科学应用于工业

科学和工业以及科学文化和技术文化在历史上融合在一起，一般说来，是从19世纪开始的。本书的主要观点，就是认为从历史上看，在19世纪以前，应用科学是极其有限的。在最早的文明中以及其后在出现了国家的社会中，政府曾经支持过有用的知识和应用科学，把它们用于统治管理。在欧洲，国家对那些被认为有用的科学的支持，直到中世纪以后才姗姗出现；譬如说，先是支持制图学，再晚一些，作为科学革命的一个成果，才有了国家主办的科学学会。在17世纪，人们已普遍认为自然哲学应该最终为公众造福。可是，纵观科学和技术的整个历史发展过程，更为普遍的现象还是科学活动和大量的技术活动两相分离，不仅在智识上如此，在社会学意义上也是如此。在18世纪英国工业革命时期，科学界和技术界开始走到一起，但是，我们还是难以找到可以证明当时的技术就是应用科学的历史证据。然而，进入19世纪，好几项重要的新鲜事物的出现，才使从希腊时代沿袭下来的科学和技术分离的那种亘古就有的传统终于被打破。理论科学和工业开始紧密联系起来了。当然，在许多情况下，科学和技术仍然是分离的，但是，在工业化的背景下，19世纪出现的那些应用科学的新苗头却代表了历史的方向，其影响巨大，因而到20世纪便在全球得到了发扬光大。

19世纪才出现的关于电流的新科学立即就产生出若干应用科学的新兴工业，其中，电报就是最能说明问题的一个例子。在法拉第于1831年发现电磁感应现象以后才不过几年，科学家惠斯通（Charles Wheatstone）和他的一名合作者就在1837年研制出第一台电报机。其后，惠斯通同欧洲及美国的其他科学家和发明家一起努力，致力于创建电报工业，其推动力部分就来自铁路的发展所产生的对电报的需求。在莫尔斯（Samuel F.B.Morse）的电码编制方案取得专利以后，他们的工作突飞猛进，很快就获得成功。莫尔斯的电码是用点和划的组合来代表字母，于1837年编制出来，1844年通过了现场试验。伦敦和巴黎在1854年实现电报通信。第一条跨越大西洋的电报电缆在1857至1858年铺设成功。1861年，在北美又首次通过电报把大陆东西两侧的城市纽约和旧金山连接起来。再往后，电报就同铁路一起在全世界普及开来。最后的结果，就像是发生了一场通信革命。

虽然电报技术用到了大量先前已有的科学知识，但是，这种新技术的不断发展肯定要面临许多需要解决的难题，其中有技术上的，有商业上的，也有一些社会问题。对于那样一些问题，当时的科学研究或者说理论就无能为力了。换句话说，一种基于科学的技术要想站住脚，通常会涉及一整套复杂技术系统的建立，而这样一套系统，当然就不会仅仅是“应用科学”。

这个结论对于在19世纪最后25年兴起的电照明工业也基本适用。这一工业显然是在此前已有的新的电科学方面的工作基础上形成的。这就要提到在通常关于伟大发明家的传记中一定会介绍的两个人，他们是美国新泽西州的爱迪生（Thomas Alva Edison，1847—1931年）和英国的斯旺（Joseph Swan，1828—1914年），两人各自独立地在1879年完全通过经验性的多次试验制成了白炽灯泡。到19世纪80和90年代的时候，建立电照明工业所涉及的科学原理很难说是什么新东西。其中有一部分，譬如说关于绝缘体的知识，其实是18世纪的工作。这个例子清楚地说明，在谈论应用科学的时候，为了把事情搞明白，需要分清有关的科学究竟是（譬如说）“煮熟了的”（boiled down）科学抑或真的代表了较新的尖端理论的应用。更何况，光有灯泡本身也很难说就能建立起实际的电照明工业。再说，只有在建成了一个庞大复杂的技术系统之后，我们才能够说已经有了电照明工业，而这样一个系统却要涉及发电机、输电线路、电器、测量用电量的仪器以及向用户收费的办法，等等，这里简直不可能一一列举。

把科学和新的科学理论应用于技术和工业的另一个早期的例子是无线电通信，那种应用是在理论创新之后紧跟着就出现的。为了证实麦克斯韦的电磁理论，赫兹在1887年用实验演示了电磁波的真实存在。赫兹的工作完全遵循的是19世纪理论和实验物理学的抽象传统，但是，一位意大利的年轻人马可尼（Guglielmo Marconi，1874—1937年）在1894年刚一获悉赫兹证实电磁波的消息，就立即着手研究把电磁波用于无线电报传输，并在翌年研制出一种技术装置，可以把电报传送1英里（约1.6千米）的距离。马可尼接着又搞出一个更大更有效的收发报系统，并在1896年首先申请到了英国专利，他还筹建了一家公司来开发他的发明的商业应用。1899年，他第一次把电报信号传过了英吉利海峡；接着在1901年的一次具有历史意义的演示中，他又成功地实现了跨越大西洋的第一次无线电报传输。这项新技术的产生不止是应用了科学理论而已，其本身就包括了理论，在这里，科学和技术的界线已很难分清。因此，尽管马可尼的贡献在本质上属于技术，他却能够以其在电报方面的工作获得1909年的诺贝尔物理学奖。这个例子的意义还在于，它说明科学研究最终会带来什么结果以及技术会怎样变化是无法预料的。马可尼从事他的研究，原来只是希望实现在海上航行的船只能够与陆地通信这一梦想。他从没有预先想到过收音机，更不会想到在20世纪20年代首次实现了无线电广播的商业性播出后，随之发生的那些简直令人瞠目结舌的社会变化。

图14.3　没有理论的发明。爱迪生是一位多产的发明家（获得过1000多项专利），他受过的教育很少，也没有多少理论知识。他的本事就是能够抓住“煮熟了的”科学，并善于把他设在新泽西州门罗公园实验室里的工作人员组织起来从事发明。事实证明，那是他成功的关键。

19世纪应用科学的兴起不只局限于物理学或者仅与物理科学有关的那些工业。例如，新提出的细菌学说和在19世纪50年代产生的关于微生物的观念就启发了伟大的法国科学家巴斯德（1822—1895年）认真地研究发酵过程。他在此基础上提出的巴斯德灭菌法，在许多工业生产中都得到了实际应用，并产生出巨大的经济价值；奶品业、葡萄酒业、制醋和啤酒生产等一系列工业都从中受益。研究家蚕疾病的相关工作也对丝绸工业产生过类似的影响；而巴斯德后来进行的医学实验又导致了接种免疫法的诞生，从此，炭疽病、狂犬病等多种疾病都可以预防，这也宣告了真正科学的医学的来临。

化学也是其科学研究成果在19世纪的工业中得到重要实际应用的一个领域。在19世纪中期以前，欧洲的印染工业采用的仍然是传统工艺，与科学界没有任何往来。到1856年，在德国先进的有机化学研究的基础上，英国化学家珀金（William Perkin）发现了一种可以印染出紫色的人造染料。能够印染出漂亮织物的化学合成染料在经济上的巨大价值立即就为人们所认识，不久，染色和从煤焦油中提取染料的化学就成为纺织工业必须掌握的基本技术。在德国各州于1876年采用统一的专利法以前，公司之间的竞争主要表现为相互争抢化学专家。1876年以后，由于专利权问题得到解决，竞争的重点才转到研究和开发新的合成染料上来。结果，就出现了一种将科学和技术结合起来的新型研究机构——工业研究实验室。拜耳公司在1874年设立了一个研究部门，聘用了它的第一名有哲学博士学位的化学家。到1896年，该公司的工资名册上列出的科学家雇员的人数就达到了104名。

拜耳公司研究实验室从事的应用研究很有特点，值得在这里作一点介绍。那里的工作反映了一个重要的事实，即德国的化学工业同德国的研究型大学有着密切的联系。工业界向大学提供从事化学前沿研究所必需的材料和设备，不仅如此，还送去学生，并随时提供大学在研究工作中所需要了解的情况。大学则反过来为工业领域输送训练有素的毕业生，而且乐意同公司搞合作项目研究。随着劳动分工的进一步细化，后来大学就偏重搞基础研究，而工业实验室则主要搞经验性研究，进行常规的工艺试验，在各种不同材料的织物上测试染料的效果和印染牢度，想方设法开发新产品。例如，在1896年一年，拜耳公司进行过各种性能测试的染料就多达2378种，而推向市场的只有37种。这个例子说明，即使已经有了可以应用的理论，通常也还需要通过试试改改的原始办法作进一步的“研究”，尽管那里有研究的氛围，也有科学家进行指导。不少人往往错误地以为，技术不过就是科学理论转化为实践，而应用科学的历史事实（也包括现实）却常常远不是那样一种情形。

上述那种研究实验室模式在19世纪后期和20世纪初期逐渐被工业界普遍采用。爱迪生于1876年在新泽西州门罗公园建立的那间实验室是一个早期的例子。其他设有这类实验室的公司包括标准石油公司（1880年）、通用电气公司（1901年）、杜邦公司（1902年）、帕克—戴维斯公司（1902年）、康宁玻璃公司（1908年）、贝尔实验室（1911年）、柯达公司（1913年）和通用汽车公司（1919年）。今天，仅仅在美国，这样的工业研究实验室就有成千上万个。工业研究的出现一直被人们誉为“发明之发明”。不过，这种说法有时也容易使人产生误解，因为那些实验室一般说来并不是新技术的发明者。在大多数情况下，工业研究实验室关心的是开发已有的技术并扩大它们的应用面。那些研究实验室的作用往往成为商业战略的一部分，为的是开发和控制专利，向竞争对手实行封锁。即使在今天——今后还会如此——一些尖端技术，譬如静电复印技术和个人计算机，恐怕大多仍然是发明家们的独立发明，而不是由工作在工业界的科学家或工程师搞出来的。