步用白色矿粉涂在纸上，再涂蜡，就涂成了所谓“粉蜡纸”。欧洲在19世纪中期才出现了类似的蜡质涂布纸，比我国还是晚了1000多年。自宋代开始出现纸币，到明清时期纸币所用纸在质量上已相当高了。水纹纸的质量在宋代有很大的提高。这种纸在阳光下一照，可以看到里面有透明的花纹，我国的人民币就是用水纹纸制造的，故宫博物院中现在还存有宋代水纹纸的实物。欧洲直到13世纪才在意大利制造出水纹纸，比我国晚了差不多一个世纪。宋代防蛀纸的发展也为书画的长期保存提供了优越的条件。起初，人们用黄檗汁染色的黄纸，因汁中含有小柏碱，可起到杀虫作用。

    后来，为保持纸的洁白，改用椒汁浸纸防蛀。流传至今的一些宋版书就是用这种纸印刷的，明清以后就多改用药物防蛀了。

    明清时期，造纸术仍未停止进步。例如壁纸，在南北朝已经出现。随着印刷技术的提高，明代已能在大张壁纸上印出五彩缤纷的图案，使壁纸的用场更加广阔，它与同样美观的纸花、剪纸等还被传到国外。同时，各种彩色的蜡笺、冷金、泥金、罗纹、泥金银加绘、砑花纸等，造价很高，质量在一般用纸之上。

    由于宋元明清时期楮纸、桑皮纸等皮纸和竹纸特别盛行，消耗量也特别大，因此也促进了造纸工艺和设备上的发展和变化。造纸用的竹帘纸模多用细密竹条，能够使纸的打浆度相当高，并造出很细密匀称的纸来。唐代曾用淀粉糊剂做施胶剂，兼有填料和降低纤维下沉槽底的作用。宋代以后，则多用植物黏液作“纸药”，使纸浆均匀，杨桃藤、黄蜀葵等浸出液常被用作“纸药”，这种技术自唐代产生，到宋代以后兴盛起来，就不再采用淀粉糊剂。

    同时，也涌现出不少有关造纸的著作。如宋代苏易简的《纸谱》、元代费著的《蜀笺谱》、明代王宗沐的《楮书》，尤其是明代宋应星的《天工开物》，对中国古代造纸技术均有大量记载。该书还对竹纸和皮纸进行了总结性的叙述，书中附有造纸操作图，是当时世界上关于造纸的最详细的记载。

    中国造纸术的外传

    在中国的造纸术外传以前，世界其他国家的民族也都根据本国的不同资源，使用各种不同的材料来书写文字。如印度主要用白桦树皮和一种叫多罗树（一种大叶棕榈树，旧译为“贝多树”）的树叶，来书写佛经，这种被称为“贝叶经”的佛经在隋唐时曾大量流入我国。但这种书写材料和古埃及的纸莎草纸一样不便使用，且难以保存。正是蔡伦发明的纸，给世界文化带来了福音。

    但长期以来，西方人并不知道纸是中国人发明的。他们将蔡伦用破布、麻绳等废料制成的纸叫褴褛纸。直到上个世纪末，他们还认为纸是由阿拉伯人传入欧洲的，而阿拉伯人的纸是棉造纸，褴褛纸则是由欧洲的德国人或意大利人发明的。1906年，英国人斯坦因在西北古长城一处发现几封用粟特文写成的信纸，他依据其他同时发现的文物，断定这是公元2世纪的文物。经化验，他认定这纸完全用破布褴褛制成，在显微镜下看，则是中国麻纤维，有些纸片用肉眼还能分辨出破布织的痕迹。此后，西方人才逐渐公认中国人最早发明了褴褛纸。

    从历史上看，造纸术的外传有一个漫长曲折的过程。

    西汉时的张骞通西域，使中国和西域的文化、经过交往出现了一个高潮，此时，已有一些最初的麻纸被传了过去。东汉时，班超出使西域，致使中西交往再次频繁起来，不少西域中亚的商人来到中国。作为蔡伦的同时代人，班超当然也对受到皇帝嘉奖的“蔡侯纸”表现出了浓厚的兴趣。来中国的西域商人开始用中国的纸来记录数据、书写商业往来函件，因为纸比起简牍来，不知方便多少倍了。斯坦因发现的那封粟特人信纸，距离蔡伦发明纸只有40年时间，这时西域的粟特人已经在广泛地使用纸了。

    纸传到西域后，再往西传到阿拉伯也就不困难了。在新疆吐鲁番、高昌曾经发现过用希腊文、波斯文抄写的耶稣教圣经里的赞美诗。在我国唐朝初年（公元650年左右），阿拉伯帝国已经扩张到葱岭西坡，这时，中国的纸已经在阿拉伯落户。但是，具体的制造纸的技术和方法的西传则可能要晚一些，大约是在公元8世纪的盛唐时期。11世纪时的阿拉伯旅行家贝鲁尼在他的著作中记述了这一点，他说：“初次造纸是在中国……中国的战俘把造纸法输入撒马尔罕，从那以后，许多地方都造起纸来，以满足当时的存在着的需要。”随着阿拉伯势力的扩张，中国的造纸法就继续向西传到埃及、摩洛哥，然后又到欧洲。

    中国的纸往东传播的时间要更早些。公元7世纪（初唐），朝鲜派出大批留学生来长安太学学经术，唐朝皇帝也多次送给高丽、新罗王经史等书。大约在这段时间里，造纸术传进朝鲜，然后又由朝鲜进入日本。有人曾考证，至迟在7世纪末，印度已经有了“纸”字，曾由海路赴印度的义净和尚在他的著作里也表明，大约也是在这个时候，中国的纸已经向南进入印度。毫无疑问，中国造纸术的规模向四境和西方传播，说明它对人类文化所起到的巨大作用是永载史册的。

    在唐朝时，还出现了一种情况，那就是，中国国内生产的纸不能满足需要，还要从朝鲜和日本等国进口纸。元代人陶宗仪汇编的《陶氏说郛》中收了一篇无名氏的文章，叫《负喧杂录》，记载说，唐人用纸，多取自“外夷”，因此唐诗中常能发现“蛮笺”等字样。当时，每年从高丽输入蛮纸，作为书卷的衬纸。另外，日本产的松皮纸、芨皮纸和东南亚国家出产的香皮纸也都输入中国。可见那时造纸术传入朝鲜、日本之后，又在那里得到了很大发展。

    直到18世纪前后，英、法、德等欧洲国家争相仿制壁纸，初期的制品还带有浓郁的中国艺术品的风格。

    造纸术在西方的发展

    公元751年，被阿拉伯人俘虏的中国军人中的造纸工匠，在撤马尔罕生产了纸，并运销整个阿拉伯世界。1157年，简·蒙戈菲尔——大马士革的一名俘虏，在基督教世界办起了第一个造纸作坊。到16世纪，欧洲的羊皮纸就被彻底代替了。而现存的欧洲最早的纸稿是，在西班牙布尔戈斯省发现的11世纪的祈祷书手稿。14世纪末，一些欧洲国家如英、法、德等国，开始用木材造纸。16世纪，欧洲制出了第一张双面印刷的纸。

    在欧洲的造纸史上，最有意义的要属长型纸的制造。1798年9月9日，法国巴黎的印刷出版商皮埃尔·弗朗索丽·迪多的雇员尼古拉·罗贝尔向当时的内政部长德·纳夫夏托提出申请，希望免费得到一种长型纸制造工艺的专利。这种工艺不需要任何人操纵，完全用机械方法制造12～15米长的纸。1799年1月18日，罗贝尔获得了这项专利，从而成为长型纸制造机（或称长网造纸机）的发明者。1803年，他的第一台造纸机展出。这项发明的意义十分重大，它使造纸业摆脱了文艺复兴以来一直使用的利用浆池一张一张地造纸的传统工艺。到1843年，英国纸张的价格已降低了一半。造纸术的机械化就是从此开始的。

    1806年10月7日，英国人韦奇伍德为他发明的复写纸申请了专利，他将一张薄纸在墨水中浸泡，夹在几张吸墨纸中间晾干，就制成了复写纸。

    到1844年，德国人戈特罗普·克勒尔发明了用刨碎的木屑造纸的技术，从而改变了用破布造纸产量不高的局面，为书刊的推广创造了条件。从此，西方人用造纸机，使得以木材为原料的造纸业得到了空前速度和规模的发展，从而为西方的多次技术革命和文明进步做出了巨大贡献。

    还有不少人在现代科技革命的背景中，利用各种最新的技术成就，在不断地改善着古老的造纸技术。尽管有人预言，21世纪电脑中的超大规模集成电路，甚至是所谓第六代智能电脑的“神经网络”将取代造纸术和印刷术，我们仍然坚信：造纸术对人类文明的贡献还将会延续一个相当长的历史时期。纸作为信息的一种最为古老的物质载体，必将“鞠躬尽瘁，死而后已”地造福人类。

    印刷术简史

    从人类文明史的角度看，印刷术具有极为重要的意义。可以说，没有印刷术，就没有人类文明的传播，就不会有人类的教育、科技及整个文化事业的发展，也就不会有整个人类精神文明水平的提高。正因为印刷术的至关重要性，人们曾把它称为人类的“文明之母”。惟其如此，16～17世纪的英国哲学家弗兰西斯·培根在看到中国的四大发明传到西方后所发挥的巨大历史作用时，就给予了极高的评价。他认为包括指南针在内的发明“曾改变了整个世界的面貌和事物的状况……从那里接着产生了无数的变化，变化是这样之大，以致没有一个帝国，没有一个学派，没有一颗星星能比它们在人类事业中产生更大的力量和影响”。现在回过头来看，培根的评价是恰如其分的。直到今天，我们仍不能低估印刷术的历史作用。而就印刷术自身来说，却不是一开始就是今天这个样子的：电脑输入和排版，激光照排和印刷……它经历了一个漫长的历史过程，这个过程先是在中国，后来又在欧洲逐渐地演化过来。

    印刷术前史

    真正的印刷术即雕版印刷术，是在唐朝出现的。因此，这里讲的只是印刷术的“前史”，或者说真正的印刷术产生的技术和文化条件。

    印刷术来源于中国很早就延续下来的刻字和拓印的传统。相关的工艺主要表现在三个方面，即刻字技术、印章技术和刷印技术。

    中国的刻字技术有悠久的历史。上古文字是刻在龟甲和兽骨上的，殷商留下来的有的甲骨文字刀法已经楚楚可观。此后，刻在青铜彝器上的金文、石刻铭文等，有很多都是相当精美的艺术品。中国古代的石刻最有特色。唐朝初年，在陕西凤翔就发现了10块石鼓，每块上面都刻着一首四言诗，就是著名的“石鼓文”。经研究证明，这是春秋初期秦襄王时所刻，现在还保存在北京的故宫博物院中。秦始皇统一全国后，就巡游各地，并留下了许多石刻。后来，就有人想把整本书的文字都刻在石头上，当做读本——这或许就是最早的“书本”。再后来，又有人在石碑上摹拓，古人又叫墨拓、捶拓，实际是一种复制方法，大概也是最原始的印刷了。

    同时，作为印刷术的其他物质条件，如纸、笔、墨等都相继问世。笔和墨在先秦时期已经使用，商代已有原始的笔，春秋时已能制造毛笔。汉代时发明了纸和人造松墨。公元3世纪时，韦诞造的墨达到了“一点如漆”的程度。松墨既是优良的书写原料，也是印刷技术方面上好的着色原料。而纸从汉代到三国、两晋、南北朝时已被普遍作为书写材料了。

    另一方面，由刻字技术演化来的反文印刷原理和技术也不断发展起来。“摹拓”就是这种反文印刷。到南北朝时，刻字技术则独辟蹊径，创造出新的意境。如北魏太和22年（498）洛阳老君洞始平公造像石刻的阳文楷书，北齐马天礻芙等造像碑的阳文隶书，梁萧景神道石柱的反刻字等。这些都说明，中国古人已经熟练地掌握了阳文、反刻的刻凿技术，为雕版印刷术准备了较高水平的刻字工艺技术条件。

    与刻字相仿佛的还有印章。印章究竟起于何时，现在还难以考定，以现有的材料看，在战国时期，印章就已开始流行。随后，汉玺兴盛起来。道教发展后又有符印产生。按照葛洪在《抱朴子》一书中的记载，古人入山要佩戴“黄神越章之印”，以躲避山鬼猛兽，宽约4寸，上面刻有102字；若是阳文反刻，就俨然是一块雕版了。

    在刻有文字的木版或石版上刷黑印物就叫刷印。刷印之前的印物有两种形式：一是用印章刊印文字，即用蘸墨印章向下刊在诸如封泥、帛、纸之类的印物上，这样出现的是白底黑（或其他颜色）字。二是拓印，即摹拓。至今，人们，主要是成年人，都还在广泛使用印章，甚至众多的机关、单位的“公章”也都还是这种印章。而拓印在雕版印刷出现以前曾被广泛使用。

    我们现在知道，拓印、刊印都不是印刷术，但如果没有它们的产生和发展，也就不可能有真正的印刷术的诞生。

    雕版印刷术的发明

    雕版印刷又叫做刻板印刷。它被发明的具体时间，最早有人推到东汉桓帝延熹八年（165）。因为在这一年，山阳高平县人张俭由于得罪了宦官侯览，亡命出走，朝廷“刊章讨捕”，用加盖印信（“公章”）的政府文件传达到各个外府追捕张俭。元代人王幼学注释，“刊章”就是“印行之文，如今板榜”，印刷发行的文章就像今天排版印刷的文章一样。于是，清朝人郑机首先倡议，我国的雕版印刷始于汉代。

    较可信的说法就是雕版印刷发明于隋朝。隋朝人费长房在《历代三宝纪》中写道，开皇十三年（593）十二月八日，隋文帝杨坚下令崇佛，诏书中有“废像遗经，悉令雕撰”等语。明代人陆深在《河汾燕闲录》上卷称，这就是“印书之始”，为雕版印刷术发明之日。后来，胡应麟、方以智、阮葵生等大家也都同样主张。当然，这种说法是有争议的，清代王士祯就认为“雕者乃像，撰者为经”，即雕刻佛像，撰著佛经，而不是雕版印刷。但在《隋书》和《北史》等史书中，也有关于隋代出现雕版印刷的记载，何况那时已经具备了印刷术产生的各种条件。

    雕版印刷是这样一个过程：先找一些质地较好的木板，如梨木或枣木做成的板，再把字写到纸上，把纸贴在板上，用刀把字刻出来，这样印板就出来了。在印板上刷上墨汁，再把纸张盖在印板上，用刷子轻刷，然后揭下印纸，就成了带字的印刷品。

    在唐朝，雕版印刷已有相当规模的发展了。它主要用于三个方面：

    首先是宗教印刷。在隋唐时期，统治者都非常重视佛教和道教的传布，尤其是佛像、佛经得以大量印行。在唐初，在印度取经的著名高僧玄奘带回了许多佛教经典，在唐玄宗的授意下，翻译、印刷工作得到巨大支持和发展。尽管当时的印刷技术还处于“初级阶段”，印出的书籍字迹常常模糊不清，质量很差。但是，也出现了不少精美的印刷品。1966年，学者们考证了一本在朝鲜发现的刻本《陀罗尼经》，大致刻于公元704～751年间，是目前世界上发现的最早的印刷品，应是在唐都长安翻译和印刷出来的。最为精美的当属1900年在敦煌千佛洞发现的一本《金刚经》，在公元868年由王出资刻印，为现存世界上第一部标有年代而又最为完整的雕版印刷品。《金刚经》的扉页上画着一幅释迦牟尼佛对须菩提说法像，画面布局严谨，繁而不乱，线条流畅，笔法简洁，具有很高的艺术价值。

    全书共七页，粘成一幅，长16尺，保存完好。唐代人冯贽在《方仙散录》中写道：“玄奘以回锋纸印普贤像，施于四方，每岁五驮无余。”说初唐时期，玄奘大量印刷发行佛像佛经。

    二是文学印刷。唐代著名诗人的诗作已印刷成书，广为流传。如大诗人白居易的诗集就经常被人拿去印刷，然后卖了，换酒茶饮用。雕版印制的《唐韵》五卷和《玉篇》30卷，说明多卷本的书籍已大量印刷，并被由日本来华的名僧宗睿带回日本。唐末，在成都还印有一些教学用书。而在唐贞观十年，长孙皇后去世，宫司呈上她所写的10篇《女则》，皇帝阅后大为惊叹，认为这书“足垂后代，令梓行之”，就大量印行这本内容严肃、具有较高道德教育价值的书。

    三是科技印刷。大多是农书、历书和医书。唐中期，都城长安的市场上就有类似今天“新华书店”的铺子，公开出售这些书籍。甚至有些商人就自己组织力量，印刷历书、医书等。

    在官府正式颁布新历以前，就有商人提前印出新历，并在市场上出售。到唐后期，这种非经政府许可的民间印刷行为引起了皇帝的重视，以致于屡遭禁止。但科技书籍的大量印刷极大地推动了唐朝文化的繁荣。

    到五代时，雕版印刷在全国已相当普及。当时有毋昭裔印行《文选》，冯道印刷六经，儒家经典得以更广泛地传播，几乎没有什么书不可以版印了。这为宋代印刷业的繁荣奠定了雄厚的基础。

    雕版印刷术的发展和传播

    进入宋代以后，雕版印刷技术进入了完善发展的阶段。

    这时刻印的书籍流传至今的大约有七八百种，印制得都非常精美，现在都已成为珍贵无比的善本书。我们把每一本流传到现在的宋版书籍都当做极其珍贵的文物和艺术品。

    在宋太祖开宝四年（971），张徒信在成都刻印了全部《大藏经》，共5048卷，雕版达十三余万块，费时12年才完成。这在古代印刷史上是一项很大的工程，标志着宋代雕印技术已经达到一个相当高的水平。因为当时的雕版大多是用梨木或枣木做成，所以当时流行着“灾及梨枣”的成语，从一个侧面反映了宋代印书风气之盛。

    1132年，宋代人还在湖州刻印佛经5400卷，一年内即告完工。宋朝技艺高超的雕版工匠主要集中在浙江的杭州，他们在这里刻印了大量的经书、史书、子书、医书、算书及文集等，为宋代的科技和文化繁荣做出了巨大贡献。

    宋元时期，我国周边少数民族地区也广泛流行雕版印刷。近代人们在新疆吐鲁番地区陆续发现的许多雕版印刷品，不仅有汉文，也有蒙文、藏文、梵文、西夏文、回鹘文等，有的印件还有成吉思汗的署名。金代的雕版印刷中心在平水（今山西临汾），元代主要在杭州和福建的建阳，雕印事业经久不衰。

    宋以后，木版雕印开始发展为铜版印刷。它的工序和木版一样，只是铜版印刷的质量更高，多用来印制钱钞，使一般人们难以模仿。但是，铜版印刷始终未能取代木版印刷，直至明代以前，仍以木版雕印为主。

    在雕印事业发展中，另一引人注目的事实是，它一经产生，就开始传入邻近的亚洲各国，后又传入非洲和欧洲等地，对世界文明的发展做出了应有的贡献。大约在公元10世纪末，雕印术传入朝鲜，11世纪初，朝鲜人用了六七十年时间雕成一部《大藏经》。稍晚些时，又传入日本。朝、日两国主要因为输入中国的印本佛经的刺激，才模仿中国自己的刻印书籍。另外，还有不少中国工匠飘洋过海，到朝鲜和日本传授印刷术。印刷术往南还传到越南。13世纪中叶，越南开始以木版印刷户口帖子。15世纪时，正式版印儒学典籍。13世纪末，通过印制纸钞传入伊朗，又从伊朗传到非洲的埃及。14世纪末，通过中国印制的纸牌传入欧洲。欧洲现在保存的最早的雕印实物是公元1423年的《圣克利斯道夫像》。16世纪时，印刷术传入菲律宾。

    但是，雕版印刷业的繁荣和广泛传播，并没有掩盖它的缺点，如刻版费时费工，印大部头的书往往需花好几年的时间，刻版时如出现错字，很难修补，也常常因几个错字而把整个版毁掉重刻。另外，大量刻印书籍，木版体积过大，难以保存，时间长了，易被老鼠等破坏，而且木版还容易变形。这些缺点要求人们去发明更高级的印刷术。

    活字印刷术的发明

    现在，我们的印刷厂都使用机器了，其中不少还在使用活字印刷术，不过不是古代的泥活字或木活字，而是铅活字。可见，宋代平民毕升日发明的活字印刷术已经连续使用近1000年了。

    宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中对毕升日发明活字印刷术进行了描述。毕升日用胶泥刻字，一个泥活字就是一印，用火烧硬。在一块铁板上放一个铁框，在框内排满泥活字，再放上蜡和松香之类的东西，然后放在火上加热，蜡和松香等遇热熔化，把泥活字连在一起，再用一块平板将活字压平，冷却后就成了活字印版。印完后，印版一加热，活字就可以取下来，以备再用。像“之”、“也”之类最常用的字，就烧制上几个或几十个，保证一版中没有缺字。有的偏僻生字可以随时烧制。为提高效率，准备两块铁板，交替使用，一版印刷，另一版排字。第一版印完，第二版已排好，从而提高了印刷速度。

    毕升日是在杭州发明活字印刷术的，因为杭州是当时著名的刻书中心，人人都对刻板印书的困难深有感触，毕升日创意烧制活字是很有现实条件的。显然，活字印刷是雕版印刷术发展的结果。但据沈括的记载，毕升日之所以用泥而不用木制作活字，是因为“木理有疏密，沾水后高下不平，且与药相黏不可取”，这说明当时已有人尝试过木活字印刷。无论如何，活字印刷比起雕版印刷来无疑具有很多优点。比如，活字可以重复使用，节省了大量的人力和物力；发现了错误，可以随时更换，印刷质量较高；制版也快，印刷速度大大提高，有利于大部书籍的印刷。

    但是，活字印刷术毕竟刚刚诞生。在宋代，它还处于试验阶段，当然也会有不少缺点。有些人就以此否定活版的优势，致使这一技术未能很快推广开来。宋元时期，雕版印刷仍占据主导地位。只是在南宋时，姚枢曾教弟子杨古用活字版印书，并印成朱熹的《小学》和《近思录》等书。但是，今天人们很少见到流传下来的宋代活字印本实物，这使一些史学家认为这一技术因印书质量较差而“失传”了。

    活字印刷术在元朝逐渐成熟。著名的《农书》的作用王祯说有人曾改进毕升日的泥活字为活瓦字，还有人“铸锡作字”，可见活字印法并未失传，而是仍在摸索、试验和改进之中，但效果仍不很理想，最大的缺点就是王祯所说的“难于使墨”，就是瓦字或锡字吸水性差，用水墨印时，字迹往往不够清晰。要进一步改进，有两种途径：一是选取吸水性较好的材料做活字；二是改变印墨，增加墨的浓度和附着性。王祯选中第一条路。虽然毕升日抛弃了木活字，但王祯还是在改进的基础上创制了木活字，因为木质的吸水性比瓦、锡强，又因为木活字也存在着不易与黏合剂分离的缺点，王祯就不用黏合剂，而用竹片作为界盔，四周用木楔塞紧，使用效果较好。他在担任安徽旌德县尹时，让工匠制木活字3万多个，运用他所发明的转轮式检字盘，排字“按韵取字”，非常方便地印刷了有6万多字的《旌德县志》100部，费时不足一月，很是令人满意。这是我国有记载的第一部木活字印本，也算是当时用水墨印刷的最佳方案了。

    此后，元代还出现了铜活字，如元统元年（1333年）以后不久的活字印本《御试策》，就是被史学家称为“世界上现存最早的铜活字版所印成的书籍”。明代无锡人华燧在铜活字印刷术上也做出了巨大贡献，并使之在明清时代得以广泛使用。到明代，人们还创制了铅活字，在常州就有人用铅活字印刷书籍。铜活字和铅活字在把水墨改为油墨以后，印刷效果就真正超过了木活字。清朝前期的“百科全书”《古今图书集成》就是用铜活字印刷的。

    由毕升日初创、经过200多年到元初产生较好效果的木活字印书法，经历多次改进，足见毕的活字法具有深远的社会影响，几百年来被后人不断发扬光大。有趣的是，即使在清代，铜、铅活字都已流行的时候，人们对泥活字和木活字还有深厚的感情。比如，清代道光年间，安徽泾县的翟金生按毕的方法，制成10万多个泥活字，按字的大小分为五种字号，并用它印刷了《泥版试印初编》等书。另外还有不少人用泥活字印书，至今，北京图书馆还保存着好几种清代人用泥活字印的书。而在乾隆年间，清廷还用枣木制成木活字253500多个，先后印成《武英殿聚珍版丛书》138种，共2300余卷，这是我国历史上用木活字印刷的规模最大的一套书。

    从元朝开始，活字印刷术就开始向中亚传播。今天，在敦煌千佛洞发现的元朝维吾尔文木活字就证明了这一点。后来传入欧洲，据考证是由蒙古人经过俄国传入德国的。活字印刷向东传入朝鲜的时间较早，又经朝鲜传入日本。欧洲最早的谷腾堡的活字约在1444年～1448年之间，比毕晚了400年。

    套色印刷增色版画艺术

    在活字印刷术出现的同时，一种主要用于印刷多种颜色的版画的印刷技术——套色印刷也产生了。在四川，就曾流行过一种用青、红、蓝三色套印的纸币。这种印刷术实际是从雕版印刷术直接发展起来的。

    套色印刷需要复杂精密的工艺过程。如要印制红绿两种颜色的版画，就用两块形状和大小完全相同的板，先制成一块印红色部分的印版，用另一块制成印绿色部分的印版。先在纸上印出红色的部分，再用另一块印版印上绿色的部分，两块印板都必须十分精确地印在适当的地方，使红绿两种颜色的图案恰切地吻合为一体，这就制成了一幅两色的印刷物。如果两块印版吻合得不精确，就会出现错位，印出的字会参差不齐，无法阅读；印出的画就会是变了形的图案。如果印制三种或三种以上颜色的版画，方法与此相同，但印制工艺必然更为复杂、精密。

    元朝时印制的《金刚经注》就是用朱墨（即红、黑）两种颜色套印的，这是我国，也是世界上现存最早的套色印刷物。到明朝中期以后，套色印刷得以广泛使用，还出现了许多擅长套色印刷的名家。到了清代，这种印刷方法达到鼎盛时期，各种五颜六色的版画进入了千家万户。这时候，出现了五种颜色套印的版画作品，颜色鲜艳，浓淡相宜，达到了精妙入微的程度。类似的彩色年画遍及全国各地，极大地丰富了人们的文化生活。全国著名的版画印刷中心就有天津的杨柳青、苏州的桃花坞、山东的潍县等。

    我国发现的套色印刷技术，应该说在人类的绘画艺术发展和传播中起到了非常大的作用，并深刻地启迪了当今的彩色铜版印刷技术。

    印刷术在西方的发展

    在隋唐宋元发明和改进印刷术的时候，曾经迅速把造纸术传到了西方的阿拉伯人，却没有积极地通过西域和海陆接受中国的印刷术，并将它传入西方。这可能是因为信奉伊斯兰教的阿拉伯人认为，印刷《古兰经》是对先知真主的不尊重吧。直到元朝横跨欧亚的蒙古大帝国建立起来，教皇圣·路易和罗马教廷与可汗建立了往来关系之后，印刷术才迅速传入西方。在这个时期，东西方的文化交流十分频繁，欧洲人便很快掌握了活字印刷术。

    在1400～1440年间，西方人还在使用雕版印刷。到1440～1450年间，德国印刷工人谷腾堡同几个工人合作发明了铅活字印刷术。他还改进了铅字的材料，发明了铅、锑、锡合金，对提高活字质量，长期保存活字做出了贡献。1455年（明代宗景泰六年），谷腾堡用铅活字印刷了《圣经》，这是用活字印刷的第一部拉丁文《圣经》。《圣经》的印刷使大批平民知识分子可以直接阅读这本原来由教会垄断解释权的书，并有了自己的理解，由此激发了路德领导的宗教改革，成为西方启蒙运动的重要发轫点。1465年，谷腾堡又创办了一家印刷厂。1470年，索邦神学院（今巴黎大学前身）印刷了第一本法文书，但其原版书于16世纪初散失。

    谷腾堡发明的印刷机使用了四个世纪。17世纪初，法国还出版了自己的第一份报纸。此后，西方人在印刷机械的改进和完善上做出了巨大贡献。

    法国迪多用铁版台代替木版台（版台就是安装印版的水平台面），还研制出“一次性印刷机”

    ，将印刷速度提高了一倍。1737年，他还制定了活字的“点”制，统一了活字规格。几乎同时，英国人斯坦厄普用全金属印刷机取代了木制印刷机，使每天的印刷效率提高了10倍（相对于谷腾堡）。到1811年，因为蒸汽机的广泛应用，德国人克宁造出了蒸汽机驱动的印刷机，不久，他又同阿·鲍尔合作，制作了第一台滚筒印刷机和其他几种印刷机。当时在英国，一台印刷机一夜间可印出4000份伦敦版《时报》。

    1845年，一台新型的轮转式印刷机由法国人沃尔姆和菲利普开始研制，但因弧形印版的做法有很大困难，这台新机器迟迟未能问世。直到1866年，才由制版专家尼古拉·塞里埃和机械制造商马里诺尼合作研制出来，立即用于印刷《自由报》。当时发明印刷机似乎是赶时髦的事情，约瑟夫·朱尔·德里则早在1863年就为他的轮转式印刷机申请了专利。

    美国人在这方面也不甘落后。1845年，理查德·霍取得了报纸轮转印刷机的专利，到1881年，经过不断改进，它已经能够在一小时内印出2.5万份八页的报纸来。20世纪后，类似的印刷机每小时已能印出70万份四页的报纸。奥托玛·默根特勒研制的一种能够整行地铸出铅字的机器（即整行排铸机）于1886年投入市场，它最初是为《纽约赫勒尔德论坛报》发行商制造的。1887年，托尔伯特·兰斯顿发明了单字排铸机，它每小时能铸出9000个铅字，比整行排铸机多4000个。石印专家鲁贝尔于1904年发明了胶印，这是在改进石印工艺的基础上发展起来的。它和石印一样属间接（转移）印刷，不过所用印版是锌纸版，这使印刷速度大大提高，可进行大规模印刷。现在，我国不少地方的一些小型印刷厂仍然延续这种胶印。

    石印的发明人是波兰的阿洛伊·逊纳菲尔德。1796年，他用油性软黑铜笔在石灰石上画图写字，将石灰石浸入水中，石上图文部分不沾水，空白部分则吸水；再在石块上涂油墨，空白部分因有水而拒墨，图文部分和干的部分吸附油墨，将这样的石印石放在印刷机上，就能复制出原先描画上的图文来。后来，他又用拒墨性较好的阿拉伯树胶和硝酸溶液代替了水。

    奥地利人卡尔·克利施还在1875年发明了照相凹版印刷工艺。他将图文拍照在软片上，晒到涂有感光胶膜的碳素纸上，再转移到印版滚筒上，最后用酸液腐蚀而成；金属版面的凹陷部分有油墨，用刀先将滚筒表面的油墨刮取干净，留在凹部内的油墨接触纸而转移到纸上。这一印刷工艺曾被广泛应用于画报、商品目录和商标的大规模印刷上。

    随着光电技术的发展，1944年，法国人伊戈内和穆瓦隆发明了光电管自动照相排版机。它可以直接选择活字，通过镜头曝光，在感光片上感光排字。

    18～20世纪还发展了一系列印刷辅助机器，如詹姆斯·瓦特发明的复印机（1773）、意大利人佩莱格里尼·图里的打字机（1808）、马林·汉森神甫发明的打字机（1870年投入商品生产）、作为现代打字机鼻祖的英国人克利斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯发明的键盘打字机（1876）、爱迪生的蜡纸复印机（1877）、迪克的油印机（1887）、匈牙利人杰斯特纳的使用蜡纸的轮转型油印（复印）机（1881～1888）、美国人乔治·C·布利肯斯德弗的手提式打字机（1889）和撒迪厄斯·卡希尔的电动打字机（1901）等，以及美国人贝德勒的照相复制技术（1903）和雷克蒂格拉夫公司的照相复制机（1907年生产，1960年以后普及）、卡尔·米勒的干片影印法（1944），都极大地推动了印刷技术和印刷出版事业的迅速发展。其中，1938年10月22日，美国人切斯特·卡尔森用干板光电复印法复制了一张图。1939～1944年，他向20家印刷厂推荐他的这项专利技术，均遭拒绝。1944年～1947年，印刷厂才同他签订了生产合同。直到1959年，第一台干板光电复印机xerox914问世，每分钟复印九张。到二十世纪80年代生产的xerox9400型，则可达每分钟120张。这种复印机此后很快在全世界普及。

    现代印刷技术及其发展趋势

    现在，有人也将出版印刷行业纳入新兴的信息产业之中。还有人将人类信息交换的历史划分为五个阶段：一是在远古时期用语言来交换信息；二是自公元前5000年发明文字始，语言和文字成为最早的信息载体，传承至今；三是印刷术的发明，报纸、图书、期刊等极大地扩大了人们的信息交换范围；四是19世纪开始发明了电报、电话、无线电、传真和电视等现代信息技术，使人类的信息交流冲破了时空限制；五是20世纪中叶以来的电脑、卫星、无线电和光纤通信技术等，使信息交换又发生了深刻变化。这样看来，印刷术作为第三个阶段，似乎已经过时。但是，我们所亲身感受到的是：随着第四、第五阶段新的信息交换技术的兴起和发展，古老的印刷术也在不断地被新兴技术所改造和完善。现在出现的各种精美的印刷品凝聚着人类在电脑信息技术上的高度智慧，使中国古人的发明重放异彩。

    现代印刷工业上广泛使用的感光树脂、光固化涂料及黏合剂等，是现代材料科学技术对印刷业的恩赐。现代激光技术使激光照排系统在20世纪70年代以来极大地改善了印刷排版的速度和质量。

    一份报纸，尤其是各种全国性的大型日报的出版发行能够在同一天内传递到全国各大城市的读者手中，完全得益于以电脑为核心的信息网络系统的高速度。在密织于全国乃至全世界的信息高速度公路网中，各地的电脑终端、传真机、扫描机、打印机等使得同一版面的报纸内容可同时在不同的地方被大量地印制出来。

    电脑多媒体技术的发展带来了大量的电子出版物。在不久的将来，我们每一个人在拥有一部电脑的同时，也就可以拥有自己的“图书馆”，坐在联网的多媒体电脑前，就可以遍览世界各大图书馆的丰富图书。在这里，你所阅读的某本书的具体内容，是通过现代的电子或激光扫描技术将那些文字输入世界电脑网络的。

    甚至有人预言，随着电脑信息技术日新月异的发展，书报、杂志、纸钞、支票、证券，以及一切以纸为载体的信息，都将逐步被“印刷”到超大规模集成电路甚至未来第六代计算机的人工神经网络或集成光路及生物大分子或细胞上。这作为一种活的载体，具有很强的适应性和不可变性，呼之即来，挥之即去，既安全又可靠，不怕丢失，不怕被盗，只要周期刷新，就能永世长存。现在的“硅翻砂厂”（即超大规模集成电路的研制厂家）兼具造纸厂和印刷厂的双重职能。21世纪被认为是最先进的信息技术取代纸张和印刷术的世纪。

    但是，人们在电脑前读得疲累之时，转过身来顺手从自己的书架上取下一本精美的书来读一读，不是也很惬意吗？

    火药简史

    火药最初是中国人的创造，曾作为中国古代的“四大发明”之一，而对世界历史的发展起到了巨大的作用。还在诺贝尔发明现代炸药的几十年前，马克思和恩格斯都曾对火药在世界历史中的作用给予了中肯的评价。马克思说：“火药把中世纪的骑士阶层炸得粉碎，从而奠定了人类进入资本主义时代的社会阶级基础。”恩格斯也说：“火药和火器的采用决不是一种暴力行为，而是一种工业的，也就是经济的进步。”

    古代炼丹家的贡献

    我们现在知道，火药的主要成分有三种：硝石、硫磺和木炭。这三样成分在我国都被叫做“药”，都有不同程度的药物性能。它们合在一起就产生一种新的特性，即能燃烧和爆炸。用化学术语来说就是，硝石又叫硝酸钾，是一种氧化剂，硫和炭是还原剂，极容易被氧化。当它们混在一起燃烧时，氧化还原反应就会迅猛进行，产生高热和大量气体，体积可在瞬间膨胀到原来的100多倍。如果火药装在陶罐或铁皮里面，就会随着火药体积的突然膨胀而爆炸。这就是最早的火药——黑火药，因常常呈现出褐色，所以又被称为“褐色火药”。

    那么，火药怎么会来自一种“长生不老”药呢？顾名思义，火药就是能着火的药，而药当然是能给人治病、健身的东西。“火”表明这种东西的燃烧或爆炸特性，“药”则表明它最初来源于人们对养生治病的追求，主要是古代道士们对长生不老的追求。换句话说，火药是古代炼丹家们在长期的炼丹——最原始的化学实验过程中创造出来的。

    火药的发明过程可以追溯到遥远的年代，它既与劳动人民的长期艰苦的生产实践有关，更与古代炼丹家们在某个特定历史时期的炼丹活动关系密切。

    早在殷商和周王朝时期，我国就已经有了相当发达的冶金事业，并广泛地使用了木炭。硝石和硫磺在自然界里都是独立的存在物，很早就被人们开采，并对它们的性能获得了初步的认识。秦汉之际出现的炼丹术士们就开始摆弄这些东西，并发现了它们许多新的特性。

    现代的科学史家们往往把炼丹术看作是近代化学的先驱。炼丹家们的炼丹活动正是近代化学实验的原始形式。但是，炼丹活动并不等于近代化学家们所做的各种化学实验，炼丹家们的目的并不是为了探求物质的化学性质及其组成，而是为了寻求“长生不老”药。因为他们相信，“我命在我不在天”，认为老天并不能主宰人，神灵也毫不可靠，祈求神灵保佑健康长寿也是徒劳。有病必须求医，想长寿完全可以依靠服食“仙药”，而“仙药”并不是天赐神与，它是完全可以由人制造出来的。这些朴素的唯物主义思想成了炼丹术具有相当程度的科学性的思想根源。

    为寻求这种“长生不老”药，一代又一代的炼丹家们在草木之药、黄金、石头、水银、白银等化学物质中寻找和配制。到汉武帝时，炼丹已经相当普遍。到魏晋南北朝，炼丹术已经发展到它的鼎盛时期，这时，从汉代就已形成的九鼎丹法和太清丹法两大支里，又生出许多小道旁门，著名的道士和炼丹家如东汉末的魏伯阳、晋代的葛洪、梁国的陶弘景等，都有炼丹专著，实践成果也很丰富，被后世丹家奉为鼻祖。

    古人炼制丹药分大丹和小丹，大丹需要经过炉火炼制，得金丹，这种方法叫火法炼丹；小丹即直接应用五金八石等物质，并须先将这些药物溶化成水，这种方法又叫水法炼丹。其中，以火法炼制大丹又有南北两个系统。北方系统以《龙虎经》和《参同契》为代表，主要是炼砂汞为还丹，一种炼法是将汞与硫磺合炼得到丹砂，这是一个非常重大的化学成就，也是人类最早通过化学合成方法得到的人造化合物。而在水法炼丹中，使用最多的是硝石和醋酸配合，或单用硝石或醋酸，其中有十分复杂的无机和有机化学反应过程，从而制得硝酸等崭新的化合物。这样，炼丹家们对硫磺和硝石的化学特性获得了比较全面的科学认识。

    再进一步，炼丹家们自然得到了一副火药的配方，这是令人惊奇的。“长生不老”药的确是没有能够炼制出来，反倒获得了与“长生不老”毫不相干的许多化学知识，如他们对金、银、汞、铅、硫、硝、炭（碳）、铜、铁、醋酸等等诸多化学物质的特性及其化学反应过程几乎已了如指掌，其中尤其是对铅的化学特性、铜铁之间的置换反应及硝石、硫磺和木炭之间关系的认识，具有近代化学的明显特征。而最后这一点正与火药密不可分。

    火药的诞生

    在我国西汉时期的道家典籍《淮南子》（公元前150年）中就有关于硫磺的记载。成书于公元前后的《神农本草经》，将硫磺和硝石作为可治病的上品药物列了出来。西汉时淳于意还曾用硝石治疗王美人的疾病。炼丹家们又在他们长期的炼丹实践中将硝石、硫磺、雄黄和松脂、油脂、木炭等材料不断地混合、煅烧，这使火药的发明成为必然。

    硝石，古人又写作消石，意思是它是一种能够消化各种石头的东西。隋唐时期，炼丹家们已经认识了它的焰色反应。例如，一部叫做《九鼎丹经决》的丹道经典就记载说：“烧之紫青烟起，仍成灰，不沸无汁者是硝石也。”说硝石燃烧时的火焰呈现出紫青色，并把这一点作为硝石与朴硝、芒硝的重要区别之点。“不沸”而又“成灰”，表明其中的硝酐具有较强的氧化作用，这是它跟硫酸盐、盐酸盐的重大区别，燃烧时出现的紫青色火焰，是钾离子的焰色。从现在的化学知识来看，用这两条来辨认硝石（KNO3），是十分科学的。

    炼丹家们还对硫磺的各种特性进行了“实验”观察和研究，他们发现，硫不仅能和铜铁起化合反应，而且能制服神奇的水银（汞）。硫的化学性质非常活泼，很容易着火，跟空气中的氧起化合反应，这使人们很难制服它。古人为了驯服它这种暴烈的性格，就尝试着对硫磺进行“伏火”处理。“伏火”原本也是一种疗除疾病的方法，炼丹家们根据中医理论中的阴阳、五行和脏象经络之说，认为硝石和硫磺都是阳物（因为它们都能着火），会有阳火之毒，能败人五脏。为了使人服食之后不仅没有任何毒性，而且能滋润五脏，使人体内五脏之气和合混融，助益长寿，就必须设法制伏火毒，这就是“伏火”。“伏火”的具体方法也很简单，就是“以毒攻毒”，用火烧一下，火毒也就自然被消除。当然也还有其他的伏火法，而只有一种伏火法对火药的发明起到了决定性的作用。

    关于黑火药配方和燃烧的最早记载，出自唐代初年著名中医、“药王”、养生家兼炼丹家孙思邈所著的《丹经内伏硫磺法》一书。这也是世界上最早的轻工业火药原始配方的记载。它描述了对硫磺的伏火方法：把沙罐或销银锅埋进土里，罐口或锅口与地面平，周围要用土夯实，把硝、硫各二两放进去。然后用火烧皂角子三杖，不要烧成灰，而烧成炭就行，再一个个放入罐或锅中。这时，刚刚烧过的皂角子带着余火与硝石和硫磺接触，硝和硫就会自动燃烧起来。等待焰烟冒完之后，用木炭推到罐口上加热，就得到了一副黑火药的配方。这里，黑火药的三种主要成分都已齐备：硝、硫和炭。只因为炭没有研碎，并与硝、硫充分均匀混合，因此反应不够剧烈，加之“伏火”的目的在于防止和避免发生剧烈的燃烧和爆炸，一些措施也只使反应出现燃后冒出紫青焰火的结果。后来，人们逐渐从避免爆炸到有意识地利用爆炸，摸索出各种黑火药的配方，形成了一个独具特色的黑火药体系。

    在孙思邈之后，唐代一位叫郑思远的丹家撰写了一部《元真妙道要略》的丹道典籍，记载着这样的一种火药制法：“以硫磺、雄黄合硝石并蜜烧之。”就是用硝石、硫磺、雄黄和蜂蜜在一起烧炼。因为蜜作为有机物，含有丰富的碳元素，它又是半液体的流质物，能够和硝石、硫磺充分均匀地混合，烧炼时突然起火爆炸。“焰起烧手面及烬屋舍”，烈焰猛烈冲起来，烧坏了人的双手和面部，并冲上屋顶，烧毁房梁。这表明，充分均匀混合的硝、硫和炭能够发生剧烈的爆炸反应。至此，黑火药的典型配方和它的巨大威力就被中国人掌握了。

    其实，在炼丹炉中发现这种爆炸现象，要比这一发明和发现的记载早得多。例如《太平广记》一书就记载着，隋唐初年，一个叫杜子春的人去拜访一位炼丹老人，半夜时被一声巨响惊醒，看到炼丹炉有“紫烟穿屋上”，房屋顿时着起火来。这很可能是炼丹时配制药方，无意识地造成火药配方，不小心引起的燃爆现象。

    火药就这样诞生了，它是我国古代人民在指南针、造纸术和雕版印刷术的发明之后，对人类文明所做出的又一重大贡献。“四大发明”至此已基本完成。

    火药在军事上的应用与发展火药虽然在唐代初年就已经发明出来，但之后却一直是炼丹家们丹房中的秘密，并没有很快地应用于生产或军事活动之中。直到宋代才有了这样的应用。

    最早最系统地记载火药应用的，是1040～1044年间由曾公亮、丁度编撰的《武经总要》。

    这是一部专门研究军事和兵器的著作，其中收录了火药在宋元间的三种主要用途和三个新配方。

    火药的三个配方分别是（此处不予全录，只择其要）：

    （1）火药方：晋州硫磺14两，窝黄7两，焰硝40两……松脂14两……（2）蒺藜火球方：硫磺20两，焰硝40两，粗炭末5两，沥青2.5两，干漆末2.5两，桐油、小油、蜡各2.5两……（3）毒药烟球方：硫磺15两，焰硝30两，草乌头、巴豆、狼毒、木炭末各5两，桐油、小油、沥青各2.5两……这里的“两”是我国古代采用的旧市制单位，16两相当于1斤。这样，在三个药方中，硝、硫磺、木炭的重量百分比分别是：

    （1）65.6%，34.4%；（2）61.5%，30.8%，7.7%；（3）60%，30%，10%。

    从现在的化学知识可以知道，在黑火药发生爆炸时的化学反应过程中，硝、硫、炭的重量比应该是75%、12%、13%；或者是78%、12%、10%。把这个比例与《武经总要》中所记载的三个药方相比较，可以看出，第（1）方中不含木炭，严格说来不能叫“火药”，只能叫燃烧剂。

    第（2）、（3）两方中，硫的含量都比理论上应该具有的含量大得多，硝、硫的比例约为2比1，木炭的含量变化很小。所以，这后两个方子实际是一个配方，所不同的只是添加的其他副料有区别，而按正常爆炸的化学反应的客观要求，这两方中硝、硫和炭的有效重量应该分别是：硝25两，硫磺3.3两，炭5两，总重量为33.3两。而所谓“烟球”、“火球”的说法则表明，由于它们的主要成分含量比例搭配并不符合理论上的恰当配合，因此爆炸力量很弱，甚至可能不爆炸，只是一种快速燃烧物，燃烧时只放出滚滚浓烟或球状火焰。因此，当时所出现的各种军用火器恐怕都不具有爆炸杀伤力。

    在唐代的许多战争中，人们或多或少地利用了火药，但刚开始只是利用其燃烧性来打击敌人。据唐朝末年路振飞在《九国志》中记载，唐哀帝（公元905年～907年在位）时，郑率兵攻豫章，“发机飞火”，烧了龙沙门。这个比较可靠的记载表明，火药的威力已初步显示了出来，但仍主要不是依靠火药的爆炸性。

    真正具有爆炸性的武器也只是到了北宋末年才开始出现。李纲在《靖唐传信录》中记载了一种霹雳炮，也是一种霹雳火。南宋高宗时期，北方金人完颜亮往南侵扰，与宋朝官兵在采石一带发生激战，宋朝官兵就使用了这种武器。李纲在书中曾这样来记述它的构造和威力：“以纸为之，而实之以石灰、硫磺。炮自空而下，落水中，硫磺得水而火作，自水跳出。其声如雷，纸裂而石灰散为烟雾，眯其人马之目，人物不相见。”他说，用纸来造霹雳炮，里面用石灰和硫磺充实起来。炮从空中落到水里，硫磺遇水而急剧燃烧，并从水中跳出来，爆出雷电般声响，外包石灰的纸被爆裂，而石灰粉就飞散开来形成烟雾，将敌人人马的眼睛毁坏，使他们失去战斗力。从这里可看出，霹雳炮对敌人的作用主要不是火药爆炸时所产生的杀伤力，而仅仅是通过爆炸将石灰粉泼撒开来，以迷失敌人眼目。

    它较小的爆炸力，及含有过量的硫磺，都可能与前面已说过的燃烧性火药有渊源关系。但这毕竟已是爆炸性火药，是火药自身的一种重要发展，这完全是靠火药在军事实践中的应用推动的。此后，火药的爆炸杀伤力便逐渐增强。

    据记载，1232年，蒙古人包围了汴京（今河南开封）。金人防守京城，就使用了一种“震天雷”，“用铁罐盛药，以火点之，炮起火发，其声如雷，闻百里外，火（ruò）围半亩之上，火点著甲铁皆透。”和现在的炮弹很相似，把火药装进铁罐里，点火使它爆炸，声如炸雷，百里之外都可听见，燃烧的大火可蔓延半亩之广，并可将兵士穿戴的铁制盔甲烧透。由此可见，这时的火药已具有相当可观的爆炸杀伤力。

    火药在军事上的应用推动了各种火器的发展，并且自身也在火器的推动下获得了发展。

    在火药出现以前，古代军事家们就曾使用过叫做火箭的武器，但那时的火箭只是在箭头上绑些松香、硫磺之类的易燃物质，用来烧毁敌方的粮草、宿营地等重要目标。显然，这不是近代意义上的火箭，因为它不是靠火药推动的。唐代出现火药以后，就有人尝试制作火药推动的火箭，极大地增强了火箭的威力。不久，人们又在古代石炮的基础上，制成了火炮，并用于战争。古人的石炮又写作石石包，因为它是用石头做成的，用一种叫做“抛石机”的东西把石头抛射出来，因没有火药等爆炸性物质，因而不会发生爆炸。现在的象棋中，“炮”仍然写作“石包”，就是这个原因。但是，当人们用火药制成的火炮点燃后，也同样用原来的抛石机抛出来，就立即显示出了火药火炮所具有的空前巨大的威力。毫无疑问，这是武器史上的一个重大进步。

    在宋代的战场上，火药已经得到较多的应用。而且，随着战争中各种复杂情况的需要，火药的配方也由简单趋向复杂。前已述及的《武经总要》里，记载了当时已经制造出的具有毒性、燃烧性、爆炸性及供烟幕用的各种火药。而在前述三种火药配方中，最复杂的一种由14种原料配制而成。

    宋真宗咸平年间，有一位名叫唐福的士兵还制造出了世界上第一支“火药火箭”，同时还制造了火球、火蒺藜、毒火药等爆炸性武器，可能比曾公亮等所记的“蒺藜火球方”等具有更强的爆炸力。宋真宗还让他当众作表演，赢得阵阵喝彩。“火球”用现在的话说就是比较大的火药包。“火蒺藜”就是大火药包里装入一些带刺的铁蒺藜，既可以打击敌人，也可以撒在路上，阻止敌人的骑兵前进。“毒火药”大概就是在火药里装上砒霜之类有剧毒的物品，燃烧后能散发出一种毒烟，致使敌人中毒而取得战争胜利，这可能算是世界上最早的毒气弹了。

    火药和火器之所以能在宋代得到广泛的应用和发展，一个最重要的原因就是，宋代在我国历史上是一个民族矛盾和阶级矛盾都很尖锐的时代，西夏、金、辽及蒙古人等不断侵袭宋朝边境，甚至深入宋朝腹地，占其首都，将宋王朝赶到南方。同时，王朝内阶级矛盾也很尖锐，经常有农民起义爆发。这些都使得宋代的对外对内战争十分频繁，并使宋代进入了我国战争史上的“火器时代”。北宋还设有庞大的军器监，监中有11个大作坊，第一个大作坊就是“火药作”，足见北宋政府对火药生产的高度重视。其中还有一个“火作”，专门负责制造火炮、火蒺藜等火器，生产的数量十分可观。

    在众多的火器中，“霹雳炮”、“震天雷”等是已具有较强爆炸力的火器，比以前有了很大的改进。比如：震天雷已不再用纸、布、兽皮或陶作外壳了，而是用铁皮作外壳，从而增强了爆炸杀伤力，这类火器的出现标志着我国火药的应用进入了一个新的阶段。在宋靖康元年（1126），金兵包围北宋的京城开封，著名的将领李纲就是用霹雳炮击退金兵的。

    此外，很重要的一种火器就是管形火器的发明。它是受到过去的筒箭的启发而构想出来的。

    筒箭是我国历史上的传统武器之一，它是把箭装到筒里，能够较平衡地发射出去，很容易命中目标。宋理宗时，曾经对弩箭加以改造，从而做成筒木弩。南宋初年，有人采用类似的方法，做成筒形发射器。汤在《德安守御录》中记载说，绍兴二年（1132），李横攻德安，坚守德安的宋朝军队“以火炮药造下长竹竿火枪二十余条……用两人共持一条，准备天桥近城，于战棚上下使用”。蒙古人攻打汴京时，金人仿制的这种筒形火器（当时人们称之为“火枪”）也发挥了很大作用。之后，这种火器不断加以改进，并大批量生产，成为部队的常规武器装备。

    《金史》还详细记载了它的制造、使用方法，用大约2尺长的黄纸16层卷成筒，里面装满柳炭（即木炭）、铁渣、磁末、硫磺、砒霜等药物，用一根绳子系住枪的一端。每一个士兵都提着一个小铁罐，里面放着用于引燃的火药，临到阵地上就点燃，火焰喷出枪口1丈多远，火药燃尽，而纸筒则没有损毁。这是在火药里加进铁渣、磁末，不再专靠火药灼烧产生的杀伤力。而且，药物中各种成分的配制比例已相当适宜，因而能做到“药尽而筒不损”。

    南宋开庆元年（1259），经过改进，寿春府造出了突火枪，“以巨竹为筒，内安子窠，如燃放焰绝，然后子窠发出，如炮声，远闻如百十余步。”这已经是现在的枪和炮等管状火器的雏形了，开创了管状火器发射弹丸的先河。其中的“子窠”是由铁渣、磁末等不规则而又细碎的固体颗粒发展而来的，比后者具有更强的杀伤力，其声闻“百十余步”，很类似于现在的子弹，已足见其威力之大了。与之相似的还有飞火枪。

    到元代，我国就已出现了用铜铸的管式火炮，当时叫做“火铳”。现存最早的火炮是中国历史博物馆里保存的元末的铜炮，和元末农民起义领袖张士诚曾经用过的铁炮。这种铜、铁铸成的管状火器显然比用纸卷成的筒状火器发射威力大得多。

    明朝时出现了小型手铳，即手握的火枪，现在考古学者已经发明了明洪武初年用红铜铸造的这类武器的实物，表面看像竹节钢鞭，而它的腔内则装有火药和碎铁渣。离敌人远时，可点燃火药，用碎铁渣轰击；敌人近时，可当做鞭子，与敌人搏斗。

    在火枪基础上，明朝还出现了各种各样的火药箭，如飞枪箭、飞刀箭、燕尾箭等，其中的“神火飞鸦”和“火龙出水”已成为现代火箭技术的最早发源地。

    此外，火药在其他地方也有广泛的应用，如制作火戏和狩猎等。火戏是指爆仗和焰火（北宋时又叫烟火）。《东京梦华录》中记载了名副其实的烟与火，直到南宋才出现了能出现各种颜色的焰火戏。古人曾记载说：“杂手艺皆有巧名……烧烟火，放爆仗，火戏儿、水戏儿，”“多有后生于霍山之侧放五色烟火，放爆竹，”或放爆仗；“一连百余不绝”等等。由普通“烧烟火”、“五色烟火”、各种成套烟火戏，发展到制造出利用火药推力自行奔走的“地老鼠”，火戏的制造技艺已相当高超了。元朝时的烟火已多能在空中施放。如元代赵孟兆页有《赠放烟火者》的诗云：“人间巧艺夺天工，炼药燃灯清昼同，柳絮飞残铺地白，桃花落尽满阶红。纷纷灿烂如星陨，耀耀喧似火攻。后夜再翻花上锦，不愁零乱向东风。”现在，我们国庆或春节期间燃放的爆竹、烟火和礼花等，无不起源于这时人们对火药的多种灵活运用。

    火药对世界历史的推动

    火药诞生之后，就被陆续传到世界各地。它不仅使战争的方法发生了根本变革，而且在筑路、采矿等经济活动方面都发挥了巨大作用。

    大约在唐代的时候，制造火药的主要原料——硝石和硫磺就传到了波斯和阿拉伯地区。那时，波斯人称硝石为“中国盐”，阿拉伯人称之为“中国雪”，但他们也主要是用于炼丹，而未用来制造火药。

    大致在南宋时期（13世纪前期），火药就传到了阿拉伯地区。当时，尚未建立元帝国的蒙古军队向西征讨，在同阿拉伯人作战时就使用了大量的火药武器，如火炮、火箭、毒火罐和震天雷等。这使阿拉伯人大为震惊，并逐渐学会了制造火药和火器的技术。元帝国的建立，使中国的火药技术在频繁的商业往来中畅通无阻地流向西方。阿拉伯人在与欧洲人作战时，也就把火药和火器传到了欧洲。那时所谓的“契丹火枪”、“契丹火箭”正是中国的火药武器。这样到14世纪时，英、法等国就有了使用火药和火器的记载。

    当时的欧洲正处于资本的原始积累和文艺复兴时期，新兴资产阶级与封建领主间的矛盾日趋激化。而刚传入不久的火药和火器便很快成为资产阶级摧毁封建主的城堡、建立自由贸易市场的强大武器。火药在开采矿藏上的应用，为近代矿冶业的迅速发展提供了决定性的手段。

    试想，如果没有火药，欧洲人还像古代那样用斧凿开矿，就决不会有近代的矿冶业，因而也就不可能有近代工业的长足发展。看到蜿蜒在那丛山峻岭中的公路和铁路，我们不能忘记火药爆破的巨大威力。

    随着资本主义经济和政治发展的需要，火药也在欧洲得到了远超过中国的发展。

    最先实现西方火药发展史上重大突破的是英国人威廉·比克福德，他于1831年发明了安全引线（又叫比克福德导火索）。这项发明无可估量的意义在于：它完全改变了矿山和石料场的开采技术，并为人们的使用提供了前所未有的方便和安全；在军事应用上，防御者可以用导火线让地雷和炸药包在进攻者的脚下开花。

    紧接着，德国化学家克里斯琴·弗里德里希·申拜恩于1847年研制出了硝化棉火药（火棉），这是一种烈性炸药，性质极不稳定。意大利化学家阿斯卡尼奥·索拉罗于1847年首次研制出来硝化甘油火药，它的爆炸性极强，受轻微震动，就会导致猛烈爆炸。法国工程师保罗·维埃耶于1884年发明了无烟火药，保罗·埃维耶的无烟火药不但燃烧时不留残渣，不发或只发少量烟雾，而且能产生惊人的弹道效果，这使火器的喷射口径可以很小，而射程、弹道平直性和射击精度则大幅度提高，并使连发兵器由手动变为自动。这在三年之后成为各大工业国的共同发明。

    瑞典人艾尔弗雷德·诺贝尔则发明了硝化纤维与硝化甘油火药。这两种火药都是在“火棉”

    的基础上研制出来的。瑞典的诺贝尔兄弟为硝化甘油火药的研究倾注了他们全部的心血。在实验中，一次可怕的爆炸夺去了弟弟路易的生命。哥哥艾尔弗雷德则继续以大无畏的精神进行反复试验，终于获得了成功。

    1866年，艾尔弗雷德·诺贝尔在一次实验中不小心打破了一只内装硝化甘油的小瓶子，流出来的硝化甘油液体竟然被瓶下起保护作用的惰性粉末——硅藻土吸收了。诺贝尔惊奇地发现，二者的混合物不但保持了炸药原来的性能，而且要比硝化甘油稳定得多，使加工制造更为方便，这就是一种新型炸药“达那马特”的诞生。到1871年，诺贝尔又将10克硝化纤维溶解在100克硝化甘油中，制得了一种类似树胶的爆炸凝胶，这就是胶质达那炸药。

    诺贝尔在西方乃至世界炸药发展历史上做出了巨大贡献。他生前立下遗嘱，用他研究和制造炸药所积累起来的万贯家产，设立五个年度奖金，并在1901年12月10日，即诺贝尔逝世一周年纪念日，首次颁发给在物理学、化学、医学和生理学、文学、和平等领域里做出杰出贡献的学者。1968年，又增设了第六项奖金即政治经济学奖金。这就是诺贝尔奖的来历。

    20世纪初期，英国的内森爵士和林图尔改进了诺贝尔的试验仪器，设计出铅质分解硝化器。

    1923年，施米德研究出硝化甘油的连续制造工艺。1938年，马里奥·比亚齐首次使用不锈钢设备来生产硝化甘油……火药仍在现代战争中起着巨大作用，作为常规武器，它爆炸后的灾难性后果虽远不及核武器，但它的现代化发展和应用是非常值得关注的。火药在现代化的和平建设事业中所具有的巨大威力也正在日益显露出来。

    指南针简史

    中国以“四大发明”著称于世，指南针就是其中之一。它对近代世界历史的发展产生了巨大影响。

    没有中国的指南针，葡萄牙航海家巴托罗缪·狄亚斯就不能绕过好望角，进入印度洋；达·伽马就不可能抵达印度，发现那里的文明和宝藏；意大利航海家哥伦布就无法发现美洲新大陆，它就不会有当今的美国文明和美洲其他民族的文明；葡萄牙海员麦哲伦也就不可能做人类历史上第一次环球旅行，从而第一次用实践来证明地球是圆的；甚至，达尔文也不能在远洋探险中搜索那么多的古生物资料，以完成他的伟大的生物进化论学说……现在，在人类的航海事业中，已经有了更高级、更现代化的导航设备。但是，我们决不应该忘记这些现代导航仪器的“鼻祖”——指南针。

    最早的指向工具指南车

    在我们赖以生存的地球上，供人类居住和生息的陆地面积不到30%，剩下的70%都是茫茫的大海。人类在漫长的原始蒙昧时期，因缺乏辨别方向的有效工具，面对无边无际的大海，深感恐惧和无奈。在指南针传入欧洲之前，欧洲人一直把大海称为“恐怖的海洋”。

    在遥远的古代，人们在白天往往靠观察太阳来确定方位，晚上可以找到北极星来辨别方向，但阴雨天、大雾天该怎么办呢？正是这种日常生活的需要，促使人们不懈地去寻求一种在任何时候、任何地方都能使用的辨别方向的工具。

    最早的指向工具是指南车。它不是用磁铁做成的，而是用结构相当复杂的齿轮机械来保持既定方向。相传，指南车是由大约4000多年前的黄帝发明的。当时，黄帝部落与蚩尤部落进行战争，蚩尤能施妖术造出大雾，想在黄帝的兵马迷失方向时战胜他们。黄帝为了战胜蚩尤，就创造了指南车来指示方向。这在《黄帝内传》和《古今注》中有记载。另外，还有一种传说，西周初年，南方有一个叫越裳氏的小国，派使臣来朝贺周天子，返回去的时候，周天子怕他迷失方向，就让周公为他造了一辆指南车。这在《古今注》和《宋书·礼志》中有记载。这些传说虽不足为据，但至少说明，我国在三四千年前就已经有了指示方向的工具。

    在春秋时期，指南车确实已经存在，但因为没有太大的用处，而没有能流传下来。东汉时，大科学家张衡就曾制造过这种指南车。后来的不少封建皇帝还把指南车当做讲排场的工具，如后秦的皇帝在出巡时就总是把指南车放在仪仗队的前面。南明刘宋的开国皇帝刘裕夺取了后秦的指南车，因为车的内部机械零件和结构已遭到破坏，刘裕就派人到车上拨动木人，让木人指向南方，一出巡就把它排到仪仗队的最前面，以炫耀帝王的排场和阔气。南齐皇帝萧道成还曾命令当时著名的数学家祖冲之制造了一辆指南车，以显示自己“天命所归”的至高地位。

    其实，在汉魏时，就有不少人着迷于对指南车的“复制”。《魏书》就记载着，马钧与高堂隆、秦朗争论指南车的制作问题，后两人认为古书中没有记载具体做法，肯定是没有这种东西。但马钧认为古代肯定有指南车，魏明帝就命令马钧实际地造出指南车来。马钧的确把指南车造出来了，却是根据自己的设计构思制成的，因此很难说是对春秋之时指南车的复制。

    马钧以后，除祖冲之外，还有后魏太武帝时的郭善明、马岳，南明宋石虎使解飞，姚兴使令狐生，宋仁宗时的燕肃、吴德仁等，都企图“复制”出远古的指南车来。但实际上，每一时代的“复制”都代表的是这一时代的技术水平，而且都是机械结构的车子，实用价值很小，只能摆摆样子，至多让皇帝们高兴高兴而已，因而没有一件能流传下来。

    但是，许多古籍如《鬼谷子·谋篇》、《韩非子·有度》、《考工记》及《宋书·礼志》，以至于《古今注》等，都明确指出了秦汉以前的指南车是有实际用处的。关于指南车的制作方法，最早详细记述的是《宋史·舆服志》，它把燕肃和吴德仁的设计制作情况记载了下来。今人王振铎先生据此记述进行了复制。大致结构是：在车上立一根木柱，上面刻成木人，手臂指向南方，它的内部是一个差动齿轮系统结构，车子在拐弯时，内轮不动，外轮绕内轮旋转，车辕就通过绳索牵动齿轮，改变它们的配合，使中间的那根木柱转动，从而使木人的手臂能始终指向南方。这显然不是汉魏时，也更不可能是春秋时指南车的结构。

    这似乎只是对某种结构精巧的自动控制机械装置的追求。但是，它的最终指南的功能，仍不失为人们对指向工具的某种探索，它的机械动作机制的“神秘”性使人们对它屡得屡失，直至北宋才记下这精妙的制作技术，应当算是当时世界上最早的自动控制技术了。

    指南针的前身司南

    我国古代劳动人民在实践的过程中，逐渐认识了磁石的性质并最早利用它制成指示方向的仪器。古人在开采铁矿的过程中，会遇到天然磁铁。古人把天然磁铁叫做磁石，它的主要成分是四氧化三铁。古书中最早记载磁石的是《管子·地数》篇，它说：“上有慈石者其下有铜金。”这里的“慈石”原意是指这种石头能像慈母一样吸引和爱护她的子女，也就是说它有吸引铁的性质。《吕氏春秋》中高诱曾注释道：“石，铁之母也。以有慈石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也。”意思是说，铁矿石中会有铁，因为只有像慈母一样的矿石，才能吸引铁。如果矿石没有慈母一样的吸引力，就不能吸引铁。《山海经》中有更明确的记载：“慈石取铁，如慈母之招之。”显然，这种“慈石”正是我们现在所说的“磁石”。古人甚至传说秦始皇建造的阿房宫的北门就是用磁石造成的，如果有人携带铁制兵器进宫行刺的话，就会立刻被大门吸住。至于磁石指南的性质是什么时候被中国人所认识的，中国人又在什么时候利用磁石的这种性质，制成了指南针，现在我们还不能确切知道。

    在《韩非子》一书中，有关于“司南”的记载，说战国时中国已有以天然磁石制成的磁勺——司南，用来指示方向。这是世界上最早的用磁石做成的指南仪器。又据《鬼谷子·谋篇》

    记载，战国时，郑国有人到远处山中采玉，为了不迷路，就在车子上装有司南，以帮助辨别方向。

    “司南”和指南针一样吗？根据东汉时大哲学家王充在他的《论衡·是应篇》中对司南的形状和制法的详细记载，我们知道，“司南之杓，投之于地，其柢指南。”在这里，“杓”即“勺”，也就是像小勺子一样的形状，而不是通常所说的指南针的针形。

    我们祖先亲手用过的司南，我们现在当然已很难看到了。可是，我们在地底下曾经发掘到一些类似的东西。中国历史博物馆的王振铎先生就根据这些考古发现和王充的记述，把司南“复原”成模型。在这个模型中，最下面那方形的铜盘叫地盘，上面刻有许多文字，从里面第一圈数起，是甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸这八干（八天干），还有┄┄┄、≡等八卦的字样，及十二地支（子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥）、四维（乾、坤、巽、艮），表示二十四个方向，均匀地分布在地盘上，其中用子代表正北方，午代表正南方。地盘中间的圆形构成“天盘”，这里是用来放置“杓”的。“杓”本是古人的一种生活用具。

    当人们用磁石做成这种勺子时，它就成了能指南的工具了。杓是用天然磁石做成，为保护磁石的磁性，就不能用熔化铸造的方法，也不能剧烈震动。我们的祖先就用琢磨玉器的方法，把天然磁石轻轻地加以琢磨，以致成为勺的形状。这勺子的类似汤匙盛东西的那头放到天盘中间，勺子的长柄就自然指向南方。因为汤匙底部是圆的，放在平滑的铜面天盘上，可以使它很容易地灵活转动，直到勺柄指南。杓和地盘配合使用，就能确定南北方向。

    这就是司南，“司”即操作、经营之义，因此“司南”就能使你任何时候都知道南方在哪里。显然，上述结构的指南仪器制作起来确实相当费劲，指示精度也不准，而且受震动时几乎不能使用，因此不能广泛地应用到车马行驶和船舶上。这就为后世发展真正的指南针留下了广阔的余地指南鱼和指南龟

    在宋代，正当人们热衷于指南车的制造时，以磁石的磁性为基础的指南技术获得了新的发展，那就是，人们用人工磁化的方法制成了指南鱼和指南龟。

    在长期的生产和生活实践中，人们发现了这么一种奇特的现象，即把钢或铁在磁石上摩擦后就带有磁性，并且磁性很稳定。人们就据此创造出了人造磁铁。如果把人造磁铁做成鱼的形状，让它浮在水面上可以自由转动，当它静止的时候，鱼头就指向南方，鱼尾则指向北方。

    这种指南鱼看似简单，实际上蕴含了很多在当时看来已经很复杂的将铁造成永磁钢的技术，并充分利用地球磁场和磁铁磁性的关系的规律，具有比“司南”更高的技术水平。

    宋代曾公亮等著《武经总要》中记述了指南鱼的做法：把薄铁片剪裁成长2寸、宽5分、头尾像鱼形的铁片，把它放到炭火中烧得通红，一方面增加铁分子的活力，打破分子间原来的稳定排列，使分子在重新排列时形成磁性；另一方面，通过灼烧、淬火（放到水中数分钟），增加了铁片的钢性，使钢铁磁化后不容易退磁。而在淬火时，把“鱼尾”正对着北方，“鱼头”就自然对着南方，实际就是把一块高热的铁片放在地磁场中，使它在骤然冷却时，在地磁场的作用下，分子重新排列，铁片被磁化。但因地磁场磁性太弱，磁化也较微弱，因此，为加强磁化的程度，就把这“鱼”放在密闭的容器中保存一段时间，这个容器实际是放有永久磁铁的匣子，以便使它强化“鱼”的磁性。这样做成的“鱼”就是指南鱼。

    当时，人们还根据需要，把指南鱼做成大小不同、携带和使用起来都很方便的指向工具。曾公亮在书中还提到，行军作战时，有时用老马在前面带路，有时就使用指南鱼。在宋代，民间还流传着木刻的指南鱼，它是把一块天然磁石装在木鱼的肚子里头，让木鱼浮在水面上，鱼头就指向南方。但是，不管什么样的指南鱼，在用于航海时都受到很大的限制。这是因为指南鱼要经常浮在水面上，而在航行过程中总是会遇到大风大浪，船颠簸和震荡得很厉害，致使指南鱼不能准确地指示方向。

    另外，在宋代人撰写的《事林广记》中还记载了许多关于木刻指南龟的故事。木刻指南龟和木刻指南鱼的原理是相同的，所不同的是，指南龟不是浮在水面上，而是安置在一根竹钉子的顶端，竹钉固定在一个底座上，指南龟可以在竹针顶端自由转动。人拨转木龟后，木龟最后就在静止时指向南方。还有一种指南龟，是用薄铁片裁成龟形，然后用地磁场磁化法，使龟形铁片带上磁性，在需要时，使它浮于水面，指南龟就能指南。但它的磁性太弱，和铁磁指南鱼一样实用价值不大。指南龟尽管消除了指南鱼的一些缺点，但它的指向精确度和稳定性还是不能满足远途航海的需要。制造一种更精确、更稳定的指向工具就成为必然的事情了。

    指南针和罗盘的诞生

    宋朝时，由于航海事业的发达，在促进其他方面的科学技术大发展的同时，各式各样的指向工具也都应运而生。宋代大科学家沈括在他的《梦溪笔谈》中记载了针形指南针的四种装置方法。

    一是水浮法，就是使磁针中部穿在一根灯芯草中，一起悬浮在水面上。二是指爪法（也叫指甲旋定法），就是把磁针平放在指爪甲上，由于爪甲摩擦阻力较小，磁针很容易转动，就会在地磁场的作用下自动地指定南北方向。三是碗唇法（也叫碗沿旋定法），就是把磁针平放在碗唇（碗的边缘棱）上，指向原理与指爪法相同。四是缕悬法（也叫丝悬法），就是用一根茧丝系在磁针腰上，用芥子大小的蜡将它固定好，悬挂在没有风的地方，就会自然指向南北。沈括根据丰富的经验指出，在这四种支承法中，水浮法摇荡不稳，跟指南鱼的效果差不多，指爪法和碗唇法又容易滑落，以缕悬法为最佳。

    后来，人们受指南龟用支撑法制造的启发，就模仿着造出了指南针，就是将磁针支撑在底盘上。制造指南针的基本技术在宋代就已经完成。可以说，现在航海上所使用的指向仪器虽然非常精密，但其基本原理和形式还是指南针。

    由于指南针的制造和使用，我国人民在世界上最早发现了“磁偏角”的地磁学现象。沈括在他的科学名著《梦溪笔谈》中说：“方家以磁石摩针锋，则能指南，然常偏东，不全南也。

    ”明确指出，指南针并不是指向正南方，而是稍微往东偏一些，“磁偏角”就是沈括为这种地磁学现象所起的名称。这在今天的中学生朋友看来，无疑属于很普通的常识了，因为地球的两个磁极并不恰好位于南极和北极上，而是有一段距离，这样，磁针所指的方向与连结地球南北极的子午线之间就形成了一个偏角，这个偏角在地球上不同的地方，大小是不一样的。我们知道，古代的科研手段是相当落后的，测算磁偏角当然也十分不容易。除沈括发现了指南针“常微偏东”之外，寇宗（shì）也发现了这一点，他说磁针“常偏丙位”，按照中国古人的测算，“偏丙位”，就是说磁偏角在0°～15°之间。欧洲人直到13世纪才知道这个磁偏角，并制造了用以测定磁偏角的磁倾针。但他们却误认为磁偏角是指南针构造不精密导致的。只是在15世纪末哥伦布在远渡大西洋时才确认有这个磁偏角，比我国晚了四百多年。

    最初的指南针没有固定的方位盘相配合，沈括所描绘的几种指南针都没有方位盘。到南宋时才出现了罗经盘，或称之为地螺、针盘等，也就是使指南针与方位盘联成一体。这使指南针在航海中有了更加方便和广泛的应用。宋人吴自牧在《梦梁录》中曾说：“风雨晦冥时，惟凭针盘而行，及火长掌之，毫厘不敢差误，盖一舟人命所系也。”在狂风暴雨或天气阴暗之时，全船的身家性命全都寄托在这个针盘上，它能毫厘不差地指示方向，因为它上面有很精细的刻度。宋人曾三异《因话录》中也认为，“地螺或用子午正针，或用子午、丙壬间缝针”，这里的子、午、丙、壬表明针盘是按干支分划刻度的。这种指南针因有精确的刻度，比以前的指南鱼等使用起来方便多了。它的方便之处就在于：在它刻有24向的圆形底盘上，只要看一下磁针在方位盘上的位置，立即就能定出方位来。

    需说明的是，罗盘也经历了从水罗盘到旱罗盘的转变。罗盘起初是水罗盘，磁针横贯灯芯，浮在水面上。到明代嘉靖年间才出现了旱罗盘。旱罗盘类似于沈括所描述的指爪法和碗唇法，它的磁针是以钉子支在磁针的重心处，使支点的摩擦力十分小，磁针可以自由转动，静止时，就自然指向南方。这种罗盘用到航海上，又称航海罗盘，上定24向，就是把360度的圆周分成24等分，以15度为一向，亦称为正针。两正针夹缝中另设一向，称缝针。宋朝时，正、缝针就被合并，定48向，每向间隔7度30分。这比后来西方的32向罗盘在定向上精确得多。

    值得回味的事情是：指南针从指南勺、指南鱼到具有很高精度的罗盘的发展，是在宋代那些以看风水、看病为业的方士们的手里最先实现的。他们把指南鱼和指南勺磨制成灵敏度更高的磁针，并放到方形的方位盘中，后来演化成圆形的方位盘，就成为罗盘。这一点真是意味深长的：一个指引人们通向新世界的伟大发明，正是经过那些在旧的思想习俗世界中徘徊的人们的手，才推到历史的面前。以致于后来，当我们还沉浸在对“磁偏角”的经验认识和古老简朴的粗糙测算之中的时候，西方大都将磁和电结合起来，进行深入细致的科学研究，从而建立起麦克斯韦的电磁理论，最终将磁针这种东方人的古老发明融进了近现代科学的茫茫大海之中。

    指南针在航海中的应用

    早在司南出现之后，人们就把它应用于航海之中了。但因为船身在风浪中颠簸和摇荡，司南的指向效果很不理想。即使是指南鱼和指南龟，以及沈括概括出的几种指南针，也不能很好地解决这个问题。罗盘的出现从根本上改变了这种状况。

    宋代在我国历史上是一个非常重要的时期，不仅经济、政治的发展出现了许多新的特点，而且文化领域尤其是各种传统的科学技术也出现了空前繁荣的景象，包括指南针在内的“四大发明”在这个时期也都有了一个飞跃性的发展。而与指南针直接相关的航海事业在此时当然也得到了前所未有的发展。中国庞大的商船队不仅航行在南洋一带，而且穿过马六甲海峡，横渡印度洋，与阿拉伯和东非国家发生了频繁的交往。显然，没有指南针，这些都是办不到的。

    航海事业在我国确有悠久的历史，至迟到春秋时就已有了航海事业的初步发展。最初在海上航行只靠天文导航，根据日月或其他星宿的位置辨认方向，直到东晋时也还是这样。当时中国的高僧法显由印度乘船回国，他定的《佛国记》一书就说，在海上航行，夜里依靠观星，每逢风雨晦冥、暗无天日、星月隐匿的时候，就只好停下航船，等待天气放晴。唐代也有较好的航海事业，但那时靠什么导航，却没有见到详细的记载。

    到了北宋，情况有了根本改观。北宋末年人朱在他于1119年写的《萍明可谈》中写道：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针。”这里记载的是北宋元符到崇宁年间（1098～1106）的事情，这不仅在中国，而且在世界航海史上都是在航海中使用指南针的最早记录。北宋宣和五年（1123），徐竞奉命由海路出使朝鲜，回国后在朱成书的20年后写成《宣和奉使高丽图经》一书，就记载了船上使用指南针的情形：“惟视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”书中还说，指南针分别在船头和船尾各放一个，以共同辨识方向。前面也曾引述吴自牧对南宋人使用指南针导航的情况。显然，这时的指南针已经开始在海上为人们的现实生活服务，而不再是方士们手中看风水的工具了。

    元代的航海事业较宋代有更大的发展，指南针也在长期使用中不断完善，成为航海中最为重要的指向仪器。不论阴天还是晴天，都使用指南针来导航。人们由于航海经验的不断积累和丰富，还编制出了罗盘针路，即航行到什么地方，采用什么针位，一路航线都标记得非常清晰。元朝的航海典籍《海道经》和《大元海运记》，都有许多罗盘针路的记载。明代时，郑和七次下西洋，给后人留下的《郑和航海图》，就详细记载着郑和航海时的罗盘针路。还在元代的1281年，中国航海商船的船长郑震就率领他的海船从泉州载着使臣出国远航，经过三个月时间到达斯里兰卡。当时的沿海航运也十分发达，还开辟了南洋航线和北洋航线，曾把江浙一带的米粮源源运往大都（今北京）。可见，指南针的应用及罗盘针路的出现，使中国古人获得了全天候航海的能力，到这个时候，人类才算第一次真正得到了在茫茫大海上昼夜航行的自由。

    航海事业的发展确实得益于指南针的发明和应用。因此，宋代以后，大量的中国船只越出近海，乘千里长风，破万里涛浪，昼夜星驰在南洋和印度洋的惊涛骇浪之间，从而大大促进了中外经济和文化交流。

    指南针的西传

    在宋元时期，由于中国与阿拉伯国家的交往十分频繁，我国的指南针大约在1180年左右经海路传入阿拉伯，接着又由阿拉伯传向欧洲。

    这个时期，阿拉伯商人对乘坐中国船只远航旅游、经商情有独钟，因为中国的船只不仅容量大，而且非常平稳，整个旅程能够过得比较舒适和快活。当时，有很多阿拉伯人在泉州、广州等海港城市居住下来，他们对我国指南针的发展和使用情况也很熟悉。阿拉伯人在很长一段时期里是中国与欧洲进行贸易和文化交流的中介，所以，指南针就很自然地由阿拉伯人传到了欧洲。

    著名的英国科技史专家李约瑟博士在七大卷的《中国科学技术史》的巨著中，明确指出，罗盘针用于航海，西方大约比中国落后了两个世纪。这一论断是有充分根据的。因为到13世纪初期，欧洲人才在一些书里开始提到指南针在航海上的应用。

    由于有了指南针，欧洲人才消除了对海洋的神秘感和恐惧感，从而自15世纪以来，掀起了一浪高过一浪的航海热潮，不仅导致了世界史上著名的“地理大发现”，而且也使资本主义的资本原始积累在世界范围内迅猛展开，从而在三四个世纪之内就建立起了符合资本主义发展需要的世界市场，进而将人类的历史由区域的、民族的历史转变成全球的、世界的历史。

    在15世纪中期，土耳其苏丹穆罕默德的15万大军和360艘左右的战船攻陷了东罗马帝国首都君士坦丁堡。强大的奥斯曼帝国牢牢控制着东地中海，在意大利东方和非洲的贸易线上树起了层层高高的壁垒，这严重阻断了东方通向西方的陆上商路，极大地阻碍了欧洲经济的发展。

    但是，欧洲人却因此而对东方的黄金和财富的幻想和渴望更加膨胀和狂热。尤其是意大利旅游家马可·波罗的中国游记的激发有着直接密切的关系，陆路的被阻断，使得海路成为这些狂热的东方崇幻者们惟一可以选择的通往东方的道路。在这个时候，希腊人关于大地球形的知识和中国人最先发明的罗盘针都使他们敢于这样想和这样做。而且，据欧洲13世纪出版的航海专著记载，那时西方的指南针已被固定在一个分32个方位格的木制圆盘上，相传第一个这样的罗盘方位标（航海罗经）是由意大利那不勒斯南部阿玛尔菲城的一名工匠制作的。既然指南针使茫茫大海不再神秘，既然东方如此令人神往，处于地中海西端又直接濒临大西洋的西班牙和葡萄牙，凭借它们优越的地理位置，首先开始了这种通往“富庶”东方的海上探险。

    意大利的一个织布工的儿子克里斯托弗·哥伦布受到一位天文学家的激励，成功地游说了西班牙国王，于1492年8月3日率领三只帆船和90名船员向西航行，横越大西洋，70天后到达巴哈马群岛、古巴和海地。他竟认为这就是他所渴望的东方黄金之地——印度，把古巴误认为日本，并把新大陆上的人称为印度人（印第安人）。现在我们知道，他所发现的是一片“新大陆”即美洲大陆。美洲的全名叫“亚美利加洲”，因后来一位意大利探险家亚美利加重新发现这片土地，确认它不是印度而是“新大陆”，才这样命名的。

    指南针在这个时期成了欧洲人发现一个个新景象、新世界及整个地球所不可缺少的东西了。

    葡萄牙贵族达·伽马于1497年沿非洲西海岸绕道非洲南端的好望角远航印度，1499年返回时他的船队满载香料。麦哲伦领导的大规模的环球旅行开始于1519年9月20日，经大西洋绕道美洲南端，进入太平洋，在指南针的导引下，他们顺利地驶过茫无边际的太平洋，到达菲律宾群岛，后又经印度洋绕道好望角而返回葡萄牙。

    人类的第一次环球航行，实实在在地证明了“地球”的“球”状之说。

    新航路的发现给欧洲各国的殖民者带来了财富。从此，非洲的黑人奴隶和他们的象牙、黄金、乌檀木，印度的香料，宝石、鸦片和布匹，锡兰（今斯里兰卡）的珍珠，印度尼西亚的胡椒和大米，中国和日本的茶叶和瓷器，美洲的金银、蔗糖和可可等，都被源源不断地通过大海运往欧洲，从而极大地加速了欧洲的资本原始积累。如果没有指南针在航海上的应用，这一切是不可想象的。

    指南针在航海上的应用还使探险家们重新发现了地磁偏角，对近代地磁学的发展和完善，起到了巨大的作用。

    我们都很熟悉达尔文对人类科学的巨大贡献，他创立的生物进化论在当时不仅引起了生物学和人类学思想的革命，而且还影响了社会科学中的伦理学和历史学等。而这一学说的实在证据正来源于他长达5年的远洋考察。1831～1836年间，达尔文作为博物学家，乘坐“贝格尔”军航，参加了政府组织的南太平洋考察，这成为他学术生涯的最关键的时期。他通过这次远距离考察，发现了不同地区众多的生物，它们之间的差异和相似性引起了达尔文的长久的思索，从而使他最后找到了能够解释这些大量生物现象的进化理论。可以说，指南针在他的考察中所起的导航作用是无庸置疑的。没有指南针的指导，达尔文能渡过那样广漠无际的大洋吗？

    在几个世纪的航海实践中，西方人也没有忘记对指南针进行新的探索和改进。1876年，改制出来的汤普森罗盘（也叫罗经）最终为大多数商船所采用。这是一种旱罗盘，它的指针是一种尖头圆柱形，用丝线吊挂在用薄纸制成的方位标上。整个罗盘的重量不超过20克。英国人登特和里奇还分别在1833年和1855年制成了水罗盘，并于1880年左右得到广泛推广。这种罗盘只是在第一次世界大战后的竞争中才受到陀螺罗盘的威胁。

    时至今日，轮船上仍装备着一个备用的传统式标准罗盘，但真正的导航系统已不再是它了，而是一系列电子器件、电脑系统甚至还有天上的卫星。卫星导航系统不仅能非常准确地指示航行的方向，而且能立即标明航船所在的地理位置（经纬度表示）。即使在大风大浪、雪雨阴天之时，也能够在航向上不出错误。指南针似乎已是历史博物馆中的文物了。但在现代导航系统发明以前的几千年里，指南针确是人类征服大海的强有力武器之一。而没有它的广泛应用和不断改进，现代遥感、遥测和信息技术在“指南”上的创造性贡献也就缺乏历史的源流了。

    自行车简史

    自行车是由骑车人通过脚蹬驱动，利用车把和前叉转向的两轮车交通工具之一，又称为脚踏车或单车。它最早出现于18世纪，距今约有300年的历史。18世纪以来，便有人不断摸索试制各种各样的自行车，自行车的外形和构造经历了一次又一次的改进，终于演变成今天我们日常生活中使用的样子。每一次的改进都是人类智慧的结晶。下面我们看一下自行车的发展史。

    二轮车的起源

    在原始社会，人类从事采集和狩猎活动，就要搬运收获物。在劳动的过程中，人们开始使用一些简单的交通工具。

    起先，他们使用放置在地上的平板拖拉重物，接着又在平板下面安放一些圆直的木棒，利用木头的滚动，搬运较大的重物。

    公元前4500年，人们就曾采用最原始的车轮——滚木。受到“滚木车轮”的启示，人们为了减少摩擦阻力，将圆木的中间部分削成细长的轴，两端部分变成原板形的轮子，这为后来轮子的形成奠定了坚实的基础。公元前3500年左右，苏美尔人首先使用了轮子。实体车轮由两三块木板拼制而成。公元前2000年左右，为了使车轮更结实一点儿，埃及人使用有轴车轮，约有4根至8根轮辐。有辐车轮的应用使车的结构轻巧，重量减轻。

    在轮子的基础上，人们制造出了车子。世界各地陆续发现的早期的车多是单辕两轮车。我国是最早使用车的国家之一。相传中国人大约在4600年前黄帝时代已经创造了车。大约4000年前当时的薛部落以造车闻名于世。《左传》说薛部落的奚仲任夏（约公元前21世纪～前17世纪初）的“车正”。《墨子》、《荀子》和《吕氏春秋》都记述了奚仲造车。在商代（约公元前16世纪～前11世纪），中国车工已能制造相当精美的两轮车。甲骨文中许多车字表明商代的两轮车已有一辕、一衡、两轭、一舆。河南省安阳县大司空村发掘出商代车的遗迹。中国历史博物馆的商代车模型是一辆精致的两轮车，显示出当时造车技术的高度水平。河南辉县出土的战国时代的两轮车，已使用斜置的辐条，辐条斜置是车辆结构的较大改进。

    相传公元前罗马人发明了转向前轴，开始出现四轮车。罗马人又将单辕改为双辕，使一匹马也可驾车。到中世纪欧洲改用悬置车厢和较小的前轮，提高了四轮车的舒适性。中国在汉代以前就出现了四轮车。

    公元前13世纪，埃及拉美西斯二世统治时期，在卢克索尔神庙的石碑上刻着许多的象形文字，其中就有一个人骑着一根装着两个轮子的横杆。文艺复兴时期，莱奥纳尔多·达芬奇曾经画出过一张两轮车的设计草图，但没有得到世人的重视。1694年，法国人制造出了带有两个轮子的坐椅，由人推动前进。在英国史斯塔克布奇教堂中，有一幅17世纪的彩画，上面画着一个小天使用脚踩着一辆类似于两轮车的交通工具。

    双脚划地的二轮车世界上第一辆自行车是我国科学家黄履庄发明的。黄履庄约是康熙年间（1654～1722）的人。据《晚清野史大观》记载，黄履庄制造的自行车前后各有一个轮子，“长三尺余，可坐一人，不烦推挽，能自行自往，以手挽轴旁曲拐，则复行如初，随行随挽，日足行八十里。”

    几十年以后，西方也出现了自行车。1790年的一天，法国人多·西夫拉克伯爵正吹着口哨，在雨后的路上走着。突然，一辆四轮马车从他身边急驰而过。西夫拉克来不及躲避，被溅了一身的泥水。他懊丧地回到家中，心想：宽大的四轮马车行驶在窄窄的马路上，会给行人带来很多不便。要是能有一种体积小、重量轻的交通工具多好啊……噢，对了！如果把四轮马车从中间一分为二，不就可以拥有一种小巧的车了吗？西夫拉克立刻动手，把他的想法付诸于实践。就这样，他发明了一辆全部用木料制成的两轮坐车。

    西夫拉克制造的两轮车好像是前后安装了两个木头轮子的木马，中间有一根托架，连接着两个轮子。人骑在上面，两手扶住木马的头，用双脚蹬地，借助蹬地的反作用力，使轮子转动，车子前进。它既没有驱动装置，也没有转向的车把。骑车人把脚踩在地上不动，车子就会停下来。在拐弯的时候，人要从车上下来，把前车轮抬起来，以改变车子的方向。当时，人们称这种木马车为“休闲马”。不久，人们对这种车子的兴趣很快淡化了。后来，人们依据自己的喜好，不断修饰着坐车的外形。有的把托架雕成一条龙，有的把它刻成一头狮子。这种早期的自行车更像是一种大型玩物。

    1813年，德国马登地区的杜莱西尼男爵也研制出了一种用脚蹬地行进的坐车。这种车的两个轮子纵向装在一个单边的简单木架子上，中间有一个座鞍。人坐在鞍上，两脚交替着前进。

    这种车仍没有驱动装置，然而骑车人可以将双臂放在一条铁档上，手扶着与前轮相连的木棍，可以自由转动方向。这种车的车身、车轮和辐条都是用木料做的。车架由金属制成，呈马鞍形。车座的高度可以调整。

    当杜莱西尼男爵骑着车，出现在马路上时，他和他的车便成了人们的笑料。杜莱西尼因此丧失了本该可以领取的退休金。他死的时候，不名一文。但是，杜莱西尼的车在英、法、美三国却风靡一时，成为一种消遣品。1817年，这种车在巴黎卢森堡公园首次做公开表演，重新燃起了人们对两轮车的兴趣。人们在公开场合骑车取乐。英国人称这种车为“游乐木马”。

    英法两国建造特别的场地，玩这种新运动。

    1818年，德国机械师多拉希斯把西夫拉克发明的木马式自行车的头进行了一番改造，给它加上了转向装置，即车把。骑车人双腿分开，跨坐在车上，转变车把，就可以改变车子的行进方向。这种自行车前轮小，后轮大。行进的动力依然是靠双脚划地。然而，高明的骑师骑着这种车，甚至比马车跑得还快。

    脚蹬式自行车

    1839年，一位名叫阿克帕特里克·麦克米伦的苏格兰铁匠带来了自行车史上的一次革命。他发明了放置在后轮的脚驱动装置，放置脚蹬。骑车者用脚踩着脚蹬，通过安装在后轮上的一个曲柄系统，就可以带动后轮前进，使车行走。麦克米伦改变了长期以来人们一直以为“只有靠双脚划地才能使自行车行走”的观念，使骑车者不再用双脚踏地，提高了自行车的速度。麦克米伦制成了世界上首辆真正的自行车，自行车开始进入了实用和商业制造阶段。但是，他的车也有缺陷，那就是骑车人很难踩动脚蹬。

    1861年，法国的马车制造人皮埃尔·米绍在修理杜莱西尼式自行车的过程中，采取儿子欧内斯特的建议，将脚蹬和曲柄直接安装在自行车的前轮上。这种车使用的是无弹性的木轮子，骑起来特别颠，所以被称为“震骨器”。它也没有车闸。人在快速骑行时，要费很大的力气才能刹住车。但是，这种交通工具毕竟能够以车代步，所以得到了大家的认可，很快便风行欧洲。人们按照拉丁文“快”和“步行人”的意思，把这种车叫做自行车。就连妇女也开始借助自行车，积极参加各种社交活动。19世纪60年代，有一位名叫阿米利亚·布卢默的服装设计师，顺应潮流，专门为骑自行车的女士们设计了一种新的裤装，即女式灯笼裤。1865年，米绍公司制造了首辆由脚蹬直接驱动前轮的自行车。卖出的脚蹬式自行车达到400多辆。

    米绍的合伙人之一皮埃尔·拉勒芒移居美国，与美国人杰姆·卡罗共同开创了美国的自行车工业。1870年，英国的考文垂市开始生产米绍改造的自行车。

    1867年，美国人卡涅尔斯和英国人马利卓用细金属条制作轮辐，使自行车的重量减轻了很多。

    1868年，实心的橡胶轮胎的出现，减轻了自行车在行进中的震荡。

    链条式自行车

    1869年，法国的基鲁美发明了带链条的自行车，这是一种全新的自行车。脚蹬带动一只链轮，链轮又通过链条带动后轮转动。可惜，基鲁美在1870年的普法战争中阵亡，他发明的自行车被堆放在粮仓中，无人问津。

    1870年，英国人詹姆斯·史泰龙在前人的基础上进行了大胆的创新。他也是将脚蹬装在前轮上。可是他的车的模样看起来怪怪的。车座有一人高，上下车和拐弯都很不方便。车行驶起来也不稳当。由于车的速度依赖于前轮，所以前轮的直径几乎长达1米～1.2米，后轮直径为0.4米，前轮大约是后轮的3倍。人骑在上面，颇有点儿耍杂技的味道。鉴于这种车的奇特形状，人们戏称它为“大小钱”，或者叫它“114便士”。史泰龙的自行车采用金属制造，并且采用橡胶实心轮胎。这种前轮大、后轮小的高轮车也有长处，那就是速度相当快。尽管人们认为它“危险性大”、“稳定性差”、“过于笨重”，然而，19世纪七八十年代，它完全占领了欧洲市场。英国则掀起了一股单车比赛热。1878年的泰晤士报曾写道：“单车手都曾经受到过警告，他们是在从事一项冒险的运动。但他们衡量了付出的代价后，认为值得冒险。”高轮车直到1885年才被淘汰。

    1879年，英国人劳森最先将曲柄和脚蹬放在前后轮中间。他造出了一辆有链条驱动，有X型车架和车座较低的自行车。技术上的革新极大地提高了自行车的行驶速度和稳定性，劳森发明的自行车被誉为“安全自行车”。

    1871年，发明家们用钢管制作自行车车架，增强了车子的坚固程度。

    1880年，自行车上普遍应用了滚珠轴承，车速加快了，骑起来也轻巧多了。

    1885年，英国工业家斯塔利设计出首辆链条式自行车的样车。安全自行车的前、后轮一样大，直径约0.76米。骑车人可以舒适地跨坐在两个轮子之间。脚蹬和后轮之间联结着一根链条。脚踏柄的尽头有一个链轮。骑车人用脚踩动脚蹬，链条就会带动后轮向前滚动，这便是齿轮传动装置。此时，自行车的外形已经和今天的自行车非常相像，自行车的结构基本定型。

    骑车已经成为公众喜爱的业余活动，同时又是重要的交通运输手段。

    1887年，在英格兰，有一位名叫约翰·邓禄普的兽医，他的儿子为了在即将举行的单车比赛中战胜自己的同学，恳求邓禄普想个办法。邓禄普别出心裁地将废弃的旧胶管黏结成两个环，打足了气后，把它们分别绑在单车的两个轮子上。这便是最初的充气轮胎。比赛的那天，大多数同学都使用实心橡胶轮胎，他们对邓禄普发明的新奇玩意儿不屑一顾，嘲笑其为“木乃伊”或“布丁”。结果，邓禄普的儿子获得了冠军。第二年，在朋友的劝说下，邓禄普申请了充气轮胎的专利权，新闻媒体大肆宣传。一位爱尔兰的实业家与邓禄普合股经营，生产这种充气空心轮胎。于是，单车逐渐成为大众喜爱的交通工具。到1888年时，全世界已有30万辆自行车。

    1892年，芝加哥人帕默发明了棉花轮胎。

    高轮脚踏车不适合妇女使用，于是，没有横杆的自行车出现了。1893年，又制成了双人乘骑车，妇女穿长裙也可以骑车。

    1893年，菱形车架被公认为最常用、最便宜的车架形式。它由三个三角形构件和一对叉子组成。

    20世纪的自行车

    从1900年起，自行车基本上没有多少重大的改革。只是通过更新颖的设计和使用较轻的铝合金材料，使车身的重量减轻了。1939年，世界自行车年产量为700万辆左右。第二次世界大战以后，用油少的轻便摩托车的出现使自行车市场受到冲击，自行车的销量下降了。60年代末，成人用的标准自行车的车轮直径为66厘米，儿童使用的自行车车轮为41厘米。一般装有3段～5段变速，还有的高达10段。60年代开发出轮径41厘米，具有高、直方向盘的折叠式自行车。到了70年代，自行车行业又重新兴旺起来。美国每年生产自行车600万辆；日本生产450万辆，出口100万辆；英国国内销售70万辆，出口89万辆。70年代初，全世界自行车的年产量已达3600万辆。

    自行车的零部件制作与自行车本身的发展并驾齐驱。外胎用天然橡胶含量较多的原料制成，内胎用人造丁基橡胶为原料。驱动装置主要是链传动。变速器有叠片链轮变速和行星式变速两种，它们都有几档不同速度。制动机构主要分为轮缘闸和轮毂闸。前者以手闸应用最为广泛，具有牢固、刹车性能好等特点。后者有涨闸和脚闸。涨闸大多用于轻便车；脚闸比较安全、可靠，不受油、水或者气候的影响。车灯主要以电池为电源。鞍座多为弹簧座，便于配换。70年代起，又出现了模压塑料鞍座，但易于变形。

    90年代，为了保持自行车车体自重轻的优点，众多的生产制造商不仅用铝合金制造前轴壳、后轴壳、车闸、车圈、车把、脚蹬、车架、前叉等零部件，还开始采用钛合金和碳纤维制造车圈和车架，大大减轻了自行车的重量，增强了车子的牢固性。近年来，美国、日本和台湾的一些自行车厂家使用碳纤维生产的自行车，重量只有1.6千克～2.4千克，其轻巧程度让人叹为观止。

    为了达到骑行便捷的目的，变速自行车的变速比不断升级，从5速、10速、18速、21速发展到24速。车把也集制动、变速、导向等多功能为一体。调速的时候，手不离闸，不会影响制动和导向，安全性得到保障。变速车轻便，灵敏度高，从链轮带动整个链子，并牵动另一个小链轮。它的变速装置适用于不同的地形。高齿轮用于下坡，低齿轮用于爬坡或抗风。另外，它还有前后轮缘缆线煞车装置，握住手上的杠杆，就可以减速。

    与此同时，各自行车厂家也将目光转向了自行车的外形。随着美观大方已成为人们的审美标准，厂家不但给自行车加上了五颜六色的漆膜涂饰，而且生产出包塑产品。车架有菱形的，也有非菱形的。1962年，英国工程师摩尔设计出一种新型车架，用一根粗的椭圆形管作为主横梁，它上面伸出两根平行管，作为鞍座管和前轮管，近年来被许多厂家采用，制造16英寸的小轮车。车架有前避震的、后避震的，也有前后混合避震的。自行车的品种也日新月异。

    庞大的自行车家族

    通过不断的改进，现代的自行车大体可分为以下几种类型。

    第一种是普通型自行车。这种车结构牢固，骑行轻快，可装载适量的东西，适合在城镇道路上使用。

    第二种是载重型自行车。其外形和尺寸没有多少变化。为了负载重物，前叉、钢圈、辐条、后搁物架进行了特殊处理，增加了车子自身的重量。

    第三种是轻便型自行车。它重量轻，结构精巧，骑起来轻巧平稳，便于搬动。轮径一般为28英寸或26英寸。轻便型和普通型自行车有专为女士设计的样式，它的车架上没有横杠。

    第四种是小轮型自行车。这种车是专为妇女、儿童和老人设计的。它轮径小，一般在22英寸以上。1980年，法国人让·弗朗索瓦·基利西为他设计的城市小轮自行车申请了专利。这种自行车的轮径仅为传统车轮的1/2；车把采用中继式操纵，减小了车身的摆动，提高了制动性能和轮胎与地面的附着力；车上还有自动装置，将制动力平均分配在前后制动器上，所以自行车行驶平稳，制动舒适。1981年，英国的产品系统有限公司造出了一辆微型自行车——布朗斯顿自行车。车上装有多处活动关节，便于折叠。折叠后的车子的体积比现在市场上出售的任何一种自行车都小，人们甚至可以把它装在一个手提箱里，随身携带。

    第五种是赛车型自行车。它着重于减轻车重和便于骑车人发挥驱车力量。轮径多为17英寸。

    第六种是助动车。有发动机助动车和电力助动力。前者的油耗在每100千米1.5升之内，最高车速可达每小时25千米。近年来，我国的一些城市先后生产了很多辆助动车。后者带有小型发电机，依靠车轮的摩擦带动。

    20世纪后期问世的山地车已成为世纪自行车的主流。山地车于80年代在美国出现，如今已遍及欧洲、日本、大洋洲和广大第三世界国家，占据了1/2以上的世界市场。它的速度可以通过大小齿轮自动调节，上坡时省力，内外胎加宽，越野性能极强。山地车派生的款式已达上百种。随着科技水平的不断提高，国际市场上正兴起一种带有避震装置的自行车。

    另外还有独轮脚踏车、可以装卸的边车、载客三轮车、货运三轮车。美国人查尔斯曾经用银元（直径0.038米）做车轮，制成了世界上最小的自行车，轮距为0.07米。车座离地0.178米，脚蹬为0.02米。

    自行车家族的成员可谓众多。

    自行车竞赛和旅游

    自行车运动已经有一百多年的历史。1800年，俄国工匠阿尔塔蒙诺夫用铁打制成一辆自行车，它的后轮比前轮小，装在车轮上的连接杆和踏板可以使车子运转。同年，阿尔塔蒙诺夫骑着自己制造的车，进行了长达五千多千米的旅行，引起了社会的轰动。

    1830年，法国勃艮第的一位运动员骑着杜莱西尼式自行车，用两个半小时完成了从博讷到第戌的长达37千米的行程，速度为每小时15千米。

    1868年5月31日，法国的奥利维兄弟在巴黎举行第一次自行车赛，这一天标志着自行车运动的诞生。次日，英格兰举行首次自行车赛。

    1869年11月7日，巴黎和里昂举行了世界上首次城市间自行车赛。一位英裔法国人詹姆斯·摩尔骑着前轮大、后轮小的自行车获得了冠军，他用10小时24分钟跑完了124千米的路程。

    1891年，法国首次举行充气轮胎式自行车赛，赛程从波尔多到巴黎，长达580千米。同年，巴黎至布雷斯特又举行了带回程的自行车赛，全程达1200千米。

    1891年，美国纽约市首创六日赛，即两人一组，在1600米的椭圆场地比赛，全程为3368千米。这项比赛于1894年改为接力赛。二战前，这项竞赛还盛行于纽约、芝加哥和其他各大城市，在欧洲也吸引了众多的参赛者。现在，比赛规则已被修改的六日赛仍然进行着，但是时间固定在夜间。

    1900年，美国联合比利时、法国和瑞士，组成国际自行车联盟（简称VCI）。现代自行车赛的规则和项目就是由这个组织制定的。VCI具有70多个会员国。

    根据国际奥林匹克委员会的要求，1965年分别成立了国际职业自行车运动联合会和国际业余自行车运动联合会，后者有100多个国家参加。比赛分为公路赛、赛车场赛和越野赛。公路自行车赛又分为市镇际赛、团体环程赛、个人计时赛、团体计时赛、分段赛，分段赛中又以环法赛最为著名。它始于1903年，全长4000千米，每年世界一流好手都云集于此，起点与终点都在巴黎。这一天被称为“人民的节日”，比赛被称为“社会性事件”。此外，还有绕埃及赛、意大利为期三周的吉罗杯、环突尼斯赛等。赛车场自行车赛分为短距离赛（竞速赛）、追逐赛、中距离赛（用摩托车导引）、计时赛。越野赛于20世纪初兴起于法国，由于自行车广泛用于军事行动而引起的。它要求运动员骑车在崎岖不平的路上行进，在60～75分钟之内跨越天然障碍和人为障碍，完成比赛。

    自行车球则是盛行于欧洲的业余自行车运动项目，它是从足球运动演变而来的。队员骑着自行车，用车轮拨动直径为1.8米～2米的球，使之进入对方球门。

    自行车不仅成为比赛工具，还成为旅行和休闲工具。世界各地的人们骑车进行户外旅游。娱乐性自行车运动受到普遍的欢迎。为此，一些国际性的自行车组织和俱乐部应运而生。

    1878年英国成立的车友旅行俱乐部，是当时世界上最大的自行车俱乐部。1880年，美国创立了美国轮友联盟。1882年，加拿大成立了轮友协会。1895年，法国建立旅行俱乐部。国际业余自行车联合会的总部设在意大利罗马，目前有160多个会员国。总部设在日内瓦的国际旅游同盟，每年组织一次国际自行车旅游世界大会，目的是增进世界各国人民的友好往来，促进彼此观光交流。

    这些国际性的自行车组织和俱乐部，拥有许多青年旅社，负责有关的旅游事宜，如：要求各国政府准许自由通过国界，为旅游者提供自行车，建立夜宿中心旅游营地等。

    世界上第一个徒步和骑车周游世界的旅行家是我国的潘德明。他自幼喜爱体育运动，尤其喜爱探险，立志周游世界。为此，他阅读了大量有关世界地理和各种旅行的书籍，并自学了几种外语。1930年，22岁的潘德明从上海出发，开始徒步旅行。经过浙江、福建、广东、香港，到达越南，一天最多可以走75千米。在西贡，他买了一辆自行车，开始骑车旅行，每天行进的路程超过了190千米。他从越南经金边、马来西亚、印度、阿富汗、伊朗、阿拉伯、土耳其，游遍欧美各国，渡太平洋，取道日本回国。此次环球周游世界历时7年，行程数万里，途经40多个国家。潘德明留下了许多宝贵的资料，其中有所到之处加盖的邮戳，近1200多个团体和个人用世界几十种文字书写的签名和题词。

    自行车的远大前程

    20世纪以来，世界交通运输技术迅猛发展。随着经济的发展、人民生活水平的提高，汽车逐渐家庭化、私人化。在以绿色（无污染或低污染）化、高速化、智能化为基本发展趋势的21世纪的交通史上，自行车会不会被挤入历史博物馆呢？答案是否定的。因为与众多的交通工具相比，自行车有其独特的优势。

    一是价格便宜，购置费用少。自行车的价格是汽车价格的几十分之一，乃至上千分之一。在我国，随着改革开放的深化、市场经济的发展，拥有私人小汽车的人越来越多。然而，普通老百姓和一般的工薪阶层仍然是以自行车为交通工具。一辆普通自行车只需要一二百块钱，高档的山地车则需八九百元钱，一般的家庭都能承受得起。何况，与汽车相比，自行车的保养维修费用少，也不需消耗能源。

    二是占地面积小，易于停放。自行车不像汽车那样，需要专门的停车库或停车场。它体积小，可以随便放置在适宜的地方，节省空间。同时，自行车停放方便，便于换乘其他交通工具。

    三是使用灵活、便捷。自行车方便个人出行，可以直接从出发点到目的地，省去了坐公共汽车的麻烦。骑车不受时间、气候的影响和空间、地域的限制。在交通拥挤、汽车寸步难行的地方，自行车可以游刃有余地穿行于空隙之中，骑车人不必忍受交通堵塞的煎熬。在行进的过程中，骑车人想走就走，想停就停，十分自由。

    四是无污染，无噪音。自行车靠人力驱动，不需要燃烧燃料。而像汽车、公共汽车等燃烧柴油或汽油，获得前进动力的机动车辆，排放出大量的废气，污染了空气，并且还产生噪音。

    五是有益于身体健康。英国的科学家证明，经常骑自行车能降低高血压患者的血压，因为腿部不停地运动，可以促进全身血液循环。法国生理学家则认为骑自行车可以治疗神经衰弱症和精神紧张症。我国学者发现骑自行车有助于防治或延迟脑溢血的发生。人们意识到骑自行车是一种很好的锻炼身体的运动方式。

    由此可见，作为一种绿色交通工具，自行车的前景仍然光明。

    火车简史

    火车的今天既是它昨天漫长而曲折地演变过来的结果，也是火车奔向明天的坚实起点。但人们对未来的憧憬往往超过对过去的回顾。而对火车来讲，从火车、列车到“地上飞机”的演进，从缓慢、肮脏和不安全到高速或超高速、洁净舒适、安全便利的发展，应该是一个令人感兴趣的话题，因为这里面既体现了人类对理想生活的追求，也凝结着众多科学家和工程师们的智慧和汗水。

    火车的诞生

    火车，顾名思义，是以火力推动的车，这是铁路列车的俗称。尽管现在的火车已大多不再用火力驱动蒸汽机来牵引整列车的运行，但人们还是习惯地叫它“火车”。下面就来看看真正的“火”车是怎么来的。

    在出现汽车和火车之前，陆路上的交通运输曾长期依靠人力车或畜力车如马车等，甚至19世纪以前的煤矿也大都用马车来运煤。

    而早在16世纪，就有人在矿井里铺设木轨来使矿车更快地行驶。在最早发生工业革命的英国，在17世纪时使用和矿井中的木轨类似的木轨路，用马车将煤炭运到离矿井较远的煤仓。后来，人们为了延长木轨的寿命，就设法在木轨上包一层硬木，进而包上一层金属，到最后干脆直接用生铁铸造的铁轨代替木轨，但在上面奔跑的仍是马车或人力推动的车。由于路轨对车轮的阻力要比普通路面小得多，因而一匹马常常可以拉好几节车厢。这好几节车厢组成的车就是“列车”，但还只是“马车”而不是“火车”。

    在17～18世纪，虽然蒸汽机已经发明出来、并在纺织业等广泛应用开来，但因其笨重、效率较低而不能用在列车上，即使是当时最先进的瓦特蒸汽机，也还是不适用于“列车”。

    发明一种适用于“列车”的蒸汽机已经成了紧迫的需要。

    历史刚刚进入19世纪，这样的蒸汽机以及由它驱动的“机车”就应运而生了。它的发明者是英国机械师理查德·特莱维西克。他为制造机车而特意发明了高压蒸汽机，充分利用了瓦特已经发现而未予应用的蒸汽膨胀的能量。1802年～1803年间，他制造了世界上第一台蒸汽机车，之后不久他又造出了第二台蒸汽机车。1804年2月21日，这台处于试验运行之中的机车牵引着6吨重的列车（包括数节客车），以每小时8千米的速度行走在一条15千米长的铁路上，而在空载时可达20千米的时速。但是，这辆机车并没有取得预想的成功，因为，锅炉安装不当，机车振动较大，用生铁铸造的铁轨因很脆而经不起沉重的负载和冲击，竟然多处断裂。加之，这种机车消耗太大，经济效益差，甚至不如传统的马车。特莱维西克因此也就未在这方面继续努力而转向其他事业了。但应该铭记的是：世界上最早的铁道上运行的蒸汽机车正是他于1804～1808年间制造的原型机车及英国人赫德利于1813年制造的机车。

    1812年，英国人布伦金索普设计制造了一辆机车，并最早开始成批生产，这种布伦金索普机车安装的仍是普通锅炉，所以速度仍然很慢，并且它是行走在有齿的轨道上。这种机车一制造出来，就开始投入商业运行。一直到1853年，才为新型的蒸汽机车所代替。

    真正推动火车发展的是两位最主要的先驱者乔治·斯蒂芬孙和他的独生子罗伯特·斯蒂芬孙。乔治·斯蒂芬孙在少年时代就以做工谋生，成年后才开始读书。他学习异常勤奋，很快获得了一个机械师所应具备的知识。1814年，他制造了他的第一台机车，时速只有6.5千米。但他将蒸汽活塞的连杆与机车车轮直接相连，省去了毫无必要的飞轮和齿轮，充分利用了车轮和机车的惯性运动。这是机车制造上的一个重大改进。到1821年初，斯蒂芬孙担任从斯托克顿到达林顿的铁路工程师，将原来带异向凸缘的“钣轨”改造成适合于带凸缘车轮的机车的车辆形状简单的“边轨”。当他得知有人能轧制出3米长的熟铁铁轨后，就毅然选择了这种不易断裂的熟铁轨。颇为有趣的是，这条长40千米的铁轨建成后，既供机车使用，也供马车使用，而旅客们都愿乘马车。因为机车不仅噪音大，而且速度太慢，甚至还受到了马车夫的嘲笑。对斯蒂芬孙的这种机车，至今还流传着一个笑话，说他的机车因鸣叫声过大，在路过一座农民小院时，竟把农家的母鸡惊吓得不下蛋了，斯蒂芬孙因此而受到这家农民的控告。

    但是，没有什么力量能够阻止机车的发展。1828年，乔治的儿子罗伯特·斯蒂芬孙设计制造了一种改进的机车，被誉为“火箭”号。在1829年的一次著名的试车中，它以每小时22千米的平均速度行驶了96千米，在满载乘客的情况下，它最快曾达到46千米的时速，空载时速不超过56千米，从而证明了蒸汽机车的巨大潜力。“火箭”号的成功依赖于两项关键技术：一是采用了1827年12月由法国人马克·塞甘发明的管式锅炉，它汽压高、热效高而且轻便；二是将排出的废蒸汽用管道引到锅炉烟囱口排出，高速汽流形成较大负压，使锅炉得到强有力的鼓风，燃烧效率大大增强。同时，“火箭”号的成功还标志着铁路运输事业的诞生，因为与蒸汽机车相比，马的奔跑速度通常为每小时46.8千米。可以说，斯蒂芬孙父子建造的这辆世界上第一台大蒸发量机车开辟了人类铁路运输的新纪元。其实，当时与“火箭”号进行比赛的还有“新奇”号和“桑士巴里”号，前者设计漂亮，但挂上车厢后，锅炉爆炸了。后者块头儿大，开动时轰轰隆隆，浓烟滚滚，不可一世，但走了约44千米，许多零件就掉落，汽缸也破损了。随后，便在1830年，在利物浦和曼彻斯特之间就铺设了世界上第一条完全靠蒸汽机车牵引行驶的铁路线。

    机车制造的迅速发展斯蒂芬孙父子并没有陶醉于“火箭”号的成功之中止步不前，而是继续探索，不断改进机车的结构和功能，力求使机车能在功率、速度和载荷量上满足日益增长的工业产品的运输需要。

    1833年，斯蒂芬孙父子设计出了“专利获得者”号机车，与他们此前制造的机车相比，这辆机车在锅炉的胴体下面加装了一根车轴，这是为了保证安装了大容量锅炉而使机车自重增加后的行车安全而加装的，这就是三轴机车。“专利获得者”号的命名，是因为它的发明人为保护这一发明，已在1833年10月7日获得了专利证书。

    父子俩还在不断努力。儿子罗伯特·斯蒂芬孙于1841年研制成了“长锅炉”号机车，也是在锅炉胴体下安装了三根轮轴：一根承重轴和两根驱动轴。与“专利获得者”号相比，这辆机车的烟管长度从前者的2.75米增加到4米，从而大大减少了热能的损失。但机车的前后轮的距离却因为要适合已有的铁路和众多的转车盘而没有变化。

    受“长锅炉”号机车的启发，英国人托马斯·拉塞尔·克兰普顿根据自己研究出来的原理，决心制造出一台高速机车，并能克服“长锅炉”号的不足，即因火箱安装在悬臂梁上而降低了机车的稳定性。克兰普顿把一对动轮移到火箱下方，而在锅炉胴体下方仅保留两对车轮。

    这样，1846年在比利时列日—那慕尔铁路线上，当他造出的克兰普顿机车投入运行时，就轻而易举地达到了100千米的时速。到1848年，应伦敦西北铁路公司的要求，他为伦敦—沃尔弗顿铁路线设计制造了一台超大型机车，时速达到了127千米。但遗憾的是，这台高速机车因很容易引起钢轨的疲劳而在运行不久就被迫“退役”。尽管如此，克兰普顿还是在欧洲大陆取得了巨大的成功。比利时把引进的两台原型克兰普顿机车作为样机，造出了多台蒸汽机车。在法国，克兰普顿机车曾经称霸于整个第二帝国时期，只是在后来出现了更大功率的机车之后，它才被逐渐淘汰。

    此后，高速载重机车的制造便成了人们追求的重要目标。当时人们总认为高速机车的大直径车轮是不能互相联接的，因为这样会带来巨大的危险。法国人维克托·福尔格诺从1862年开始研究这一问题，终于找到了解决办法。他在轴箱里设计了一些倾斜平面，以便使前轴在铁路拐弯时产生位移，而在直线段恢复正常位置，这有效地避免了连杆和曲拐销发生断裂的危险。1864年，他制造出世界上第一台装有两副联动驱动轮对的高速机车。几年之后，福尔格诺又在火箱后方加装了一组承力轮对。这样，福尔格诺机车便获得了空前的成功。到1885年，行驶在各大铁路公司所属干线上的福尔格诺机车，已经有好几百辆了，尤其在法国西南部的巴黎—波尔多干线上，这种机车使列车达到了史无前例的高速度。

    1875年，法国人阿纳托尔·马莱为巴约涔—比亚里茨铁路支线研制成世界上首批复胀蒸汽机车，这是一种适宜于低速行驶的牵引机车，根据双缸式蒸汽机的原理进行工作，具有更好的热效率。1881年，英国人韦布将马莱的这一成就用于高速机车，同样取得了成功。韦布的这辆“试验”号机车运行平稳，速度为每小时80千米～90千米，而耗煤量却比传统的机车降低了20%，达到了节约能量消耗的效果。

    同时，提高蒸汽机车的功率和速度的研究在20世纪之初取得了可喜的成绩。1905年，人们在1872年就首次在美国密苏里太平洋铁路线上运营的“太平洋”号机车上，进行了重大改进，使它所产生的功率达到2200马力，机车的运行速度又有了很大的提高。

    大约在1900年前后，一种叫做“大西洋”号的新型蒸汽机车出现在美国费城—大西洋城之间的铁路线上。之后，人们又不断对它加以改进。从1901年开始，欧洲各国开始采用这种功率为1500马力的机车，虽然在1905年，2200马力的“太平洋”号机车对它造成了很大冲击，但它还是赢得了巨大成功。在第二次世界大战前夕，法国巴黎—里昂—马赛铁路公司对它进行了流线型化改装，然后在巴黎—尼斯高速铁路线上继续运营。

    在19世纪末，随着电气化技术的迅猛发展，电力得到了大规模的应用，把电力应用于机车的探索及铁路电气化也取得了令人瞩目的成就。世界上第一台电力机车是1895年在美国巴尔的摩—俄亥俄铁路线上开始运营的，这台机车重96吨，采用550伏特的直流电源供电。1901年，法国巴黎—残老军人院铁路线实现了电气化。第二年，这条电气化铁路延长到了凡尔赛。

    1903年，巴黎市郊奥尔赛—巴黎—奥斯特利茨—儒维西铁路线也实现了电气化。在德国的措森—马林费尔德铁路上，一台电动机车于1902年就首次达到了200千米的时速。但是，由于电气化技术尚处于它的初级阶段，受到电厂功率和远距离输电技术的制约，铁路电气化并没有以理想的状态发展起来，人们仍在机车的制造上孜孜求索。

    1912年，瑞士一家工厂制造出了世界上第一台柴油机车，这就是内燃机车，功率为1200马力，显然无法和当时的大功率蒸汽机车相比。在此之前，“汽车之父”——德国人戴姆勒已经造出了一辆柴油轨道车。只是当人们发现了将发动机和轮轴之间的机械传动改为电力传动的技术之后，传动更加猛烈的柴油机才被应用于列车的牵引。同年，由“大西洋”号原型机车改进而来的“大山”号蒸汽机车在美国正式投入运营，这是一种大功率高速机车，其功率为2700马力，自重112吨。从1930年起，“大山”号的多种改进型机车功率已达3200马力。在这期间，日本作为后起的工业化国家，也在机车制造上做出了优异成绩，其中的2-8-2日本天皇型机车，就是最优秀的货运机车。

    铁轨的历史

    最早的路轨并不是铁轨，也不是木轨。早在木轨之前，就出现了石轨。因为据史书记载，古代一些文明国家里，人们已经在道路上用石头砌出车辙，引导车轮前进。这种石轨直到中世纪才被逐渐废弃。而在1550年的史料中却发现了这样的记载，在法国阿尔萨斯地区勒贝尔塔尔煤矿使用木梁作矿车轨道。而在17世纪，木轨则被广泛应用于英国各地的煤矿之中。直到1738年，在英国的怀特黑文出现了钉有加强铁皮的木梁轨道。

    世界上最早的铁轨是在1763年～1768年间安装在英国霍斯贝和科尔布鲁克代尔之间的，据说这是英国工业家、一家铁厂主亚伯拉罕·达比的女婿理查德·雷诺兹的杰作。但是，它不同于我们今天所使用的铁轨，而是一种用来承受无轮缘车轮的凹形铸铁铁轨。

    这一系列的车辆导轨系统演变的必然结果，就是制造出我们现在使用的凸形铁轨，它是英国人杰索普于1785年设计的。之后，凸形铁轨又经过不断改进而日臻完善。到1820年，约翰·伯金肖制造出了锻铁轨。当普遍采用了蒸汽机车之后，锻铁轨就让位于钢轨了。还应注意的是，我们现在多条线路交汇处使用的活动道岔技术也是杰索普的发明。在1665年前后，人们曾在凹形铁轨上使用过多种固定式交汇设备，这是由木轨交汇设备——转车盘演变而来的。

    到1789年，杰索普发明了活动道岔设备，后来人们又在道岔手柄上加一配重，这使列车通过时，扳道员不必始终紧紧扳住手柄了。

    在铁路建设史上，值得回味的还有这样两种铁路。一种是大气压力铁路，一种是有齿铁路。

    前者的原理是由丹麦人梅德赫斯特1827年提出来的，他设想以大气压力作为车辆的原动力。

    为此，他曾亲自试制了一条管道大气压力铁路，由于无法解决管道的密封和拉杆移动之间的矛盾而未获成功。1835年，英国人平卡斯首次进行了气压列车试验。1843年，冰岛人克莱格和萨曼达在冰岛修建了一条大气压力客运线路，但却从未完成过一次正常的客运任务。1847年，在法国巴黎建起一条长2200米的气压铁路，但因其高差竟达51米，尤其是经济效益极差而于1859年被迫关闭。气压铁路的探索便由此画上了句号。

    有齿铁路是瑞士人里金巴赫为了适应坡度大于6%地段的火车运行而于1862年设计的，它受到了布伦金索普机车行走系统的启发。1868年，在修建美国华盛顿山铁路时，为使火车能爬上30%的坡路（即每米上升330毫米），西尔威斯特·马什采用了里金巴赫的设计。1870年，在瑞士里格伊开通了欧洲第一条有齿铁路。中间经过一系列的改进和完善，终于在1899年完成了世界上海拔最高的有齿铁路——瑞士少女峰铁路，其坡度之大，每米竟上升480毫米。后来，人们多用穿凿隧道或挖平路基的方法尽可能保护轨道的水平，便不再使用有齿铁路技术。

    至今，常用的铁路仍然是杰索普的凸形铁轨（钢轨），或是它的各种更完备的改进形式而已。不同用途的火车型式现在让我们来看看根据列车的不同用途而形成的火车的几种型式。

    从1832年起，就在奥地利林茨—布德魏斯铁路线上运行着一辆可以称为世界上最古老的铁路客运车辆。它是由弗兰茨·安东·冯·格斯特纳设计的，共有四只轮子，车体形状好像一辆驿站快车（马车），车上有两个车夫座位，一个在前，一个在后，以便从两头驾驭。实际上这并不是客运火车，不过是一种行走在轨道上的马车而已。但是，现在的客运火车正是由此演变而来的。

    与此相关的还有通常被称为“铁路公共汽车”的轻型铁路客运车辆——“米许林娜”号，它是由法国米许林公司于1931年对传统铁路车辆的重大改进后而推出的一种铁路客车。它的特点是：因使用气压轮胎，乘客可免受车轮通过轨缝时产生的振动之苦；另外，它还轻便灵活，和传统的重型客车相比，它更适合于在启停频繁的铁路支线上运行，并且费用低廉。

    客运火车上的卧铺车最早是在1836年开始在美国使用的。当时，在佐治亚州亚特兰大—奥古斯特线上运行的卧铺车有三张卧铺，白天行车时，可用做沙发。到1864年，乔治·M·普尔曼设计出了一种新型卧铺车。当时，这种以它的设计者的名字命名的卧铺车因乘坐舒适而闻名遐迩。1871年，比利时工程师乔治·内格尔麦克尔就组建了第一家国际卧铺车公司。

    在现在的客运火车上，除了都有卧铺车厢外，同时还有餐车车厢。餐车最早出现于1840年的美国铁路线上，是专门为具有中间通道的旅客列车设计的。那时的客车，除了卧铺车厢和餐车厢，还有妇女专用车厢和黑人及吸烟者车厢。在1860年，与敖德萨—基辅线相连的沙俄皇家铁路线上添置了内部陈设豪华舒适的专用餐车。车内有可供16名客人用餐的餐桌，厨房里装有煤炉和贮存食物的冰柜。第一家国际卧铺车公司也于1871年之后为他们的列车加挂了餐车。1883年，在巴黎和维也纳之间正式开通了一列“东方特别快车”，里面有精美的餐车和卧铺车，硬座也很舒适，堪称世界上第一列豪华列车。

    客运火车当然是很重要的，但对国民经济发展有重大影响的还有铁路货运。铁路的这一经济应用最早兴起于1801年的英国，当时的铁路马车，有固定的运价表。运费还会因货物不同而变化。在1826～1830年间，被称为“铁路之父”的乔治·斯蒂芬孙就是为了进行铁路货运才修建利物浦—曼彻斯特的铁路线的，那时几乎所有的富商都投入了一定的股份。在1825年，出现了一种货运平车，为防止车上的货物潮湿，人们在车上覆盖防水篷布。到1830年，运载家畜的运输车（简称“家畜车”）开始运营，大的家畜车为单层平车，两侧用栅栏状挡板。

    直到1844年，英国才开始使用铁皮篷车。而和现代货车相类似的铁路货运列车是在1848年才出现的。当然，现在的货车适应运送不同的货物（如煤、石油、木材及其他轻工产品或重化工产品等）而建成不同的形状，正因为有了各种各样的货运列车，我们的经济资源、生活用品才能在东西南北各地互通有无、自由流转。

    随着各种车型的不断出现，火车自身的功能适用性的日益广泛，铁路运输事业得到了迅速的发展，铁路建设亦是迅猛进行。到19世纪末，世界铁路已达65万千米长，到20世纪20年代，更多达127万千米。至此，世界各发达国的铁路网已基本建成，并已成为资本主义工业发展的大动脉。这时，无论古老的还是新开的运河，无论弯曲的乡间小道还是马车道，都不得不为这工业化洪流的前锋浪潮让道或被它跨越。从此，火车和铁路就开始把全球范围的人和物卷入商品生产和工业化的世界浪潮之中了。

    坎坷的中国火车史

    中国铁路运输事业的命运可以说是与中国近现代历史的风云演变密切相关的。

    当1865年英国人杜兰德在北京修建一段1千米长的铁路试跑小火车时，清政府以“观者惊骇”为由，下令限期拆除。1876年，清政府官员以20万两银子买下英国人在上海和吴淞口之间修建的20千米长的窄轨铁路，拆除后，在一端车站建了一座天妃宫。但是，中国近代工业的发展还是冲破了封建朝廷的阻挠，顽强地推动着中国的铁路运输事业的发展。1878年之后，开滦煤矿的大规模开采迫使清政府同意修筑一条从唐山到胥各庄的10千米铁路。同时，由唐山制造厂利用进口材料制造了第一辆实用的牵引力为100吨的“龙”号机车。这条铁路持续运行下来，并在1911年清朝灭亡前连通了沈阳和北京。在1895年～1911年间，中国的铁路建设发展很快，平均每年兴修铁路500多千米。1905年，还开通了郑州黄河铁路大桥、著名的京沈（北京—沈阳）路、京汉（北京—汉口）路、津浦（天津—南京）路、沪宁（上海—南京）路、哈大（哈尔滨—大连）路等干线已经开通。但是，中国人当时只有7%的铁路控制权，其余全部由外国人占有。但无论如何，这促使中国的铁路机车和车辆制造业发展起来。著名的唐山制造厂、南口车辆厂，及长辛店、郑州、汉口、天津、上海、大连、哈尔滨等地的机车厂都为旧中国的火车制造立下了汗马功劳。当时，中国著名的铁路工程师詹天佑凭着中国人的聪明才智独立完成了京沈线上滦河大铁桥的修建和京张（北京—张家口）线上青龙桥东沟处“人”形爬坡路线的艰巨修筑工程，沉重地打击了外国人的傲慢和嚣张气焰。之后，中华民族的反帝反封建的革命运动就与铁路结下了不解之缘。

    令人难忘的是，自1881年中国第一台蒸汽机车“龙”号从唐山制造厂开出后，中国就逐渐成为世界上最大的蒸汽机车生产国家。1959年，湘潭电机厂为宝成（宝鸡—成都）铁路制出第一台电力机车“韶山”号，及1958年大连机车厂4000马力“巨龙”号内燃机车的诞生，也使中国铁路的电气化和内燃机车化悄悄开始了。1988年9月30日，当中国制造的最后一辆铁路蒸汽机车隆隆地驶出了当时世界上惟一大批量生产蒸汽机车的大同机车厂时，世界也最终结束了蒸汽机车时代。现在的火车已多是内燃机车和电力机车。同时，新中国以空前的速度和规模修筑了铁路。1949年，中国的铁路只有2.2万千米。到1990年初，已增至5万千米。1996年9月，建成通车的京九铁路成为京广路之外的又一条南北大动脉，极大地促进了我国经济的发展。而自1975年宝成铁路最先实现电气化，及80年代中国第一条重载单元双线电气化铁路——大秦（大同—秦皇岛）铁路开通之后，中国的电气化铁路就开始了自己的历史，蒸汽机车时代的结束更是将铁路的电气化和电动机车的完善推到了新中国火车历史的最前沿。面对世界火车高速化潮流的挑战，我国也在“八五”期间开始研制时速为160千米的准高速列车，并于1995年在广州和深圳线正式运营。目前，正在研制中的是用于将来京沪高速铁路上的时速为250千米的高速列车。

    火车的现在和未来

    发展高速火车自20世纪60年代以来一直是世界各国实现铁路现代化的一个重要标志，同时也成为发达国家缓解公路、水运和空中交通运输的一个现实选择。可以说，高速铁道系统建设和发展把火车运输引进了一个新的黄金时代。

    我们知道，国际上将火车时速为160千米的铁路称为准高速铁路，将200千米～300千米时速的铁路称为高速铁路，时速超过400千米的铁路叫做超高速铁路。以此标准来看，1964年，日本率先将火车时速提高到210千米，从而揭开了世界高速铁路的帷幕。在短短的30多年时间里，崭露头角的高速铁路在世界范围内获得了令人瞩目的进展，已有近10个国家的火车时速超过了200千米。其中法国GEC阿尔斯通公司从1967年～1981年正式投入运行的T·G·V高速列车堪称当今世界上跑得最快的火车，又叫“大公快车”。

    这列火车经过五六年的研制，于1972～1978年间通过运行试验，1981年10月正式在巴黎—里昂干线上运营。这是一种经过精心设计和彻底改进的传统电力牵引列车，车上共有12台马达。和常规火车相比，它的运行阻力减小了1/3，它的大功率动力装置具有较强的爬坡能力，可以高速爬上35%的陡坡，也可以在坡路上起动，但是仍然使用普通的铁轨线路。在1981年2月的试行中，它的时速创当时380千米的最高纪录。据报道，T·G·V高速火车经过进一步完善，在大西洋干线上的平均时速为300千米，而最快时速则超过515.3千米，已经进入超高速火车的行列。

    另外，德国的ICE（城市间特快）时速达250千米，瑞典的“X2000”达220千米，英国的HST、意大利的ETR450、ETR500等的时速也都在200～300千米之间。而资格最老的高速火车——日本的“子弹火车”从1964年起在东京—大坂的“新干线”上运行以来，它的时速由210千米提高到了270千米，这条总长达2045千米的铁路网，每年载送容量达2亿7500万人次。所有这些高速火车都采用了众多高新技术，如借鉴了航空技术和计算机技术等，高速火车流线型的车体和风驰电掣般的速度使人感到它们就像一架架地面飞机。欧洲最快的“蓝龙胆”号列车，当车速达150千米时，车上的电脑就自行实现机车控制。

    在高速火车中，最引人注目的还有“磁悬浮”列车。它借助于磁力悬浮、导引和驱动列车。

    目前，日本和德国分别开发了排斥式电动系统和吸引式电磁系统这两种类型的磁悬浮列车。

    排斥式系统利用装在车上的超导磁铁来产生导轨中导电线圈内的电流，形成一种互斥作用，从而使可乘坐44人、重15吨的车辆悬浮15厘米高，使整个列车像一架以导轨为基础的、低飞的飞机，在试验中它曾达到517千米的时速。吸引式系统利用车辆上携带的非超导的铁芯电磁铁与位于导轨侧面的电磁铁相互吸引着向上悬浮，使100吨重的车辆和导轨之间产生1.5厘米的空隙，它在试验中达到400千米～450千米的时速。比较而言，前者在技术上更容易，经济上更便宜，而后者则适于城市交通，且行驶质量较高，感觉更加平稳舒适。为了保证旅客的生命安全，必须建立专用线路，而不能与其他道路交叉。

    与此同时，人们对乘坐火车时的舒适度和娱乐服务也提出了更高的要求，不仅要使每节车厢豪华气派，布局宽敞新颖，而且卧铺车厢要呈包厢式格局，有经济包间、豪华包间、家庭包间、公务包间和沙龙包间等，还有完善的空调系统和通风装置及全新的集便器厕所等等。车内的广播电视系统（含HV音乐系统、闭路电视系统等）使旅客可以获得轻松愉快的享受。公用电话、传真机和电脑等现代化通信设施，使旅客可以继续处理各种公务等。信息显示装置为旅客提供各种旅行信息。带有酒吧、咖啡厅和卡拉OK厅的餐车可使旅客享受优质的饮食服务及交友叙情的愉悦等等。这些都是不久的将来即可实现的。

    自上世纪70年代以来就着力开发的双层列车以其倍增的客运容量和望性及其舒适性吸引着大量的中长途观光度假旅游的人们。适宜于以210～250千米的时速在弯道上行驶的倾摆式列车也已被90年代以来的实践证明，不愧为“曲线冲刺能手”。瑞典的X2000倾摆式列车还起到了保护生态、节省30%旅行时间的理想效果。法国的气垫列车使人感到平稳安全的旅游也是一种轻松舒适的享受。

    展望未来，在火车设计上出现了日本的短寿命一次性设计和奥地利的全模块结构设计的新概念。日本九州铁路公司推出的“充满欢乐气氛游乐场”的仙境快车，带动了客车装饰朝着个性化、多样化方向发展的新趋势。同时，受金融信用卡的启发，铁路磁卡已开始被用于购买车票或直接当车票用，或用于在火车站购物、住宿、就餐、存物、托运行李等，甚至用于铁路内部的非商业性管理事务。而在自动检票系统、存储卡式系统的，铁路磁卡更是方便快捷的工具。通过无线电通信手段实现其功能的非接触型磁卡，已使线一位旅客的旅行信息根本不用劳动旅客的一言一行，即可自动完成一切手续。

    电话简史

    从诞生之日起，电话便以不同的形态展现在世人面前。从各种手摇式电话和笨重的步话机、投币式电话、插卡式电话、按键式电话到拨盘式电话，移动电话或是有线的或是无线的。与之相关的，还有BP机或“寻／传呼机”等。人们将电话线接到电脑上，电脑就与因特网联上了。有些电话是通过海底电缆或光缆实现全球通话的，有些则是通过天空上的通信卫星将世界联成一体的……真有点不可思议，小小电话竟有如此威力！但细细想来，这不是人类自己智慧的威力吗？就让我们来回顾一下电话的历程吧。

    一个意外的收获

    说来奇怪，电话不是人们有意识地或专门为了满足某种生产或生活上的需要而发明出来的。

    甚至，它的发明也不是哪一个人的功劳，而是一大批电学家和电气工程师共同努力的结果。

    有人说，电话是电报的间接产物，是在电报的发明、改进和不断完善的过程中所得到的一个意外的收获。

    其实，早在电话发明以前，已有不少科学家对这种通信方式做过理论上的探索。现在，为科学史家们所公认的是：世界上第一部电话机是1876年在美国诞生并投入使用的。而且，尽管同样的电话样机是由两个人几乎同时研制出来的，这两个人就是格雷厄姆·贝尔和伊莱莎·格雷。但是，人们通常把贝尔认定为电话的真正发明者。

    事情原来是这样的。

    在1876年2月14日这一天，贝尔和格雷分别带着自己发明的电话机，同时向纽约专利局申请了电话发明专利。遗憾的是，格雷比他的竞争对手晚来了两个小时。而正是这两个小时，成为数年之后一场旷日持久的发明权纠纷案中，法院裁决的依据。事实上，贝尔的专利也并不是没有争议的，因为，他对可变电阻装置的说明是在申请书的一页纸的边上空白处写出来的。而他自己解释说，这是他在送审的最后时刻突然发现专利说明书中漏掉了这个问题，而临时加上的补充说明。但格雷的辩护律师们却说，这是贝尔在知道了格雷的发明情况之后，对格雷专利说明书的简单抄袭。

    但是，历史并没有在这件事上纠缠太久，法院最后还是判决贝尔胜诉。这个结局应该说是幸运的。之后不久，贝尔就建立了自己的公司即贝尔公司，也就是美国电话电报公司，它早已成为世界上最大的电话电报公司，后又演化成贝尔实验室。所幸的是，格雷也没有被打倒，他也建立了自己的公司即西方电气制造公司，它是西方电气公司的前身。可以说，在现代信息革命的孕育、形成和大规模展开的过程中，这两个公司在电脑、电话、传真、因特网等技术的发展上立下了汗马功劳。

    那么，贝尔是怎样“无意”中发现了电话的呢？

    贝尔的家庭可以说是很不幸的。他的母亲因患耳病而致耳聋，他和他的父亲及兄弟们都是聋哑学校的专职教师，他的妻子曾是他的学生，也是一个耳聋的姑娘。贝尔最初的工作就受到了他周围众多人们的密切关注。因为他是从事电报工作的，因此受到斯特恩斯双工电报的影响，想通过音频载波的方法来发展多工电报。这时，美国的电报公司都已有相当发展，其中的西联电报公司控制了整个电报市场。但是，有一个极大的技术难题即电报线路的饱和问题令人头疼。这个公司急切地寻求一种可以在一条电报线上同时进行多封电报传输的通信技术，就是今天人们所说的多路传输技术（当时叫音频电报）。1875年春天，公司的商务人员频频奔走于当时最负盛名的两位发明家，即格雷和贝尔之间。格雷当时是最著名的电学家之一，刚在芝加哥办了西部电气工厂。贝尔自1875年1月，一直在波士顿的一个小车间里工作，幸运的是，他得到了城里一些富裕人的资助。他还有一个助手叫沃森。在研究过程中，贝尔也因为无法设计出分频电路而转向了声——电——声的传递。这是一个创造发明的良好契机。

    1875年6月2日，发生了一件偶然却具有决定意义的事情。贝尔和沃森分别在自己的房间里，联合实验他们的电报机。像往常一样，机器停止工作时，他们也守在那里。突然，沃森无意中做了一个错误的动作，把一个调整螺钉拧得过紧，造成接触不良，将直流电变成了一个断断续续的电流。在线路另一端的贝尔，清楚地听到了触点脱落发出的声音。这本来是一次事故，但对研制传声机已经入迷的贝尔来说，却是一个巨大的启发。一个灵感涌现在头脑里，他向沃森大喊：“什么也别动！”一个月后，这台机器还保持着这一天的状态，仍能发出一些模糊不清的声音。贝尔在整个秋天和冬天里，远离工作车间，动用自己头脑里的所有知识对那个灵感进行了反复的思考，终于将这个想法在机器上制出来了。如前所述，他于1876年2月14日，派他的有限责任股东哈伯德以他的名义，为一部传送声音的机器（当时还叫“音频电报”）申请了专利。

    但是，这个已经是电话的“音频电报”机并没有真正开始工作。直到1876年3月6日，贝尔才得以向他的合作者传送了清晰的话语：“请到这儿来，沃森先生，我需要你。”——电话就这样诞生了！1876年6月25日，贝尔在美国独立百年纪念的费城博览会上展出了他的电话机，举世为之一震！1877年，第一份用电话发出的新闻电讯稿被送到美国波士顿的《世界报》，这标志着电话已为众人所采用。电话通讯就这样开始了。

    其实，历史再往前追溯，电话可能还有更古老的祖先。比如，早在1664年，科学家胡克就做了在拉紧的线上传送声音的实验。现在还有不少小朋友都玩过这种游戏，觉得挺有趣，不知是否有小朋友从中悟出点什么。到1861年，德国的赖斯甚至还制成了可称为第一部电话机的儿童玩具。但真正实用的电话机，却是由贝尔和沃森合作研制出来的。

    电话的飞速发展

    电话一诞生，就以比其他技术更快的速度发展起来。和电报相比，由于电话不需要很费脑筋的“软件”——莫尔斯电码，所以就更容易进入家庭。对大多数人来说，不仅掌握那个电码不很容易，更重要的是，信息需要情感和支撑。不但发电报的人“惜字如金”，字句干巴巴毫无情感可言，收电报的人看后也难以直接体会情感，而电话则是声情并茂，喜怒哀乐、悲恐忧惧都能淋漓尽致地传送给对方。因此，电话受到了大众的空前欢迎。

    为了使电话更趋完善和方便，贝尔和格雷从未停止继续探索前进的步伐。1878年，又是他俩同时分别设计出了第一台人工电话交换机，并立即投入使用。在第一批交换机的用户中，就有后来成为美国总统的加菲尔德和著名作家马克·吐温。

    这台电话交换机的原理其实非常简单。当用户想呼叫他的受话者时，交换台上一个记有他的电话号码的呼叫号牌落下来，接线员就询问受话者的电话号码，并找到受话者的线路接点，将软式连续两端的两个插头分别插入有关用户的插孔内，把两条线路连接在一起。同时，交换台上还有一条监听线路，接线员可随时了解电话是否已经打完，并及时拔出连接线。这样，通话双方的对话内容对电话小姐都是无法保密的。顺便说一句，在刚刚使用交换机的头几个月，负责接线的全部都是男士，“电话小姐”的出现是几个月之后的事情了。

    随着电气技术的发展，更多的人们参与了电话的发展事业。1891年，美国堪萨斯城殡仪馆专门承办丧葬的阿尔蒙·B·斯特罗杰申请了第一个自动电话交换机专利。这个自动交换系统采用了贝尔公司的技术人员参与研究的两项新技术，一项是当时因不够完善而尚未正式投入使用的拨号盘装置，另一项是1884年发明的最早的自动交换机（只能接通15个用户）。

    这个专利批下来以后，斯特罗杰创建了自动电气公司。但不久，贝尔公司就购买了他的专利，并改造了他的电话系统，首次将第一个商业自动电话系统投入使用。这个系统的优越性是，它可以同时接通99个用户。

    至今，德国还保存着19世纪和20世纪之交为德国邮政事业做出过巨大贡献的最老式的电话机。

    随着无线电技术的诞生，西方军事家们就预言，未来的战争将在海、陆、空和信号的“四军”协同作战基础上取得胜利。无线电话，特别是机载无线电话在第一次世界大战中的作用就证明了这个预言。

    美籍加拿大人费森登是最早发明无线电话的人。著名的无线电报机发明人马可尼于1901年在他的收报机中装上了费森登发明的电解质检波器。直到1912年，还有人把这种检波器装在收报机上，用气球将收报机放到高空进行无线电报实验。但在1902年，费森登已经创造了第一台无线电话，1906年，他就在麻省布兰特·罗克建立了第一个无线电话站，他用麦克风调制亚里山德逊射频发电机产生的高频电流，在这年的圣诞节前夕发射了第一个无线电话信号，也是世界上第一套远距离音乐和口语节目，几个陆地接收站和一个海上接收站都同时收到了他的信号。

    令人难忘的，还有无线电话的第二位开拓者德·弗雷斯特。他首先是真空三极管的发明人。

    1907年在纽约市，1908年在巴黎艾菲尔铁塔上，他发射了无线电信号。但是，1906年发明的真空三极管此时并未派上用场，他的无线发话机类似于马可尼的发报机，只不过用麦克风代替了电报机的莫尔斯电码键盘。真空三极管只是在1912年才被用于无线电话机。这年弗雷斯特发明了再生电路，能够放大音频信号。1914年，美国通用电气公司实验室进行了大规模试验，正是在接收机中使用了真空管再生放大电路，他们监听到美国政府通过德国电台命令德国船只撤离美国的通知，从而最先得知第一次世界大战爆发的消息。1915年，在无线电报信号飞越北大西洋上空后的14年，无线电话信号也跨越了北大西洋。

    电话技术的发展和它的便利，都使它在第一次世界大战中大显身手。单美国信号军团在法国战区就架设了1340千米的电报和电话线路，通信电缆和导线总长达3万千米。但是，这只能为陆军所享用，空军和海军必须寻找新的通信方式。机载无线电话就趁此机会应运而生。

    在战斗飞机上安上无线电话，必然增强飞机的作战能力。这使得一位美国将军，也是一位在作战中使有线电信技术大显神通的工程师斯奎厄，下决心把无线电话机装到协约国的飞机上。1917年5月22日，他召集会议下达了从速研制机载无线电话机的命令，不到六个星期的时间，美国就生产出了样机，并在一次飞机联合作战演习中投入使用。接着，他们又用这种电话指挥炮兵演习，取得成功。1918年2月，美国生产出SCR-67和SCR-68型机载无线电话机。

    它在协约国战斗机上的普及，加速了德军的失败。

    机载无线电话机的意义远远超出了纯技术的范围，因为它彻底改变了19世纪的经典战争理论。海、陆、空、信号“四军”协同作战的新概念是第一次世界大战的产物，而机载无线电话的作用则是这一新概念的核心和支柱。

    历史推移到1923年。这年的5月18日，法国工程师安托万·巴尔内为他的“电话用户间自动通联系统”申请了专利。这就是最初的电话拨号盘。此后，话筒和听筒装在一个弓型手柄上的电话机，大都采用了这种拨号盘。这种又被称为旋转式自动电话系统的装置最初试验时，曾在电话小姐中引起极大的惊慌，因为她们担心自己会失去心爱的职业。但是，因为它克服了人工电话交换系统的缓慢接转状况，从而被使用了很长的一段时间，直到60年代，电子式电话交换机才逐渐取代了它。

    由于晶体管技术的进步，它的应用在收音机、助听器、电视摄像机以及电子计算机等方面广泛推广开来，随之出现了1953年3月将晶体管用于电话系统的卡片译码器。这个任务是由贝尔电话实验室完成的。

    而电子式电话交换系统已经不是某一个或几个发明者所能设计出来的，而是由一些互相竞争的实验室研制成功的。

    1956年，美国电话电报公司在年度报告中曾预言，第一台电子电话交换机可望于1959年投入使用，并估计研制预算为4500万美元。但直到1965年5月30日，美国第一台公共电子电话交换机才在新泽西州的苏卡苏纳启用，它只能联接城里4300个用户中的200台电话机。而就其实际研制开支来说，所需的不是3年时间和4500万美元，而是4000工作年／人（即1个人工作4000年，或4000人工作1年）和5亿美元！

    英国的邮电局实验室原定1962年一个全电子电话交换中心在伦敦北部投入运营，但当时的工艺技术条件（如存储器和半导体的性能有限等）迫使英国电信局的研究人员改变了主意，不得已而改为半电子交换系统。直到70年代末期，英国才研制成功了“X系统”，从而进入了全电子电话交换系统的时代。

    早在1957年，在法国国家电信研究中心的负责人约瑟夫·利布瓦领导下，在已拥有关于编码脉冲调制系统的各种重要专利的条件下，同时进行两个方面的研究：半电子交换（或空间交换）和全电子交换（又叫时间交换）。利布瓦和安德烈·皮内共同组织了“普拉东”工程，即“数字式自动交换机拉尼翁样机研制计划”。直到1970年1月，法国启动了世界上第一部连接市话用户的时间电子交换系统。到1977年，在美国亚特兰大举行的一次国际会议上，代表们一致认为，法国的时间交换系统比它的竞争伙伴们提前两年投放国际市场。这个系统实现了多路传输，也就是说，在一条线路上可进行多达无数路的通信，而使用数字信号传输，不仅可以传输声音，还可传送图像（如电视）。

    电子电话系统的出现，是一个重要的转折点（实际是一个很长的历史时期，至少20年的时间），它使得电话系统具备了与其他各种电子设备发生关联的各种条件，这孕育了信息化时代的重要特征——网络化。这一点容后再说。这里需交代的是，电话系统的应用规模是巨大的。到1969年，由贝尔集团公司发展来的美国电话电报公司已拥有1亿部电话分机。到1976年，全世界已拥有3.796×108部电话机，超过50万台的国家达42个，其中美国已有1.49亿台，日本有45514709台，英国有21035602台，前苏联有16949000台。同时，电话技术的其他方面也得到了长足的进步。

    促进电话事业发展的因素是很多的。有线电技术、无线电技术、真空管或电子管技术、晶体管技术、电脑、集成电路、信息数字化技术、电缆光缆技术等等，都为电话之所以成为今天五彩缤纷的景象做出了巨大贡献。电话，可以说既是一个大的信息技术花园中的一枝奇葩，同时又是这一系列信息技术群相互作用的一个产物。

    但我们所关注的，仍是电话自身前进的足迹。

    1942年前后，哈罗德·T·弗里斯在美国电话电报公司实验室里成功地实验了用无线电接力进行超短波传输。这项技术原是贝尔实验室应战争需要而研制的一种通信手段。弗里斯自20年代就开始进行超短波实验。在二战之前，他和他的合作者贝克就发明了一种无线电通信天线和一个能同时传输2400路通话的电话系统。这种天线至今还在各种无线电中继塔上广泛应用着。因被应用于军事而一直保密到1945年10月。我们大多都见到过各种装有抛物面天线的天线塔（又叫超短波或微波中继塔），常建在很高的地方，用于无线电话线路或电视发射的“接力”。每一个无线塔都是一个电磁波中继站。尽管德国物理学家亨利希·赫兹早在19世纪就发现了微波，但只是在二战中各种新技术和电子元件出现以后，微波才被应用开来，成为大容量电话通信和远距离电视图像传送必不可少的手段。

    1953年6月2日，“欧洲电视联播”使用微波中继进行第一次电视转播，人们看到的是英国女王伊丽莎白的加冕典礼。而在1951年，法国也曾建立了一条试验性的中继系统。

    还在20世纪50年代初期，美国电话电报公司实验室经过10年努力，设计出了理想的电话增音器样机。它装有长寿命电子管，由海岸电话站供电，人们预计它可在水下工作20年。这是一种在远距离电话通信线路上，每隔数千米安装的信号放大和再生装置，以确保信号的逼真。

    1956年9月26日，第一条横穿大西洋的电话电缆铺设成功，并同时传输了588路通话，比过去10天内的无线电话通信总量还要多。这项工程是由美国电话电报公司、英国邮电局和加拿大海外通信公司密切合作来完成的。1957年8月14日，第二条海缆铺设完毕，从而实现了穿越大西洋的双向电话通讯。

    世界上第一颗人造地球卫星“斯普涅克1”号于1957年10月4日进入轨道。这是前苏联人的骄傲。美国国家航空和航天局直到1960年8月12日才发射了自己的第一颗通信卫星“回声-1”号。这实际只是一个直径30米的大气球，表面镀铝，只能反射地面电磁信号，而没有放大和指向作用。因受陨石撞击，“回声-1”号不久便爆毁。美国第一颗真正具有实用价值的民用通信卫星，是美国国家航空和航天局于1962年7月10日为美国电话电报公司发射的“电星”号。它造价100万美元，可在美国缅因州东部的安多佛地面站和设在英国贡希利镇及法国菲尼斯太尔省普勒默——博多的欧洲站之间，传送多路电话通信和电视图像。——所应注意的是，通信卫星的理论是英国工程师阿瑟·C·克拉克在1945年公诸于世的。

    而从60年代，通信卫星技术一日千里，也就逐渐取代了微波中继站，有电视的家庭开始拆掉房顶上的线状天线，而换上“锅口”朝天的抛物面天线。我们现在的闭路电视信号就是这种“锅式”天线从卫星上接收下来的。同时，通过卫星还促进了电话自身的许多改进。以后的无线电话开始利用卫星来实现全球性通信联系，各式移动电话也借此而得到飞速发展。

    从人们对电子和电信技术的消费上看，20世纪50年代时，人们对收音机情有独钟，六七十年代又青睐电视。但是这些音频和视频娱乐都是由电台和电视台安排的，用户没有太多的选择消费的自由。电视唱片、唱机和录像机的出现，虽给人们提供了较大的选择余地；视频玩具、电子象棋等也增加了人们不少乐趣。但人们还是不满足，还是要求获得更多的信息，要求分享更多更宝贵的信息资源，希望能与其他人进行可视的对话，——可视电话，或电视电话已成为人们的一种更高的需要。与此相应，90年代就出现了电话与电视联姻的产物，一种既可听到对方声音，又可看到对方形象、以至说话时的神态表情的多功能视听电话。如果这种电话普及开来，就果真是“天涯若比邻”了。不管你在地球的任何地方与自己的亲友、同事通话，都会像面对面地交谈一样，得到亲见亲谈的效果。

    近些年来，美国电话电报公司还发明了一种要求人们必须忘记拨号、响铃、讲话和听话等概念的新型电话，并努力使它成为家庭通讯系统的基石。适应那些父母双方都上班、孩子上学、家里无人的家庭需要，一种具有应急和遥控特点的电话被生产出来。它装有防火报警装置或急救寻呼设备。自动探测电话可监视室内温度、音响和电器设备，甚至还可自动开关室内各种电器或电控阀门等。这种电话也在得到发展：它能甄别打入电话的声音，使人们从远处呼叫自己的电话以进行某种操作，如关闭电炉等，安装在门上的麦克风将声音送入电话机，经识别后，它就会启动一个机械装置将门打开。现在有些可视电话正在成为一种计算机终端，人们利用它能够显示银行结余和购物指南，能够与自己所要通话的对象自由地交谈。电话正在与电视、微机等通过通信电路或卫星与各种信息中心、数据库、商店银行及其他公共服务部门连接成一个信息网络，开展各种电信业务。

    越来越小的“地球村”

    的确，目前人们使用最多、最广的电信设备就是电话。单纯的传音电话确实拉近了人们的距离，将地球缩小成一个“村庄”，而同时既传音又传图像的电话就会使地球上的人们如同在一个屋子里面对面亲切谈话一样，将“地球村”变成一个“地球家”。

    发展真是太令人惊叹了！电话系统在短短100多年时间里，经历了由最原始的磁石式、步进式、纵横式到程控电话交换、全数字电话交换以至当今综合业务数字网交换、异步传输模式的发展。

    在综合业务数字通信网中，一条用户线，可以同时将电话、传真、图像、数据等综合地交换、传送。我国及世界各国都在积极开发这种通信网，它在现在电话网的基础上，充分利用先进的数字化通信技术，采用光纤通信、卫星通信及程控数字交换机等，建立起一个全数字化的综合业务网。

    光纤通信技术正在成为远距离大容量通信的主角。我们知道，光实际是一种频率极高、波长极短的电磁波，只要适当调制，就可像一般的电磁波一样传送出去。光的频率在2×1014赫兹～5×1014赫兹之间，几乎可以把无限数量的通话调制到一根光纤的频带宽度内，从而极大地增加通信容量。光纤通信的许多优点，如信息最大、传送距离远、体积小、重量轻、保密性强等，吸引着人们利用光纤组成的光缆而不是电缆来建立综合业务数字网。

    其实，贝尔在发明电话后，又于1880年发明了一种“光电话”。它用一束聚焦的光线落到一块平面镜上，声音使镜振动而偏转，使反射出的光线随之改变方向，再落到一块硒光电器件上，从而产生正比于声强的电流，推动音响装置将声音复制出来。但因为技术上的巨大困难，贝尔最终放弃了“光电话”。但类似的光电话至少在二战中的军舰或商船都普遍应用过。

    经过多年技术上的攻关，美国贝尔系统（贝尔电话实验室和西方电气公司）于1976年在亚特兰大进行了多次数字光纤电话通信试验。现在，美国、日本的海底和陆地光缆网络已经形成，并可实现声音、文字、数据和图像的综合处理，而且比起电缆通信来要经济实惠得多。光纤通信的巨大潜力正在通过综合业务数字网不断展示出来。

    国际互联网（Internet）最初起源于冷战时期，美国国防部一级计划局的计算机网络即ARPANET，后来又出现了美国科学基金会的NSFNET、美国宇航局和能源部的NSINET。同时，日本、欧洲等也积极发展本地网络。中国在八九十年代之交也建立了自己的网络（叫CHINANET）。逐渐地在此基础上互联形成了一个全球性广域网络，即INTERNET（又叫因特网）。在因特网上，实现了全球信息资源的共享。到1998年，因特网的用户数量已超过1亿。在中国，因特网也正在成为继电话、电视之后的第三大公共系统，人们用它可以访问远程电脑、收发电子信件、进行电子购物、实行电子会议等，用它可以搜索到上万个世界大图书馆和资料库的巨大信息。既然它与电话网密不可分，那么在电脑终端具备电话功能之后，网上的可视电话的实现就不会是太远的事情了。

    在因特网上的电视电话实现的基础上，如果能充分挖掘美国摩托罗拉公司1987年设想的“铱”卫星通信系统的潜力，并实现无线移动电话的可视功能，那时，你无论是在家里的网上可视电话前，还是随身携带着一只袖珍可视移动电话，你都可以自由自在地与世界上任何一个地点的人进行逼真的“促膝交谈”。在这个“地球家”里，这是一种多么令人神往的情景啊！

    汽车简史

    当人类历史进入20世纪，交通运输越来越成为一个国家极其重要的基础设施，成为一个国家赖以生存和发展的命脉。现代运输格局，使我们在感受到空中的飞机、海上的轮船、陆地的火车等交通运输工具的方便快捷之外，我们更经常地体会到汽车给人们的生活带来的诸多便利。其实，汽车的出现只是近100多年的事情。但人们的梦想和追求却已相当久远。

    独领风骚的中国早期车辆技术汽车曾经历了好几千年的孕育和形成的历史，中国古代的车辆制造史对人类发明汽车起了巨大作用。

    早在殷商时代，中国人就能制造较高级的两轮车，车轮有辐条，结构精巧华美。周朝时还出现了车轮轴承的润滑油。春秋战国时期，高架车、巢车等新型车辆已广为应用。汉魏时流行一种经济耐用的独轮车。根据科技史家的研究考证，他们认为这不劳人力、不食粮草的“木牛流马”就是一种独轮车，而从其能上山下岭、昼夜运行的情况看，这种独轮车的内部结构和性能一定非常精巧、复杂。大致同时，我国出现了四轮车。南北朝时，出现了规模更大的车，如由12条牛拉的大型牛车、装有20个轮子的大车（类似现在的载重大卡车）及安装磨机的磨车，这些车都已经用石油作润滑材料了。五代时出现了三轮车。北宋时“独轮车”发展成各种各样的运输车，还出现了“手推车”、“二把车”、“鸡公车”等名称，有的独轮车上还安有风帆，以借助风力减轻人力，因其轻便灵活、适应性强，在我国农村应用非常广泛。

    明代时又有专门运输建筑材料的八轮车。清代出现了四轮铁甲车。

    在中国古代的各种车辆中，设计严谨、结构精巧的指南车和计里鼓车最充分地体现了中国古代工匠在运输车辆制造方面的高度智慧和创造能力。它们的机械传动和控制原理都非常复杂，远远超出了同时代西方人的机械制造水平。我们可以粗略地看一下计里鼓车。

    宋天圣五年（1027年）卢道隆制造和大观年间（1107年～1110年）吴德仁再造的计里鼓车，结构大致相同。它共有两个足轮，立轮、下平轮、旋风轮、中平轮、小平轮和上平轮等齿轮各一个，整个齿轮系统和车辆同行同止。车行一里，中平轮转一周，同时，在中平轮的轴上安装的一个起凸轮作用的拨子，拨动木人的手臂，击鼓一次。如再加上一个10齿的小平轮和一个100齿的上平轮，当车行10里时，上平轮转一周，上面的拨子拨动另一木人的手臂，使木人击鼓一次。这里面的各种齿轮的大小和齿数都非常精密。计里鼓车虽在汉魏时就已出现，但其因原理和制作方法史书所记不详，就延迟至宋朝才又被人制造成这个样子。

    汽车的诞生中国虽有十分发达的机械车辆制造技术，但现代意义的汽车并没有在中国诞生。荷兰17世纪初的风帆车算是西方汽车的祖先。到18世纪，在瓦特发明蒸汽机之后第二年，法国出现了古诺的第一辆蒸汽车。

    法国工程师尼古拉·约瑟夫·居纽奉陆军大臣舒瓦瑟尔公爵之命，于1771年制造了一辆用来运送辎重和牵引火炮的蒸汽车，当时人们称它为“大板车”。这辆车以粗木作车架，装有三个轮子，前轮既是驱动轮，也是转向轮，司机通过一个双把曲柄控制车行方向。车上装有世界上第一台高压蒸汽机，活塞杆将蒸汽机活塞的运动传递给驱动轮，从而带动前轮运动，它的时速曾达3.5千米。它至今还保存在巴黎国立工艺博物馆，供人参观。

    之后，英国著名的铁道蒸汽机车发明者特莱维西克于1801年制造了第一辆能乘坐的汽车。

    但是，蒸汽机的动力还太小，带动机车尚显费劲，驱动汽车就更加困难。为汽车创造一种更充足的动力机成为汽车发展的关键。内燃机的出现为实现这一点提供了可能。1832年，布朗发明了最早的内燃机——煤气机。经过法国人卢诺瓦、德罗夏和德国人奥托·戴姆勒等人的努力，四冲程煤气机出现了。戴姆勒原是一个军械所的学徒，他与设计师威廉·迈巴赫在多伊茨工厂工作期间，就想用汽油代替煤气工作，用电火花代替奥托的火焰点火，把笨重的固定性发动机变成可以移动的轻便汽油机。1883年，这种汽油机问世，可达每分钟900转的高速。随后，他们又造出“座钟”发动机，将它用在两轮车上。1885年，一辆装有这种发动机的摩托车产生，它由一个木架和两个带铁箍的木轮组成，时速可达12千米，从而证明了“座钟”发动机可以用于车辆。

    1873年，法国人阿梅代·博莱制造出一台有12个座位的蒸汽汽车。能装12个乘客的容载量在当时已经是最大的了，说明它的动力确实很大。这辆汽车上装有两台V型双缸蒸汽机，每台发动机均有一根传动轴，通过齿轮和格尔式链与驱动轮相连。它是后轮驱动，前轮转向，操纵十分方便省力，车上所有的操作机构均装在司机手脚可以活动到的范围之内，而最主要的是装有一个控制发动机进气量的踏板和一个方向盘。这显然已是现代汽车的雏形。1875年，博莱汽车在18个小时之内走完了从勒芒到巴黎的230千米路程（包括沿途的休息和加水时的停留），在载重的4800千克的情况下，时速仍达20千米。因这种汽车易于操纵，所以就有了“温顺者”的美称。

    1886年，戴姆勒和迈巴赫让车匠造出一个改了装的马车，把车辕变为操纵杆，以控制行驶方向，司机坐在原来马车夫坐的地方，采用后轮驱动，在平坦的道路上时速已接近20千米。

    这是世界上最早的内燃机驱动的四轮汽车。1889年，他们就在巴黎万国博览会上展出了世界上第一辆钢管车架的汽油发动机汽车，它的车轮是实心橡胶胎钢圈轮，有两台V型排列双缸汽油发动机，功率为2千瓦，时速分别为5千米到16千米，还有一台锥形摩擦离合器和一套后轮机械制动系统，前面的转向轮略小于后驱动轮。

    戴姆勒—迈马赫汽油汽车一问世，法国人勒内·庞阿尔和埃米尔·勒瓦索就购买了它的专利，改进后组织批量生产。1891年，他们造出了第一台样车，把发动机从原车架的后部移到前脚，并呈卧式安装，节省了车内空间。巴黎国立工艺博物馆里还存有一辆M2E1896型汽车。

    庞阿尔和勒瓦索是法国最早的汽车制造商，也是世界上最早的成批生产汽车的企业家。他们和戴姆勒、迈巴赫一样被推崇为现代汽车的创始人。

    另一位汽车先驱者是德国人卡尔·本茨。他在1879年获得了两冲程发动机的发明专利。1887年，他曾造出一辆有点像马车的三轮汽车，用高压电火花为发动机点火，采用汽化器，以便使用液体燃料，前轮控制方向。他的夫人曾瞒着他，驾着这种车，做了一次100多千米的远游，尽管途中出过一些故障，但还是到达了目的地。不久，这辆车就卖给了巴黎的罗杰。他在法国独家经营和装配这种汽车。到了1888年，人们只要花140镑，就能买到一辆这样的“奔驰”车（本茨车）。1890年后，这种三轮车又被改装成四轮车，速度不高，但简单可靠，价格便宜。奔驰车也是当时世界上最先作为商品出售的汽车，1890年～1900年间，就销售了2000辆。

    与汽车的速度和性能直接相关的还有轮胎。1887年，英格兰的一位名叫邓禄普的兽医做成了世界上第一条充气轮胎。而如何更好地固定轮胎的问题，是由韦尔奇解决的，他在外胎中埋入钢丝，并用盘形轮缘帮助固定轮胎。如果没有轮胎，不仅汽车不会跑得像现在这样快，而且公路的路面也无法得到很好的保护。

    此后，汽车的制造和比赛就迅速发展起来。1894年，巴黎举行了第一次汽车大赛。1895年，车赛的优胜者时速曾达25千米。10年后，美国的赛车速度已达每小时150千米。到1914年，世界上已经有200万辆汽车。

    汽车行业的发展与繁荣

    汽车行业的空前迅速的发展是由美国人亨利·福特推动的。他于1896年在底特律研制成一种福特T型汽车，并于1908年建立了批量生产汽车的流水线。这种生产线是按泰勒制建立起来的世界上第一条装备生产线。由于采用这种生产效率极高的科学劳动组织方法，福特汽车公司得以在1908～1927年间，生产出1800万辆T型汽车。

    福特的汽车最初使用凯恩·彭宁顿的汽缸四冲程发动机，具有高压点火系统和温差循环水冷却系统。车上还装有多片式离合器、行星齿轮式变速器、行星齿轮差速器、伞形齿轮式后桥和行星齿轮箱式转向器。它们已成为现代汽车最为传统的核心部件。

    汽车行业的空前发展还离不开鲁道夫·狄塞尔与克虏伯合作研制的柴油发动机的广泛应用。

    这种发动机比汽油机功率大、压缩比高，而且所用重油较为廉价。虽然狄塞尔因对自己的经济前景深感绝望而投海自尽，但他的柴油机却成了20世纪坦克、拖拉机、舰艇和大多数重型机动车辆包括汽车的动力心脏。

    汽车行业的发展同时促动了其他经济部门的腾飞，如对石油的需要，使得石油的生产在整个经济中举足轻重；汽车轮胎对橡胶的需要，使得大国抢掠殖民地的天然橡胶成为重要的殖民掠夺活动之一，甚至于公路、桥梁的修建和维修、车库、加油站、停车场等已成为现代社会不可缺少的一部分。

    在19～20世纪之交，法国还出现了两种引人注目的汽车。一种是21岁的青年路易·雷诺设计并制造的一辆轻型汽车。它采用轻型管式车架，装有一台三档变速器和一套差速轴式传动系统，除了发动机采用德迪翁—布东式的以外，其他所有零件均是雷诺自己设计的。之后，他的弟弟马塞尔又鼓励他继续系统地组织生产，并于1899年建立了雷诺兄弟公司。经改进之后，从1899年3月起，雷诺汽车在各种汽车竞赛中崭露头角，连连夺魁。从此，这种汽车名声大振，赢得了大批用户。

    另一种汽车是阿尔贝·德迪翁侯爵与布东一道设计制造的，被称为“面对面”式德迪翁—布东汽车。“面对面”式是指它的两排座位相向排列。它的四冲程发动机转速达每分钟1880转，产生4.5马力的功率，这一转速在当时是绝无仅有的。它还采用了不少新技术和新设备，在水冷却系统、点火系统、转向控制系统及制动系统等方面都有诸多创新，大大推动了汽车零部件制造业的发展。

    法国人的贡献还有很多。费尔南·福雷于1888年设计的直列六缸发动机，作为一种大容量汽缸发动机，至今仍为一部分美国人所喜爱。他于1889年设计的直列四缸发动机，被莱特兄弟发明的飞机和福特T型汽车所使用。现在欧洲各汽车制造厂使用最多的仍是这种发动机。

    进入20世纪，法国工程师皮埃尔·费纳伊1926年发明了一种凸块式等速万向节，使汽车前轮驱动成为现实。法国雪铁龙汽车公司的创始人安德烈·雪铁龙于1925年制造出B10型和B12型汽车，采用全钢车身，经受了跌落悬崖而受到较小损伤的考验，从而大大增强了小汽车的强度和安全程度。1934年，法国雪铁龙汽车公司采用前轮驱动方式成批生产7A小汽车，从而成为当时世界上最负盛名的汽车公司之一。现在，在全世界的小汽车中，后轮驱动的汽车数量锐减，而前轮驱动车已经成为主流。

    轮胎当然是英格兰人邓禄普的发明，但是，橡胶轮胎在汽车上的应用及可拆卸轮胎的发明则要归功于法国的米许林兄弟。兄弟俩领导的米许林公司于1891年发明了这种轮胎，这项重大技术革新使爆胎事故很快就能挽回。这是一件震动世界的大事。1895年，兄弟俩破天荒第一次派出装有这种可拆卸轮胎的“闪电”号小汽车参加巴黎—波尔多—巴黎的汽车赛。从此，轮胎汽车迅速普及全世界。能有效增加重型汽车负荷的双式车轮、可拆式钢盘车轮及子午线轮胎也是这家公司分别于1908年、1914年和1937年研制出来的，极大地改善了载重大卡车、公共汽车及其他各型汽车的行驶性能。而现在被大量采用的轮胎则是英国邓禄普公司于1981年在米许林轮胎的基础上改进的“Denovo”轮胎，它除了拆装十分方便外，即使在瘪胎时也能以每小时80千米的速度继续行驶160千米，而它的安全寿命是10万千米至15万千米。

    现在，小汽车里大量采用的集成电路电子点火系统也是法国汤姆逊C.S.F公司研制，雪铁龙汽车公司所最早大量采用的。实践证明，这种点火系统具有使发动机效率最佳化、油耗量最小化的优点，不仅大大增加火花塞的寿命，而且很容易实现冷起动。

    其他欧洲国家也做出了各自的贡献。1917年，英国陆军少校威尔逊为刚产生的坦克设计了一种预选式变速器，后来就被广泛应用于各种大型商用汽车和公共汽车。1950年，英国汽车制造商罗弗设计出了世界上第一辆装有燃气轮机的汽车。1952年6月26日，它曾创造出每小时行驶242千米的世界纪录。它所设计的燃气轮机得到各种改进，效率和性质得到极大提高，通用汽车公司、克莱斯勒公司、波音公司、菲亚特公司、雷诺公司等先后采用了这一方法。

    其中，雷诺公司的“流星”号燃气涡轮汽车，曾在1956年的一次比赛中达到308.9千米的时速。

    值得回味的，还有一辆公共汽车。早在1831年，英国人沃尔特·汉考克为他的国家制造出了世界上第一辆装有发动机的公共汽车。这辆汽车以蒸汽机为动力装置，可载10名乘客，被命名为“婴儿号”，并立即被投入试验性运营。不久，又出现了汽油发动机为动力的公共汽车，是由德国奔驰汽车公司最早研制成功的。1895年3月18日，第一条15千米长的汽油公共汽车线路在德国北莱茵兰正式通车营业，除两名坐在车厢外开车的司机外，车厢里可乘坐6～8人。另外，巴黎运输公司还设计了一种“未来公共汽车”，外观奇特，各种性能都颇受欢迎。

    20世纪后半期以来，汽车零部件也随着整个科学技术的进步而发生巨大变化。雷诺汽车公司于1960年推出了一种安全密封的水冷系，1971年，又发明了小汽车前保护装置——塑料护板。法国人让·吉代蒂于1972年发明“迪内美”新式车轮（用于沙地行走大型车辆）。法国汤姆逊C·S·F公司研制的集成电路电子点火系统在1978年以后被广泛应用。英国C·D·销售有限公司的基思·D·雅各布1979年12月发明大视野后视镜。1980年，德国人库尔特·哈克尔和赖因霍尔德·魏格尔发明了“阿耳戈”专用后视镜。意大利维尼亚莱车身厂1966年首次推出纵向可调支座式座椅。1981年，法国卡尔贝尔松公司生产了“热内发”新式气体发生器，既有较高的技术性能，又能大幅度地节省能耗。这一切共同推进了20世纪汽车工业的发展和繁荣。到1980年，美国的汽车年产量已达1000多万辆，成为世界上第一个汽车大国。80年代以后，日本的汽车产量迅速上升，大有超越美国之势，至90年代前期，日本的汽车已占领了大约1/3以上的美国汽车市场。随之，各国的公路网在各大城市和乡村之间延伸开来，高速公路自30年代以来，已达到至少600万千米的长度。

    中国的汽车

    由于经济和技术落后，直到20世纪40年代，中国还不能自己设计生产汽车。在新中国成立的前几年里，汽车多是从前苏联进口或是从日本投降军和国民党军队手里缴获来的。1956年7月，在前苏联援助下，建成了新中国第一个汽车制造厂——长春第一汽车制造厂，它所生产的解放牌汽车至今仍是我国汽车市场的重要品牌。1958年，由汽车专家孟少农主持设计，“一汽”造出了中国第一批东风牌小轿车。

    从1950～1979年的大约30年时间里，中国的公路从8万千米增至80万千米。其中，1954年通车的康藏公路、青藏公路把世界屋脊（青藏高原）同四川、青海联系起来，高原上开始出现了现代化的景象。这期间，中国的汽车增加到144万辆，其中大多数是一汽的产品。同时，北京的吉普车厂、上海的小轿车厂、南京的轻型载重车厂都生产了不少经久耐用的汽车，天津、武汉、郑州等城市也建立了不同型号的汽车制造厂。70年代，在湖北十堰建立了第二汽车制造厂，开始生产东风牌载重汽车。

    进入80年代以来，党和政府在各行各业推行改革开放政策，这使我们的汽车行业出现了巨大的变化。从国外进口的汽车（包括高级小轿车）数量剧增，同时，许多汽车生产厂家迫于市场压力也开始开发新产品。汽车的各项技术性能有了显著提高，汽车的色彩和样式趋于明快和多样化。中国人自己的开发能力也逐渐展现出来，在汽车的局部技术革新上也获得了可喜的成绩。如辽宁省辽阳市燃料公司的白尚玉发明了一种汽油车的汽、柴油两用进、排气歧管，它使汽车既能使用汽油，又能使用柴油，具有结构简单、设计合理、使用性能好、节省汽油等优点，并可方便地安装到现在的各种汽油车上。青州市万家通用电器厂的郑传圣发明了一种会车变光自控装置，用于汽车及各种公路车辆在相会时的自动变光，具有识别车灯、路灯及抗路灯干扰的功能，还能钳制本车被控车灯反回光干扰。沈阳汽车制造厂的陈玉宝等还发明了一种叫做“三辊横轧轻型汽车半轴套管”的汽车零件加工工艺，不仅使生产效率和产品质量大大提高，而且提高了材料利用率，可节省能源40%，减轻了工人的体力劳动，操作安全，无环境污染。还有上海市李升阳发明的“汽车大灯全自动调光系统”，大大改善了汽车灯光在两车靠近、超车或拐弯时的灯光信号变化能力。

    到1986年，我国的公路就延长到96.2万千米，国产和进口汽车达360万辆。此后，中国汽车工业中最明显的进步，就是一大批企业同外国合资或合作，引进先进技术，大大提高了汽车工业的技术水平和规模档次。我国现在比较有名的品牌，如上海的“桑塔纳”、长春的“奥迪”和“捷达”、北京的“切诺基”、天津的“夏利”、十堰的“富康”、广州的“标致”等轿车和吉普车，都是分别与德国、法国、美国、日本等国合作的产品，也是我们在90年代以来在公路和城市街道里最常见的汽车。与此同时，各省区内部或相互之间的高速公路建设在90年代尤其是90年代后期获得空前规模和速度的大发展。高速公路的建设极大地提高了汽车的交通运输速度和行车的安全程度，为国民经济的发展和人民生活水平的提高创造了更加优越的条件。

    但是，从总体上看，相对于社会、经济发展的实际需要来说，我国的汽车行业和公路交通还很落后，一些经济学家甚至认为这正在成为制约我国经济发展的“瓶颈”。因此，我们必须奋发图强，在迈向新世纪的过程中，大力发展汽车和公路交通运输事业。为此，我们需要对走向21世纪的世界汽车工业的大趋势有所了解。

    面向21世纪的新型汽车目前的汽车尽管已给人们带来了各种便利，但人们也切实感到了它的许多不足。于是，不少汽车大国都在竞相研制21世纪初的全新汽车。据专家预测，这种未来的汽车将具有节省能源、减少污染、安全舒适及智能化的特点。

    节约能源成为新型汽车研制所追求的最重要目标。我们知道，地球的能源尤其是化石能源（如煤、石油等）越来越濒临枯竭，而石油的很大一部分正是被汽车吞噬掉的。虽已在研制太阳能汽车和氢气动力汽车，但因技术难度过大，短期内无法大面积推广。于是，节省油耗就成为最实际的选择。改善发动机的功能、提高燃料利用率当然是重要的节油途径。但用气动技术改善车体外壳的流线型式，及用塑料、铝和其他轻质材料制造车体已成为人们实现节油的又一重要追求。纤巧轻便的内部系统和车体，可实现轿车每百千米油耗低于4.7千克的目标。1980年，德国还出现了一辆“节油冠军汽车”。美国通用汽车公司的塑料轿车技术正趋成熟，欧洲“尤里卡”计划中对“轻型汽车”提出了要求，德国奥迪公司还制成了全铝汽车。一种使用喷汽战斗机材料、采用超流线型设计的“超级汽车”可能很快就要面世，它消耗电和少量汽油，每100千米仅耗油1.6升（普通夏利车是6升）。它的车体大量采用由碳、玻璃或特别塑料等复合纤维材料制成，内燃机体积小、功率高、污染少，还可向驱动车轮的电动机供电，刹车时可储存电能，爬坡时可补充能量。日本的大发、三菱公司，欧洲的梅塞德斯，宝马公司和美国都在加紧研制之中。

    我们知道，汽车排放的大量废气是城市环境污染的“罪魁祸首”。各国政府都采取了一定的措施，但大多未能根本解决问题。为此，天然气汽车作为最近可能的选择即成现实，它的废气排放量是柴油汽车的一半。而从清洁度来说，最理想的要属电动汽车了，它的噪音和振动都小，保修容易，没有尾气，但因为目前所能使用的各种蓄电池的性能达不到要求，电动汽车的速度远无法与汽油汽车相比。看来，燃氢汽车可能最有前途。因为它把水分解成氢和氧，几乎取之不竭，所放能量比汽油高，燃后排出的是水汽，毫无污染。但它有噪音和振动都较大等缺点，并存在着要常使液氢燃料保持-253℃的温度的技术难题，这使人们目前无法去成批地生产这种汽车。另外，还出现了以酒精为燃料的汽车。

    近几年来，全世界每年死于车祸的人数都在40万人左右，居各种事故伤亡人数的首位。安全成为未来汽车工业的首要目标。有效地防止或抵抗撞击当然是提高汽车安全系数的重要手段，这要求未来汽车的座椅抵抗正面撞击的坚固性比现在高4倍。另外，一种形同橄榄球似的椭圆形汽车，拥有一个尖圆形的车头，将使两车相撞变为侧面擦身而过，从而大大减轻汽车相撞的后果。同时，能够保证在雪雨路面上安全行车的4轮导向、4轮传动的技术也在积极推广，它能提高刹车性能。专家研究表明，高速公路上26%的致命事故是由半睡眠状态引起的，于是，一种警报系统被雷诺公司和白菇汽车公司生产出来，它专门用来监视驾驶员在操纵方向盘时的微小的动作变化。日本的“丰田先进安全汽车”运用电子等先进技术，进一步提高了安全性能，如采用17项最新技术，包括打瞌睡驾驶警报系统。

    智能汽车技术试图最终消除司机失误造成的事故。日本三菱公司的自动驾驶系统、萨巴鲁公司的100%的计算机辅助驾驶、梅塞德斯—奔驰SL双座敞篷车等都是当今智能技术的结晶。日本生产了一种新型车，司机在开车中，可通过电话联系工作，或收看电视、接受传真；同时，还能操纵家里的洗衣机，掌握厨房电炉炖鸡的火候，指挥机器人扫地……他的行车路线已编入电脑，汽车一直处于最佳路线上，因此绝不会有危险。有的智能汽车上装有探测前行车距离的雷达系统或某种类似船舶的“导航”系统；甚至可以根据卫星传来的路况信息来自动调整行速……电脑技术将使汽车的“智能”大为提高。

    在智能交通运输系统中，与智能汽车搭配的是智能公路。在这种公路上，如果发生了撞车事故，撞车地点就被自动定位，同时发出呼叫信号，一方面指示救援，紧急抢救；一方面警告后面的车辆小心，防止后继撞车。将汽车和道路融合在一起的是交通管理系统，一方面利用各种高新技术手段自动调节交通信号，实施最佳的交通管理；一方面借助计算机分析处理车辆密度、速度等信息，实施交通监控，对车流实行疏导。这使整个公路网上的交通处于最佳状态。公路上的自动导航系统可使驾驶员利用车中的小型电脑处理各种信号，帮助选择最佳最短的行车路线，从而能够快速、安全、舒适地到达目的地。

    科学家预计，智能交通系统将在21世纪大显神通，可使高速公路上的恶性事故减少8%，在大大加快速度的同时，也大大减少对环境的污染。世纪之交，大量采用超流线型、喷气战斗机材料的超级智能汽车，以电为能源的电动汽车、甚至真正无污染的燃氢汽车、磁悬浮汽车都可能成批地出现在公路上。

    飞机简史

    飞机已经成为现代文明不可缺少的交通工具。它通过许多条空中航线把世界各国连接了起来，从而为人们提供了既方便又迅速的运输和旅游途径。一些大型的农业和林业经营单位，经常使用飞机来喷洒杀虫剂，以便大面积控制病虫害，或者用飞机在一些较广阔的丘陵或山丘播撒下优良的林木或花草种子，以绿化大地。地理工作者还用飞机准确而迅速地对广大地区进行测绘，把那些从空中拍摄的照片一张一张地拼接起来，以便绘出极好的地形图来。甚至，气象工作者也利用飞机进行气象观测或人工降雨等。

    但是，这偌大的金属飞机，怎么就在那么高的天空上飞起来了呢？还是让我们看看飞机的来龙去脉吧。

    人类早期的飞行

    自古以来，能够像鸟一样地在天空中飞行，一直是人们梦寐以求的事情。中国的神话故事里就充分表达了这种梦想，比如《封神演义》中的哪吒和那些仙女们、天兵天将们，《西游记》中的孙悟空等。在中国的广大人民中间，还广泛地流传着一个嫦娥奔月的美丽故事。

    在古代希腊人的神话、传说中，有关于代达罗斯与伊卡洛斯的故事，也同样表现了人类像鸟儿一样翱翔天空的梦想。

    而最早记录人类飞行历史的是中国。《墨子·鲁问》中就提到著名的发明家鲁班曾用竹子制作一个“木鹊”，可以在天空飞行，三天而不坠落。墨子本人也曾花三年时间制造了一只木鸟，在天上飞行了一天。这些应该是最早的飞机的雏形了。在《汉书·王莽传》中，记载着这样一件事，约在公元9年～公元12年间，有人“取鸟翮为两翼，头与身皆着毛”，用环钮把两个翅膀绑在身上，飞行几百步远就坠落下来。这跟近代欧洲人最初的滑翔飞行非常相似，应该说是人类最早的飞行试验。

    大约在公元3～4世纪，我国还出现了一种升空车。如晋代著名道人和炼丹家葛洪在《抱朴子·杂应》中说：“用枣木心为飞车”，用牛皮绳环绕车柄，迅速抽出皮绳，使飞车旋转，能“上升四十里”。这与多年以前人们在市场上见到的直升飞机玩具，在升空和飞行原理上都是一样的。后人把这种升空车体积缩小，结构简化，就变成了一种用双手一搓就能飞起来的“竹蜻蜓”。只是到了西方的文艺复兴时期，应该不早于13世纪，竹蜻蜓才传到欧洲，那时众多的启蒙学者们几乎人手一只，玩弄起来觉得十分奇妙。

    从历史上来看，对现在的飞行技术有重要影响的，应当是风筝。这也是最早由中国人发明的。大约在公元前1000年左右，还出现过能把人带起来的大型风筝。但史书对此记载不详。而在唐代李著的《独异志》中，记述了公元547～549年，南朝梁的首都金陵（今南京）被敌人围困，当时的萧纲（即梁朝简文帝）曾用“纸鸢”（即风筝）飞到城外传送警报。后来，人们在风筝上用竹片绷紧一根弦，风吹时能发出嗡嗡的响声，像古筝一样，人们才称它为“风筝”。

    在欧洲，15世纪时，著名的意大利画家、学者达·芬奇就对鸟类的飞行做过科学的考察，并绘制出人造鸟翼的图纸。之后，博雷里于1680年也进行过类似的研究。同时，不少人还设计了直升飞机和扑翼飞机的模型，直升飞机发展了竹蜻蜓的飞行技术，扑翼飞机则是对鸟类飞行的模仿。类似的设计和制造，在18世纪～19世纪，史书有记载的有数十人之多。但是，大多数试验是失败的，只有橡筋动力的直升飞机玩具还算比较成功。随后，研制飞行器的活动开始由活动翼转向固定翼，这方面最有特色的是英国著名的乔治·凯利爵士。

    凯利在1799年就写论文，论证了滑翔机是可能制成的，并在1804年制成了一架没有发动机的飞机，这是一台具有像风筝一样的单翼，并带有十字形尾翼的滑翔机模型，曾拿到一个较高的山冈上，做了一次成功的试飞。当凯利为飞机装上蒸汽机时，飞机因变得过于沉重而未能飞离地面。但在有多年的模型飞机放飞的经验后，年近八旬的凯利爵士终于在1852年～1853年间，制成了一架大型滑翔机，曾成功地载人飞行两次，一次是载着一位极不情愿的马车夫，飞过一个山谷。一次是载着一位少年。可惜的是，这个成功的试验未能留下完整的文字记录。

    1856年，一位名叫让·玛利·勒布里的法国人第一次驾驶着滑翔机，进行了一次成功的飞行。

    滑翔飞行直到19世纪末才有了重大进展。德国人利连塔尔制造出一系列悬挂式滑翔机，并进行过上千次滑翔试验。利连塔尔还在中学时代就试验过扑翼。但是他精心研究的结果是，只有掌握了滑翔飞行，才能进一步使用发动机，进行动力飞翔。于是，他从滑翔机模型开始，一步步地加大滑翔机的尺寸，并使它载着自己，在花园中飞行，后来又从小山坡上向下滑行，并能飞行350米远。这大概已经超过了中国古代的飞行前驱——万户。利连塔尔不仅善于实践，而且善于总结经验、积累大量数据，从而概括出了升力公式。1889年，他发表《鸟类飞行是飞行技术的基础》一书，指导了那个时代众多的飞行尝试者们的实践。在1896年8月9日，利连塔尔正在空中滑行，一阵狂风使他失去平衡，飞机载着他一起坠落下来，最终也没有逃脱万户的结局。第二天他就去世了，这时他才48岁。

    人们在不断探索滑翔飞行的同时，动力飞行的尝试也在不断地进行着。英国的亨森和斯特林费洛在1847年就制造了一台动力模型飞机，它的翼展有6米，由蒸汽机驱动。但是，它不能在空中连续飞行。

    第一架成功地离地升空的载人动力飞机是由法国人克莱蒙·阿代尔制作的“风神”号，形状像蝙蝠，由15千瓦蒸汽机驱动。1890年10月9日，它飞离地面50多米。阿代尔在专利证书上第一次使用“飞机”一词，并称飞机就是“会飞的机器”。接着，在法国国防部的支持下，阿代尔又制造了由两台15千瓦蒸汽机驱动的飞机。这架飞机于1897年利用斜面跳板起飞，曾离地飞行了300米，突然遇到一阵风，将这架飞机摔得粉碎。

    与此同时，法国人还有其他方面的贡献。如拉克鲁瓦兄弟曾在1857年制出了分别以发条和蒸汽机为动力的模型，实现了离地飞行。14年后，佩诺德发明了橡筋动力飞机模型，能飞55米高。

    看来，人类早期的飞行是充满艰辛和鲜血的。人们为此付出的代价决定了人们终究能够实现真正的飞行。

    莱特兄弟

    到19世纪末，随着科学技术的发展和人们对飞机的孜孜以求，真正的由人来驾驶和操纵的飞机已经是呼之即出了。而在世纪之交，一项非常接近成功的动力飞行试验就显得格外引人注目。这项试验是在美国史密斯逊研究院的院长塞缪尔·兰利的领导下进行的。

    兰利在1890年前后开始进行飞行探索，而且他的方法与利连塔尔的滑翔飞行很不一样。他先是利用7350瓦的蒸汽机，带动一架直径为18米的水平螺旋桨产生人造风，来研究升力问题，然后又制造一些小的模型飞机，利用小型汽油发动机作动力，使小飞机绕着直径为12米的圈子飞翔。这为他之后的研究打下了良好的基础。

    兰利又在1896年先后制出两架长达数米的大型飞机模型，在小蒸汽机的驱动下，分别飞行了800米和1200米。这是一个成功的创举。尽管有人说他跳过了载人滑行试验的阶段，但他成功的动力飞行在1898年初得到了美国国防部的5万美元资助，史密斯逊研究院也增拨2万美元，让他进行载人动力飞行试验。

    终于在1903年，他花巨资将飞机造了出来。这架飞机长达17米，宽14.6米，使用了重量为100多千克的38千瓦汽油发动机。但奇怪的是，这年的10月7日，兰利的第一次试验安排在从波多马克河上的一艘船的前甲板上起飞。由于飞机前部被发射车卡住，结果连驾驶员带飞机都栽到了河里，几乎酿成惨祸。经过整修，飞机复原，同年的12月8日进行第二次试飞，遗憾的是，飞机刚一离开甲板，就又掉到河里，试验完全失败了。

    多少年之后，人们才发现了兰利飞机失败的原因，而稍加修改和矫正，它也竟然飞了起来。

    但是，在19世纪末呼之即出的飞机，还是在几乎和兰利失败的同时被制造出来了。

    1903年12月17日，莱特兄弟的载人动力飞机首次试飞，获得历史性的成功。这次成功发生在兰利第二次失败的9天之后及距他失事160千米的地方。

    莱特兄弟生长在一个并不富裕的牧师家庭。当他们在分别只有7岁和11岁时的一天晚上，父亲突然把他们叫到起居室里，神神秘秘地对他们说：“我有件奇怪的东西给你们看。”说着，就把捂着的两手张开，只见一件小玩艺儿飞了起来，直上天花板，飞了约1分钟，最后落到了地板上。

    兄弟俩被这神奇的东西惊呆了。他们平时只见过小鸟、蝙蝠和一些昆虫能够在天上飞。他们怎么也没想到，这无生命的小东西也会自己飞起来。这小玩艺儿原来是一件简单的橡筋动力直升飞机模型。他们于是模仿着做了好几架类似的东西，都飞得很好。从此，制造飞行器的理想就成了兄弟俩共同的人生目标。

    他们虽上了高中，但没能拿到毕业证书，只得以修理自行车为生。经济的困境并没有阻碍他们对飞机的追求。他们收集和研究了许多有关飞行的书籍杂志，对那个时代的各种飞行试验非常了解。利连塔尔的不幸遇难使他们意识到，飞行的关键问题是左右侧向的平衡。

    解决问题的思索是枯燥乏味的，没有非凡的意志和惊人的毅力，实在难以支撑下去。莱特兄弟在不断地尝试各种可能的设计。终于有一天，哥哥莱特在为顾客拿自行车内胎时，无意中发现扁平的包装盒是扭曲的，便突然想到：利用扭曲机翼的办法来控制平衡。为验证这一想法，他试制了一架1.5米的盒式风筝来模拟飞机，通过几根细线来控制风筝的飞行姿态，结果十分令人满意。一架载人滑翔机的构思已经完整地浮现于他们的脑际。

    为避免利连塔尔的损失，兄弟俩用一种放风筝的方式来做试验。经过调查，他们决定到北加利福尼亚的吉蒂霍克，那里一片沙漠，没有树木，风速平均在每小时24千米左右。这架简单的滑翔机重量只有24千克，总共才花了15美元。他们把绳子的一端固定在地上，另一端系到飞机头部，一个人趴在上面操纵，随风力加大，飞机果然像风筝一样飞了起来。第二天，他们又制造了一架机翼面积更大的新飞机，曾迎风滑翔了120米远。后来，他们又花15美元，制造了一架由汽油发动机带动的高宽各0.4米的风洞，测试各种形状的机翼在不同迎角和流速下的升力表。到1902年，他们制造出的滑翔机已能迎着每小时560千米的风，滑翔180米了。

    时间推移到1903年，他们自己动手制造了一台重约77千克的汽油发动机，并根据风洞升力表设计了螺旋桨，制成了一架载人动力飞机，于12月17日开始了人类历史上第一次真正的载人动力飞行。

    其实，这次飞行没有太多的惊人之处。它仅升空12秒，飞了近100米。即使在同一天的第四次试飞，也仅升空59秒，飞行256米，第五次试飞，因遇风把飞机都吹坏了。但是，试飞毕竟成功了。从这一天起，人类的航空事业就飞快地发展起来了。

    航空事业的飞速发展莱特兄弟的试飞成功，标志着航空技术的重大突破，之后的发展便呈现群雄并起、势不可挡之势。总的来看，大致经历了由业余竞赛到军用，再到商用与军用并举这几个阶段。

    实际上，莱特兄弟的成功并未引起美国人的足够兴趣，他们不得不到欧洲寻求发展。1908年，哥哥莱特在法国勒芒市一个赛马场驾驶他的“飞行者”3号进行了九次飞行表演，创造了一次留空2小时20分30秒及飞行高度110米的纪录，震动了欧洲。随后，他们又应邀到各国首都进行表演，受到各国首脑的接见。这激起了欧洲人发展航空事业的极大热情。而在此之前，1908年的1月，法国人亨利·法曼曾驾驶加布里埃尔·瓦赞制造的“瓦赞”号飞机，首次完成了1000米闭合航线飞行。1909年7月25日，法国人路易·布莱里奥首次驾机从法国加莱飞到英国的多佛尔，飞越了英吉利海峡，创造了航空史上的奇迹。到1920年7月，法国人为纪念莱特兄弟对欧洲航空事业的贡献，而在勒芒市中心建起一座10米高的纪念碑。

    任何事物在刚刚发展的时候，都有许多不足之处，这就为广泛的探索提供了机会。几年时间里，各种奇形怪状的飞机陆续出现，加上各种频繁的航空竞赛，更给飞机的发展“火上加油”。

    法国在1909年8月举办为期一周的国际航空竞赛盛会，38架飞机参赛，有87架次飞行距离在48千米以上。莱特兄弟的飞机在这时已显不出它的特色来了。而法曼的飞机则创造了又一个崭新的纪录：连续飞行3小时4分56秒，航行180千米。美国柯蒂斯的37千瓦双翼机每小时飞行76千米，在速度上获得冠军。而莱姆森的飞机升到1384米的高空。每个项目的优胜者都获得了4万美元的奖励。在这个时期，也出现了其他各种飞机，通过竞赛，又淘汰了不少。

    当世界历史发展到1914年，第一次世界大战的爆发使得航空工业被纳入各国政府的发展规划之中，并使飞机迅速被用到战争中了。

    起初，飞机多用于侦察和通讯，或顺便投下一些手榴弹或炸弹。数月后，机枪就被装到飞机上了，还出现了专门的轰炸机。战争极大地刺激了飞机技术的发展。德国在一战中就制造了3800架飞机，俄国4000架，英国49000架，法国51000架。美国虽参战较晚，也在3个月里制造了5000架更加精良的飞机。同时，飞机的各种性能已在迅速提高，飞机功率由战前的几十千瓦到战争中的265千瓦，飞行高度由1914年的2000米，提升到1918年的9000米，最高时速也已超过200千米。甚至还出现了大型飞机，如“旱雷”轰炸机的翼展达30米，机长20米，可载120千克重的炸弹30枚，最长可连续航行7小时。

    第一次世界大战结束之后，航空工业又在商业化方向上飞速推进。曾几何时，一些退役的飞行员装扮成江湖艺人，利用廉价的处理战斗机，到处进行“空中杂技”表演，如在机翼上行走、做杂技动作，或从一架飞机跳上另一架飞机等等，确实吸引了不少人。而另一些有商业头脑的人，则利用退役的轰炸机，从事商业飞行。

    1919年6月25日，哈维特兰驾驶着由轰炸机改装的客机，首次将四名乘客从伦敦送到法国，开始了定期航班飞行，这就是民用航空事业的开端。之后不久，法美之间的定期客运飞行开通。从1921年开始，伦敦和巴黎之间开通了航空邮政业务，这项事业很快在各国铺开。

    在二三十年代，美国致力于发展大型客运飞机的制造技术。波音B247双发动客机于1933年2月投入飞行，可载着12名乘客，以240千米的时速飞行。当时最好的商用飞机是美国麦克唐纳·道格拉斯飞机公司生产的DC-3飞机，它有两台各880千瓦的发动机，载客30名，而在一次救灾活动中曾装载74人。这种飞机在第二次世界大战的亚洲战场上，以“飞越驼峰”而闻名于世。

    第二次世界大战的爆发，又一次为飞机的发展提供了契机，其中，美国波音公司的B-29轰炸机还因于1945年8月6日在日本投放了第一颗原子弹而将其威名永载史册。这次，飞机不再朝着大发动机、大重量、大机翼的方向发展，而是产生了喷气式发动技术的新突破。

    英国人弗兰克·惠特尔是涡轮喷气发动机的发明人。他在孩提时代就亲眼见过一战中的战斗机和轰炸机，1926年，成为英国皇家空军学院的飞行员。他学习刻苦，善于思考，在发现旧的活塞式发动机缺点的基础上，发现了喷气发动机的原理。1930年，他就此提出发明申请，却没有厂商尝试生产。直到1935年，一个银行家财团提供资金，惠特尔才得以设计出一台真正的喷气发动机。1937年4月12日，这台发动机运转起来。又到1938年3月，才得到空军部的订购合同（只要1台）。也许是战争的推动吧，1941年5月15日黄昏，英国空军中尉塞耶才在一片轰鸣声中，驾着英国的第一架喷气式飞机，冲上了天空。

    但是，真正用于战争的喷气式战斗机是在法西斯德国制成的。虽然，奥海恩的喷气发动机比惠特尔晚五个月运转，但它至迟到1939年8月就被装到He178单翼机上，比英国提前升空了。

    世界上第一架喷气式战斗机是德国飞机设计师恩斯特·亨克尔设计的He280。而大批量生产的喷气式战斗机是梅塞施米特设计的Me262，只因希特勒下令改成轰炸机，而未能发挥它的空战优势。同时，德国人还制造了多种规格的战斗机，比当时的英美等国都先进得多。

    喷气式飞机的进一步发展，有赖于对一种叫做“音障”的飞行极限的突破，也就是要使飞行速度超过音速。1946年9月6日，英国飞行员哈维兰驾驶一架无尾单翼喷气飞机，从12000米高空向9000米俯冲，但就在突破音障的一刹那，轰的一声巨响，哈维兰便和飞机一起成为碎片。美国随后又为此损失了18名试飞员。直到1947年10月14日，24岁的耶格尔驾驶火箭动力的“贝尔X-I”研究机，在12800米的高空突破了音障。之后，他的速度曾达音速的1.6倍。

    1953年12月12日，他驾驶的“贝尔”X-IA飞机，时速竟达2640千米。

    在抗美援朝战争中，中国人民志愿军的喷气战斗机曾与美国的喷气式战斗机遭遇。我们使用的是前苏联的速度为音速1倍多的米格歼击机。20世纪60年代，好几个国家的战斗机已超过音速2倍。这期间，超音速喷气技术又被广泛应用于客运、货运等商业领域。

    多姿多彩的特种飞机在航空史上，正统的飞机大都是典型的固定翼飞机。但人们为了不同的目的，还研制了一系列的特种飞机，显示出人类在飞行方面的高超智慧。

    法国人亨利·法布尔将普通飞机稍加改装，发明了水上动力飞机，这是1910年的3月28日。

    而在1907年，瓦赞就研制了水上滑翔机，并成功地使之从摩托艇上飞上塞纳河上空。同时，桑托斯·迪蒙也操纵他的水上飞机升空。此后，水上飞机便纷纷问世，如法曼的双浮筒水上飞机，柯蒂斯的重达56吨的巨型“Do-10”水上飞机，多内·勒韦克的船身式水上飞机等。

    水上飞机发展到30年代后期，就逐渐被航空母舰技术所取代。

    旋翼机的发明人是西班牙一位年轻的工程师胡安·德·拉·西埃瓦。他看到多次飞机失事，飞行员丧生，便决心解决这个问题。一天，西埃瓦看到两个枫树叶片飘落时，由于不断旋转而下降缓慢。他一下子就想到，如果飞机也有类似形状的旋翼，就可挽救飞机和飞行员。1923年，他制成一架“C-3”旋翼机，1925年曾在英国进行公开表演，大受欢迎。1928年，他的“C-8L”旋翼机时速已达177千米。不幸的是，他在1936年的一次普通航班中死于空难。

    直升机的雏型产生于15世纪达·芬奇的画室内，这是一种高速旋转时因切割空气而起飞的飞行螺旋。第一架升空的直升机是法国人拉努瓦和比安弗尼设计的玩具直升机。1796年，乔治·考利爵士设计出一种直升机，却始终未能造出样机。到1863年，法国人蓬东·达梅库尔研制出第一架由蒸汽机驱动的铝结构直升机，但未能飞起来。1877年4月15日，意大利人恩利克·弗拉尼尼则使他的直升机第一次飞离地面，并在20秒内升到13米高度。1907年11月，法国人保尔·科尔尼的直升机，载着飞行员离开地面2米。1908年3月，它还持续飞行了20分钟。

    但公认为“直升机之父”的却是路易·布雷盖，他和里歇教授一起在1907年制造了第一架旋翼直升机，这年9月29日，首次试飞成功。到1923年，直升机还只能在5米高度悬停10分钟，有的能够平飞736米远。使直升飞机有重大突破的是有前苏联血统的美国工程师伊戈·西科尔斯基。他研制的第一架单旋翼直升机“VS-300”可以悬空停留15分钟，而到1944年，这种飞机便被投入英国海军使用。1955年，法国“云雀”直升机利用燃汽涡轮发动机，可载四名乘客和一名飞行员。1966年6月，“云雀”Ⅲ型直升机运载七人，时速达210千米。此后，世界各国还制造了许多类型的直升机，真是五彩纷呈。

    世界上最大的直升机是前苏联的米-12“信鸽”直升机，它重105吨，翼展67米，机身长37米。1969年8月6日，它载着40.2吨货物，升到2255米高空，创下了世界纪录。

    还有一种垂直起落飞机。最早在第一次世界大战期间，美国的艾伯特·弗·扎姆就设计了五层弯曲机翼的飞机，但因动力不足，无法升空。30年代，杰拉德·赫里斯的工作也未达到预想目的。直到1954年6月，美国进行了第一次成功的垂直起落试验。1966年，英国工程师西德尼·卡姆爵士设计的“鹞”式垂直起落机试飞成功，随后便投入使用。从这以后，这种飞机的制造技术和性能就不断地提高起来。

    为了解决许多城市机场的拥塞问题，美国波音公司还研制出一种巨型飞机，与今天常见的飞机有很大不同。它是借助先进的计算机辅助设计技术进行设计的，它五短身材的机身内含驾驶舱，像树桩一样从厚厚的机翼中探出头来，类似一个三层影剧院，可容纳600～800名乘客的客舱位于机身和机翼内。它使用铝锂合金制成，重量较轻，它的喷气式发动机功效更高，寿命更长。飞机上还大量采用微型传感器和致动器，并且由电脑将内外信息联通起来，集中到驾驶舱内由电脑控制的仪表上。这种飞机于1988年投入使用，它虽然体积大，但因重量轻，性能好，飞行速度比通常的飞机要快，飞得也高，噪音小，所用燃料也少，并能连续飞行14小时，也更加安全、便利。

    飞机的速度越来越成为人们追求的重要目标。80年代，人们还在幻想以5倍或7倍于音速的速度在天空飞翔。如今，美国、法国、英国、德国的一些大飞机公司正在联合研制25倍于音速的飞机发动机，这时，飞机的速度可达每小时27000千米。另外，将采用火箭发动机的空间飞机，集普通飞机与宇宙飞船的优势为一体，既可在两三个小时内将乘客和货物运送到世界上任何地方，也可取代火箭和航天飞机，以最理想的方法把卫星送入轨道，将人们送入空间站，这种飞机又叫“空天飞机”。这种空天飞机的一般飞行时速为5000千米或6000千米，约为音速的五六倍，但最高时速可达27000千米。这两种超高音速飞机便是最近即可实现的。

    21世纪的欧洲战斗机EF2000已于1994年3月在德国试飞成功。这种飞机是由前西德、英国、意大利、西班牙四国于1984年～1985年间开始共同研制的。它的速度2倍于音速，完全用新材料制成，重量轻而强度增加，可同时携带五种武器如导弹等，利用阿帕奇远程导弹系统，可对150千米射程内的地面和海上目标进行攻击。EF2000的系统指标和试飞如果都达到预定目标，就将成为这四国21世纪的主力战斗机。

    新中国的航空历程

    旧中国几乎没有自己的航空工业。

    最值得纪念的一个人，是美国华侨冯如。作为中国第一个飞机设计和制造者，他曾在1910年10月旧金山的一次飞行比赛中获得优异证书。他后来回国准备发展中国的航空事业，但因困难重重，终未能实现。不幸，他在一次飞行试验中殉职。在抗日战争初期，前苏联曾向中国派来1000多架飞机和12000多名航空志愿人员参加抗战。抗战胜利后，美国又以低价卖给国民党1000多架飞机，为其发动内战提供援助。这时，国内只有几所重点理工大学设有航空系，也仅有几个飞机工厂。

    新中国的成立改变了我国航空事业发展的条件，基本上走过了一条仿制、改进、研制的道路。在1951～1986年间，中国建设了11个飞机制造厂。沈阳建立了我国最早的喷气式发动机厂和飞机工厂。1954年，江西南昌飞机厂制造出第一架“雅克”18型初级教练机。1956年，沈阳造出了当时还属先进的“歼五”型喷气发动机，随后又造出了“歼五”型飞机，在此基础上发展出的歼六、歼七两种型号，成为中国空军60年代至70年代的主战歼击机。南昌飞机厂1958年研制出我国最早的运输机“运五”。同年，哈尔滨飞机厂制出“直五”型直升机。1966年，哈尔滨厂又造出“轰五”轰炸机。由留学英国的飞机设计师陆孝彭设计的“强五”型强击机目前已形成一系列型号。由沈阳飞机设计所黄志千、顾诵芬、叶正大等1966年设计、1969年制成的“歼八”型歼击机是一种飞速2倍于音速的高空高速战斗机。80年代，在顾诵芬主持下，又推出了“歼八”Ⅰ型和Ⅱ型歼击机。截止1993年，中国研制和生产的轰炸机、强击机、歼击机、运输机、直升机、无人驾驶机、教练机共27种，有60个型号，共计14000余架。

    改革开放以来，我国加强了航空领域的技术交流与合作，与英、法、德、美、俄等国的合作已取得了显著的成效。目前，从总体情况看，我国航空事业的生产、科研、教育体系已相当完备，其规模甚至超过了航天系统。

    要想全面了解我国在飞机技术方面的现状，还是让我们看看中国空军在建国50周年庆典上接受检阅的情况吧，新闻界称这是“用50年浓缩而成的6分59秒”。

    这个受阅梯队由132架战机组成，拉成73千米长的机群阵列。领队梯队是空军“八一”飞行表演队的8架战机，英姿飒爽，以刀裁斧切般的阵势，威武地护卫着一架巨大战机。紧接着，是6个“三角形”编队，共18架大型轰炸机组成的楔子形空中第二梯队。这些轰炸机被誉为“空中大力神”，是中国战斗机家族中体积最大、载弹量最多、航程最远的多功能机种，具有全天候、全方位的空中打击能力，它的第一代产生于我国第一颗原子弹爆炸7个月后的1965年5月14日。

    由两架空中加油机和四架受油飞机编成的两个三机楔形，是第三梯队。中国是继当今世界英、美、俄、法之后第五个掌握这种飞机的研制技术的国家，标志着我国空军的远程作战能力已有了突破性进展。第四梯队是被誉为“民族之鹰”的“中国飞豹”海军航空兵组成的箭形梯队。紧接着，飞过天安门上空的是拥有“空中坦克”之称的空军强击机，这也是我国自行研制生产的，曾执行过空投原子弹的重任。素有空中“夜老虎”美誉的20架国产新型截击机组成的强大机群构成第六梯队。这种飞机曾在云底高不到1000米的夜空中，连续出动24架次，拦截敌轰炸机和巡航导弹20多架次，命中率达100%，两分钟内完成一次拦截攻击。

    第七梯队由24架新型歼击机组成。这是由中国自己设计制造的高空高速歼击机，被官兵誉为“空中美男”，其现代化程度可与90年代世界最先进的战机同领风骚，当然也最有资格进入21世纪的空战领域。它所携带的空对空导弹和炸弹、空对地火箭等都有极高的命中率。由12架新型战斗机组成的空中“雄鹰”，它神勇的英姿标志着中国空军武器装备实现了历史性跨越。最后是两个直升机梯队，即武装直升机梯队和勤务、攻击直升机梯队，一共有20架。

    中国的飞机在短时间内取得了举世瞩目的成绩。但是，前面的路还很长，需要一代代人为之献身和奋斗。

    电脑简史

    你一定经常听说“信息革命”、“信息社会”、“新技术革命”、“第三次浪潮”及“知识经济”等词，对“电子计算机”、“电脑”、“因特网”等说法也一定非常熟悉，你甚至是“电脑迷”或网上游戏、通信、了解国内外新鲜事物的高手。但是，你可能未必清楚正是电子计算机或电脑掀起了这些“革命”或“浪潮”，而且成为它的核心技术和发展水平的重要标志。

    是的，我们正处在人类历史上一个非常重要的革命时代。这时，我们可用先进的技术手段观察到100亿光年（1028厘米）以外的宇宙天体，还可观察到比10-16厘米还小的微观粒子。这大小横跨44个数量级的科学认识能力，正是这个信息革命时代人类智慧的象征。

    而导致这一革命的技术手段主要是现代电信工程、微电子技术、计算机和机器人。其中计算机或电脑是最具有推动力的一项技术，它正在使我们由消费石油、煤炭等能源来维持生存的阶段，逐步过渡到使用信息来改善人类与环境之间关系的阶段。

    人们一般把计算机当做一种进行数字计算或数据处理的机器，但是，既然又称之为“电脑”

    ，就理所当然地应该具备“脑”的其他一些功能。正在研制中的最新电脑将使我们进入由它担负“知识处理”的时代，因为它不仅能够存储知识，而且还将具有与人类相似的联想、推理和判断的能力，甚至能与人直接对话，执行由人的声音下达的命令。那时，我们的社会生产方式、人们的日常生活方式等都会发生难以想象的变化。那么，这样神奇的电脑是怎样发展起来的呢？我们不妨追寻一下科学家或工程师们发明计算机的足迹，从中体悟这电脑的奥妙。

    巴贝奇的子孙

    在1946年第一代（台）电子计算机诞生之前，人们对类似这种机器的探寻大约已有300多年的历史了。但若从更早的古代算起，历史当然更长。

    算盘，大家一定很熟悉，至今许多会计、商店或小商贩那里还在使用这种古老的计算工具，而这恰是古代人类的创造，古罗马人、埃及人和中国人都曾广泛地使用过它。

    17世纪初，苏格兰人约翰·纳皮尔发明了“纳皮尔筹”，它运用上面写有数字的骨棒，帮助进行除法和乘法运算。1642年，法国青年数学家布莱斯·帕斯卡为帮助父亲算账，发明了第一台机械计算机器，它能够进行加、减法运算，但不能进行乘、除法运算，因此又被称为“加法机”。到1671年，德国数学家和自然哲学家莱布尼兹发明了可以进行四则运算的机械计算器，它的核心部分由“莱布尼兹轮”构成，这种结构长期被后人沿用，直到第二次世界大战。莱布尼兹同时汲取中国《易经》中“阴阳”思想的精髓，发明了二进位制，后来成为计算机运行逻辑中“1”、“0”或“开”、“关”机制的源头。一直到19世纪早期，法国人J·M·雅卡尔发明了一种衣布织机，使用了穿孔卡控制衣布花样，这一构思帮助其他人发明新的计算机。1820年，汤姆斯改进了莱布尼兹计算器，造出所谓算术机，还曾大量生产过。

    但是，最有影响的还是英格兰人查尔斯·巴贝奇发明的第一台机械数字通用计算机，又叫“机械式差分计算机”或“差分机”。1823年，巴贝奇得到英国政府的支持，专门研制用于编制各种航海表格的计算机，能够进行加、减、乘、除、对数、正弦、余弦等运算，并可用于进行物理观测。1833年，巴贝奇又发明了“分析机”，能够处理单元和存储单元，用穿孔卡片输入。100年后哈佛大学设计的机电式数字计算机Mark-1型机与它非常相似。现在，历史学家往往称巴贝奇为“计算机之父”，而把1946年第一代电子计算机诞生前的所谓“代前”计算机称为“巴贝奇的子孙”。美国明尼苏达大学还建立了“查尔斯·巴贝奇研究所”，专门研究计算机的历史。

    自巴贝奇的“分析机”之后，1835年，一位女数学家阿达·拜伦建议巴贝奇利用雅卡尔发明的穿孔卡为他的计算机编制程序，并亲自编制了分析机的一些程序。这成为计算机程序的最初起源。1890年，美国人赫尔曼·霍勒里思发明一种计算机，成功地利用穿孔带以电的方式计数美国第十次人口普查中收集的信息。而布鲁斯制造的“累加和登记机”，则统计出了美国1890年的准确人口数。

    历史进入20世纪，计算机技术在头30年里居然没有显著进展，直到1936年，计算机设计理论才取得了重大突破。美国逻辑学家波斯特和英国数学家图林各自发表了一篇有影响的论文。

    第二年，现代信息论的创始人香农在他的硕士论文中最先证明，由19世纪英国数学逻辑学家布尔所建立的二进制数字逻辑理论，可用于简化二进制计算机的设计。同年，贝尔电话实验室的斯梯比兹制成第一台继电器式计算机。1939年，他又制造出机电式“复数计算机”，这就是贝尔1型继电器计算机的原型。安德鲁斯参与并相继研制出贝尔2型机和贝尔3型机。贝尔3型机于1944年诞生，拥有9000个继电器，占地1000平方英尺，重10吨，它的运算速度超过以往任何计算机，七位十进制加法只用300毫秒时间，一道乘法一秒钟，除法2.2秒钟，一个弹道计算平均用40分钟。与此同时，由霍勒里思创办的国际商业机器公司也生产出由哈佛大学毕业生艾肯构思出来的Mark-1计算机，这是一台自动定序计算机，占地面积2500平方英尺，内含80万个部件，有60个常数存储器，能进行对数、正弦函数等超越函数的计算，一道加法需0.3秒钟，乘法需3秒钟。

    但是，这些都远不是现代意义上的“电脑”。尽管电子管早在二战前30多年就已经问世，但由于没能和计算技术联姻，便也不能孕育真正的电脑。只是由二战中迫在眉睫的弹道计算的需要，才迫使科学家们将二者结合起来，最终导致了——电脑的诞生在第二次世界大战中，如何击落法西斯侵略者的飞机和各种高速的飞弹成了军事科学的首要议题，弹道计算问题成了关键环节。1935年～1938年间，美国陆军军械部建立了“弹道研究实验室”，招聘了许多著名科学家，如空气动力学家德莱顿、卡曼，诺贝尔奖获得者拉比、尤里，电子管发明家哈尔，计算机理论奠基人冯·诺伊曼等。这个实验室还派送100名大学毕业生到宾夕法尼亚大学学习差分计算机。这个当时世界上最大的计算中心，集中了各种先进的计算工具，但都无法解决空前复杂的弹道计算问题。比如，要求解一个描绘弹道曲线的二阶微分方程，就是分100组来计算，要描绘出它的全部曲线，至少要运算7850000道乘法和数目更多的加法和减法，使用当时最快的计算机也得花上半年时间。如此这般，法西斯的炮弹早已把人类毁灭了，一个炮弹轨迹还未计算出来。但是，在关键时刻，人类自己的智慧总是能够拯救自己。

    1941年，美国人阿丹纳索夫构思了一种电子数学差分分析器，引起了莫尔电气工程学院莫利奇教授的极大兴趣。1943年4月，莫利奇和伊克特·布赖勒一起写出了《电子差分分析器》的报告，递交弹道研究实验室。同年6月5日，美联邦政府与宾夕法尼亚大学签订了一个合同，并投入10万美元经费，莫利奇负责逻辑设计，伊克特负责电路设计。戈德斯坦协助，于1944年夏天，完成了电子计数器、累加器的设计和制造及基本逻辑电路的设计，到1945年底，世界上第一台电子计算机——“数字集成器和计算机”ENIAC（Electronic Number Integrator and Computer，译为埃尼阿克）就诞生了。这台电子计算机用了18000个电子管，占地1500平方英尺，重30吨，功率150千瓦，运算速度每秒5000次。现在看来，这第一个“电脑”真是笨重不堪，但在人类智力解放的道路上树立了一个崭新的里程碑，“电脑”从此开始了真正属于自己的历史。

    这台ENIAC可谓第一代电子计算机中的长兄，不仅长得块头大，相貌也丑陋，而且有一个非常关键的缺陷，就是不能储存程序。要实现程度的转换，需要几天时间，因为它的程序编制仅仅是靠转动旋钮，插入或拔出电缆来进行的。看来，这个电“脑”真有点先天不足。

    1945年3月，还在紧张安装ENIAC的时候，诺伊曼就与莫利奇和伊克特等人会谈了两天，初步拟定了存储程序电子计算机EDVAC（Electronic Decrete Variable Automatic Computer——电子分离变量自动计算机）的方案。于是，他们在1947年开始研制，到1951年初宣告制成。

    这台EDVAC包括一个快速存取存储器、一个中央算术单元、一个中央控制单元、输入和输出设备，总共使用了5900个电子管和1200个半导体二极管。20世纪50年代的存储程序计算机基本上都是在它的基础上发展起来的。

    实际上，在1946年11月，莫尔电气工程学院开会讨论EDVAC施工方案时，英国剑桥大学的威尔克斯教授也参加了会议，并带回了EDVAC方案，很快研制出EDSAC机（Electronic Delay Storage Automative Computer，电子延时存储器自动计算机），这是另一台最早的存储程序计算机，并早于EDVAC机之前诞生。

    但是，最引人注目的第一代电子计算机，还是麻省理工学院数字计算机实验室研制的“旋风”计算机。“布朗伺服机构实验室”的领导弗里斯特受ENIAC工程的影响，于1945年决定设计数字计算机。当莫尔电气工程学院的EDVAC机方案公开后，弗里斯特就进一步决定研究存储程序电子计算机。当1946年英国曼彻斯特大学教授威廉斯发明阴极射线存储管即“威廉斯管”的消息一传到美国，弗里斯特就用这一技术实现计算机的内存储。1947年初，完成了全套逻辑设计。1949年，对存储器进行实验。1950年初，“旋风”机宣告制成，共使用了5000个真空管和11000个半导体二极管。这台电脑一诞生，立即受到美国国防部的高度重视。到1953年，“旋风”机的存储器已改用磁芯材料，大大加快了运算速度，信息存储量也大为增加。

    在1945年底～1950年间，冯·诺伊曼在普林斯顿大学领导研制了IAS计算机，于1950年制成，并于1951年夏天创造了连续工作60天而不出故障的先例。

    在同一时期，较为著名的第一代电子计算机还有很多。如，莱明顿—兰德公司（其前身是伊克特—莫利奇计算机公司）于1951年生产的万能自动计算机（UNIVAC），由于成功地预测了1952年美国总统选举，而使该公司获得了极大的声誉。又如，由美国国家标准局数字分析研究所研制的“国家标准局西方自动计算机”（SWAC），又称“西方机”，由于它成功地把数学中著名的麦森尼数中的P序列研究推进到一个崭新的水平，从而成为当时一条爆炸性新闻。

    现在粗略地看看计算机软件的早期历史。“软件”概念和存储程序的概念是一对孪生兄弟。

    早在1946年，戈德斯坦和诺伊曼发明了“流程图”，也就是最早的程序语言。但在1950年以前，由0和1两种状态的特定组合而形成的程序语言还是非常难记、难写、难改，从而极大地限制了计算机的推广。1952年，有人提出一种叫“短码”的代数语言，用于UNIVAC机。1953年，国际商业机器公司提出了“快速编码系统”。1956年～1957年间又创造了FORTRAN计算机高级语言。1959年，美国计算机协会和德国应用数学协会又共同研制了ALGOL算法语言。1960年，美国海军中尉霍伯（女）发明了计算机商用语言COBOL。计算机因此而得到迅速推广，到60年代初，计算机也被应用到商业、制造业、材料工业、教育、医疗、通讯和交通等多个领域。直到1968年，才出现了“软件工程”这个名词。

    总起来看，这第一代电脑以电子管为逻辑元件，体积大、消耗能量多、运算速度慢、存储容量小、可靠性差，而且价格昂贵。但它作为信息革命的前驱，所采用的二进制和程序存储等基本思想，奠定了现代电子计算机的技术基础。

    计算机的飞速发展

    由于信息革命中新技术群的突飞猛进，尤其是人造卫星工程、工业自动化等方面的迅速发展，推动着计算机沿着多功能和高速度的方向演进。这个时候集成电路的诞生为计算机工业开辟了广阔的前景。仅仅在10年之内，就完成了第二代向第三代的转换，实现了由分离半导体元件的时代向集成电路时代的飞跃。大型计算机和小型计算机的发展是这个时期计算机工业的显著特点。

    数据设备公司于1956年研制出1605计算机，这是第一台晶体计算机。随后，万能机公司的LARC计算机和飞歌公司的TRANSAC计算机也相继面世。真正具有历史意义的第二代计算机，要数国际商业机器公司于60年代初制造的STRECTH计算机，它含有15万只晶体三极管，速度比第一代的IBM704快75倍。这台大型晶体管计算机自1961年被运到洛斯阿莫斯科学实验室之后，整整运行了10年。1971年6月21日，这个实验室还专门为它举行了“退休”仪式。

    1963年，当小汤姆斯·沃森带着国际商业机器公司（简称IBM）用半导体技术研制出的高档全晶体管7090型计算机时，在这以前的一切计算机都变得陈旧了。这个公司1964年推出的360系列的混合固体逻辑电路计算机，被沃森称为“公司历史上宣布的最重要的产品”，为它投资5亿美元（二战中研制原子弹的曼哈顿工程才投资20亿美元）。1996年，这种计算机正式投入商品生产，公司的资本积累迅速增加到45亿美元。同时，这家公司还发展了小型数据处理机IBM1400系统。1964年8月，美国数字设备公司还研制出了速度为每秒300万次的晶体管大型机CDC6600。

    美国Burroughs公司最早提出了“虚拟存储”的概念，并在1963年制造的B5000型计算机配备了“虚拟存储器”。1966年，这个公司宣布制造出第三代电子计算机B2500和B3500。实际上，360系列计算机才是第三代计算机的著名代表，因为它有完善的软件系统，具有通用化、系列化和标准化的特点，对60年代后期的计算机技术的发展产生了很大影响。而在1967年，Burroughs公司开始研制伊利诺斯大学设计的ILLIAC-4计算机，这一大型科研用计算机具有64个并行处理单元，主存储器容量达1兆位，每秒钟可操作两亿个指令。

    与此同时，计算机时分服务也于60年代初产生，并由美国通用电气公司在1965年正式开放。

    1966年，国际商业机器公司用360系列的125型计算机为80个用户提供时分服务。之后，这项服务工作得到了广泛的发展。

    大型机固然具备许多优点，但小型机也不甘示弱。自1965年美国数字设备公司制成了12位的小型计算机PDP-8以后，小型机便如雨后春笋般研制出来。1969年，这个公司生产出字长36位的PDP-10计算机。1970年，又造出更新的PDP-11型处理机。由于这种机器适应一般数据处理和工业控制的需要，使用方便可靠，价格又较低廉，推广速度每年约递增20%。

    美国计算机行业的后起之秀——人称“超新星”的通用数据公司，成立于1968年4月，不到半年时间就推出“新星”计算机，它突破传统小型机的框架，存储器可容32000个字。27个月后，又推出“超新星”计算机，运算速度超过“新星”15倍。其中的超新星SC计算机是最早使用半导体存储器的小型机。

    在这期间，计算机的标准程序语言也得到较快发展。国际商业机器公司在1962年提出APL语言，1965年又编制出通用性更强的PL／1语言。1964年，达特茅茨学院的凯梅尼和克兹创制了BASIC语言，即我们都较熟悉的“初学者通用符号指令码”。

    非常值得一提的是，在计算机由小型化向微型化过渡中起到决定性作用的一项重大技术发明——集成电路的产生及其向大规模和超大规模的演进。早在1952年5月，英国皇家雷达公司的工程师杜麦就提出了集成电路的概念，但直到1957年才实施这一方案，同年9月展出了集成电路的金属模型。而集成电路的真正发明人则是美国得克萨斯仪器公司的基尔比和仙童公司的诺伊斯。作为一个电厂经理的儿子，基尔比从小酷爱无线电，高考时因三分之差未能进入梦寐以求的麻省理工学院，只得“屈就“伊利诺斯大学。1952年，他开始参与美国防部的小型化计划，1958年，进入得克萨斯仪器公司。这年7月，他趁该公司职员休假时，在空空荡荡的厂房里尽情地动用一切设备，反复试验，寻找元件微型化的突破口，终于想出了一种方案，于1959年初做出了第一块集成电路。

    但是，通过集成电路技术的捷径，是扩散技术、外延技术、半导体平面技术及氧化、光刻蚀和金属蒸发沉淀技术等，而当时只有仙童公司最先创造了这套技术。几乎与基尔比同时，仙童公司的诺伊斯也构思了相似的制造方案。这位麻省理工学院的电子物理学博士在肖克莱晶体管厂刻苦钻研18个月后，自己独立创办了“仙童公司”（1957年），并将平面技术集大成者霍厄尼吸引到自己的麾下。基尔比的成功促使他们愈益紧张地进行试制，终于在1959年7月30日，向美国专利局申请了专利，并于1961年4月赶在基尔比之前三年获得专利。得克萨斯仪器公司和仙童公司虽进行了专利权的争讼，但最终还是被认为是一项“同时发明”，基尔比和诺伊斯同时获得富兰克林学会巴兰丁奖章。

    集成电路的产生开辟了电子计算机微型化发展的广阔前景。到20世纪60年代末，由双极集成电路到单极集成电路的演化，为20世纪70年代初电子表、计算器、半导体存储器和微处理机的发展奠定了最重要的基础。1964年，仙童公司的莫尔曾预言，集成电路上的晶体管数目将逐年翻番。到1971年，集成电路的实际集成度证明了这一预言。到1978年，在64K动态存储器上，每个硅片可有135000个元件，虽然出现了不符合莫尔预言的情况，但事实仍表明，集成电路的最小体积可以用物理学能够探测到的最小空间作为它的极限。尽管微小硅片的集成电路确有一个最终极限，但是人们还是从遗传工程学中找到了“分子集成电路”，也就是说，在一个生物大分子上，可以造成目前还难以想象的集成度极高的集成电路。

    之后，集成电路的规模由“大”到“超大”，电脑的体积由“小”到“超小”（“微”），便成为电脑更新换代的关键和标志。

    计算机的广泛应用1970年，美国英特尔公司的青年工程师霍夫等人在0.6×0.8英寸的硅片上摆下了2250个晶体管，并在1971年11月15日制出世界上第一台单片式微处理机——Intel4004，它将四个加法器、16个四位存储器、一个累加器全部集中到一块硅片上。这台微机和得克萨斯仪器公司同年造出的超级计算机“高级科学计算机”，标志着电脑已进入第四代。

    微机的出现大大扩展了计算机的服务范围，其通用性和灵活性极大地促进了加工业和制造业的自动化。到70年代中期，世界上用于工业自动化的电脑已超过20万台。同时，服务业、金融业的自动化、信息化便也很快发展起来。奇妙的是，这些行业的自动化又成了电脑加速发展的重大动力。1972年4月，英特尔公司造出8位微处理机8008。1974年，美国又有好几家公司生产出16位微机。这时集成电路便发展到超大规模阶段，已造出具有10万只晶体管的硅芯片。这样，摩托罗拉公司就生产出一种准32位微机——MC68000，这是向32位微机的过渡产品，真正的32位微机则是80年代的事情了。

    与之相关的是微机信息存储量的问题，这由半导体存储器的发展来解决。最早的1K位（=1024位）动态随机存储器出现于1970年。1973年出现了4K位。1980年～1981年出现了64K位。1982年，美国西方电气公司和摩托罗拉公司几乎同时生产出256K位动态存储器，其元件线宽已达2微米（1微米=10-6米）的水平。日本电气公司则后来居上，到1984年，它已制造出512K位的存储器。在1982年推出的UPD731000G／C的CMOS只读存储器已含有110万只元件，其存储容量已超过1兆位，线宽则微细到1.8微米的水平。

    集成电路的大规模和超大规模发展可以说是一场更深刻的技术革命兴起的标志。人们可以借助小型机设计编程计算机芯片，而借助于计算机辅助设计，成十倍、百倍地降低设计工作量，从而也成十倍、百倍地降低了程序芯片的价格。而1977年美国加州理工学院米德教授提出了一种制造超大规模集成电路的工艺，更使集成电路的生产厂获得了“硅翻沙厂”或“硅铸造厂”的形象说法。同时微机的价格和功能几乎成反比地变化。70年代的微机价格平均为100美元，而其速度和可靠性分别超出第一代电脑ENIAC的20倍和一万倍，其能耗和所占空间仅是后者的1／56000和1／30000。集成电路越来越成为最有效的信息载体。这使人们能够想象，书报、纸钞、支票、证券及一切以纸为载体的信息，都可被“印刷”在超大规模集成电路上，这种灵活可变的载体，呼之即来，挥之即去，安全可靠，只要周期性地不断更新，就能永远保存。人们预测，21世纪将是集成电路普遍取代纸张和印刷术的世纪。

    超大规模集成电路对无限小空间的追求造成了微机速度的空前提高，微机的功能似乎随着体积的缩小而发生飞跃性进步，它所推动的信息产业深刻地改变着人们的观念和行为方式，也引起社会和产业结构的巨大变革。我们现在已经看到，电子通信已在一定程度上取代了交通，以信息传递和处理为基础的家庭电子化，也就是家里配有联上因特网的多媒体电脑，极大地改变了人们的娱乐方式。作为高容量的信息载体，大规模集成电路引起了“信息爆炸”。

    真正的“信息革命”正是在这个意义上表现出了它最深刻的革命性。

    我们知道，计算机的大型化和小型化发展是60年代的特点，而自七八十年代以来，现代计算机工业则向超大型机和微型机的两个极端发展。从电脑的造型看，每秒数百万甚至数亿次以上的运算能力的大型和超大型机，仍是各种复杂的科学研究所必需的。而微型机则由于小巧玲珑，内存容量不断增加，也在80年代得到了空前迅速的发展，它体积小、价格低、操作简便、能源消耗也低，因而，国民经济、科学研究、国防军事和文教卫生事业等都与电脑结下了不解之缘。各种办公室工作甚至家庭生活都多方面地应用了电脑。人们正在使电脑成为日常生活须臾不能离开的东西。

    在通讯方面，多媒体技术使个人电脑成为通信终端，电脑装上电话器件或传真卡连到网上，就可代替电话和传真机，电子邮件更是方便快捷的国内外通信手段。医疗方面，电脑中医、电脑牙医、电脑针灸、电脑按摩师等已开始为患者诊治疾病，视频会议系统实现了医学专家远距离会诊和其他医疗服务，这使相隔千里的医生和病人，能够像面对面促膝交谈一样，获得对方的信息，最终使病人从多媒体电脑中得到处方。多媒体医疗软件可满足工作繁忙的人们询医问药的要求。公安方面，电脑已成为公安警察的聪慧耳目和得力助手。电脑交警可根据行人、车辆的密度和速度，自动开关红绿灯，保证交通安全。电脑机器人刑警可参与侦察、格斗等。我国研制成功的长城警用GPS指挥系统，首次用于海上缉私，便大获全胜。电脑指纹识别系统为破案提供更准确的信息。文化教育方面，大量的电子出版物正在改变着传统的教育观念和教学方式，不久的将来，人人都可拥有自己的电脑“图书馆”，坐在多媒体机前，只要按几个键就能开始学习、研究和其他工作。

    实际上，第五代电脑是日本于1981年首先宣布开始研制的。它以超大规模集成电路为主要元器件，奔腾系列机是它的主要机型，为多媒体技术和网络技术的发展准备了条件。目前，它有电子数字计算机和电子模拟计算机两大类，具有记忆能力、程序操作、逻辑判断、数字化、超高速等功能。电脑的硬件主要有内部设备和外部设备，前者如主板、CDV芯片、硬盘等，后者如键盘、鼠标、显示器等。软件主要是程序设计语言（如FORTRAN语言、ALGOL语言、BASIC语言等），及以此为工具而开发出的系统软件和应用软件。系统软件实现系统管理，如DOS、UCDOS、Windows95、中文之星2.0等，应用软件用来解决计算机应用问题，如办公自动化软件WPS、Office、各种汉字输入方法等，“CSC电脑家庭教师”等教育软件，及警用软件、医疗软件等。如果说前几代电脑都是“诺伊曼型计算机”的话，那么这第五代肯定是“非诺伊曼型”，也就是说，在相当大的程度上，它将模拟人脑的许多功能，尤其具有极大的信息容量和相应的类似人的识别能力。科学家已经发现，人的模拟记忆的存储量已达到1京（1016位），这是短期记忆，而人脑记忆数字信息的存储量的上限则有1010位～1012位，这种容量也在计算机的外存储器中实现了。第五代电脑正是有这种与外界接口的能力。

    自动化时代的到来为迎接21世纪的挑战，世界各国争先恐后地研制新型计算机。美国Oracle公司的互联网络计算机、微电子和计算机公司的全息存储计算机、克雷研究公司的并行计算机，德国克劳斯·萨特勒公司的水下计算机、澳大利亚自动化设备公司的盲人计算机等都已投入使用，最新型的无线计算机、量子计算机、光计算机等尚在紧张地研制之中。这些电脑都是朝着网络化和智能化的方向发展的。随着集成电路在超大规模方向上的不断进步，电脑元器件就不断小型化、轻量化和节能化，如硬盘容量已达70G，外存储器已由磁盘发展到光盘等，电脑的可靠性和速度也都大幅提高。现在出现的MMX芯片大大提高了CPU处理多媒体语言资料的能力。电脑的多媒体技术能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个以上不同类型的信息载体，如方案、图形、图像、音乐、动画等。目前，因特网上传播的信息大多是多媒体的，这使电脑的智能化程度空前提高。

    其中，以下几种新一代计算机的研制成功及其普及对21世纪的人类命运有着决定性的影响。

    一种是美国国际商业机器公司研制出的约瑟夫森超导计算机，它在绝对温度4K以下的液态氦中进行转换速度为几皮秒（1皮秒=1/1千亿秒）的运算，实现人们对电脑超高速低能耗的理想。但是人们还在精心寻找使这种电脑常年处于4K以下温度的简易技术（如研制常温超导材料等），以便广泛推广。另一类是与生物学的最新进展相结合而出现的分子计算机（也叫“生物计算机”）。美国、日本和前苏联都进行过深入研究，主要力量集中在研究生物分子或有机分子“开关”机制，及研制具有图形识别能力的蛋白质传感器等几个方面。甚至遗传工程的方法也都用于研制生物“电脑”了，这样，超大规模的集成电路就不是在硅片上，而是在生物大分子或一些蛋白质、细胞乃至细菌上了，其功能将大大地接近于人脑，并具有其他计算机的一切优点。第三种是光子计算机，它以集成光路为基础元件，存储容量可达目前电子计算机的100亿倍，运算速度比25亿次的巨型电脑快1000倍，达1万亿次以上。这种可称为“光脑”的计算机，已被纳入我国“863计划”之中。第四种是人工神经网络计算机，它依靠人工神经元的动态互联，模拟人脑的构造机制，使神经元之间相互激活、积累和应用知识，以更接近人的右脑“形象思维”的方式进行工作，它已被确定为今后计算机发展的主要方向。

    但人工神经元的光子式、化学式、生物式、分子式、量子式等技术道路尚未成熟，期望21世纪初取得重大突破。这些新型“电脑”比起目前应用最为广泛的第五代电脑（虽然还未达到它的巅峰——真正的人工智能计算机），具有更多的优点和更广阔的应用前景。它们的成功，在信息高速公路日益完备的情况下，真不知要对21世纪的人类生产和生活产生怎样巨大的影响。

    显然，21世纪将是一个全新的信息化、智能化、网络化和自动化的时代，电脑成为人们基本的工作、交往和生活工具。中国的电脑行业虽然起步较晚，但现在已经在多个领域走到了世界前列，电脑教育已经从儿童开始普及。

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