宋健
由15—16世纪意大利艺术家和科学家们——达·芬奇、拉斐尔和米开朗琪罗等发起的文艺复兴，激起了人们对大自然的向往，点燃了16—17世纪欧洲的启蒙思潮，发起了人类历史上一场伟大的思想解放运动，打破了宗教神权的枷锁，开辟了人类理性思维的人文时代。先进知识界达成了共识，只有用观察、实验、比较、归纳、推理等理性的科学方法才能认识世界、改造世界，改善人类的生存条件，才能得到知识、自由和幸福。复兴人文主义，探求一切知识，发展人的才能，知识就是力量等，成为科学唯物论的战斗号角。此后300年，科技突破势如破竹，巨人辈出。哥白尼的天体运行论（1543年）、牛顿力学（1687年）、达尔文的进化论（1859年）、麦克斯韦的电动力学（1865年）等开启了人类的科学时代，为19世纪和20世纪科学技术的突飞猛进奠定了坚实基础。从哥白尼到牛顿力学的建立经历了144年。从1733年法国杜菲发现电到麦克斯韦建立电动力学，经过了132年。1900年普朗克提出量子论，到1926年薛定谔建立量子波动方程和1929年海森堡建立量子电动力学，只经历了30年。20世纪以后，科学创造、技术发明日新月异。20世纪下半叶微电子技术和信息产业的出现和迅速普及，使人类的生产活动、科学研究、技术开发和社会生活开始进入信息化和智能自动化时代，极大地减轻了体力劳动，延伸和增强了脑力功能，提高了社会劳动生产率。这一切都使人心旷神怡。
人类有理由为过去400多年的科技成就和文明进步自豪。文学家们用最美的语言去颂扬成就。自由作家们激扬文字，放歌而贺。未来学家以其非凡的想像力，畅想着瑰丽的未来。科幻作家创作了引人入胜的神奇故事。科学技术界也有人把酒临风，逐流舞墨，为自由作家们的畅想提供证据。文学艺术的浪漫夸饰，生动活泼地介绍科技成就，提高了人们的科技意识，功不可没。导致欧洲知识界思想大解放的启蒙之火就是文艺复兴时代的艺术家们点燃的。科学和艺术都是理性的宁馨，气质相通，矢志相同，从同源出发，各选隘路攀向高峰。
然而，科学和艺术是有区别的。萌念和畅想能启发创新精神和创造力，但把艺术中的“超现实主义”和“浪漫主义”用到制定科学技术政策则要分外小心。科技工作者应该严格区分哪些是浪漫畅想和未经证实的假说，哪些是实际已经或可能达到的高度，从而制定合乎实际的政策和计划，倡导制订经过努力有可能实现的奋斗目标和方向。这就是坚持科学精神。
20世纪80年代以来，最引人瞩目的浪漫是关于未来人类物质生产的遐想。有人讲知识对经济的重要性时，断言“所有创造财富的资源中”，“知识可以取代其他资源”。“知识是取代自然资源的替代品”，“取之不尽、用之不竭的知识是终极的替代品”，“目前有两种经济，一是朝阳经济，另一种是夕阳经济”，“多数传统产业已成夕阳，矿业、铁路、钢铁已被新技术革命所淘汰”。“现代经济的主要职能是知识和信息的生产和分配，而不再是物质的生产和分配。”“包括生产、消费和生活的各种经济活动过程都具有虚拟性，都不需要在现场进行，而是通过数字化的网络来完成。”于是“工业经济衰落”了，更有人畅想说，今后的生产对象主要是“比特”，而不是原子，将出现无物质生产的社会。如果生产、消费和生活都可以虚幻化，那么人类社会可以逐渐脱离人间烟火而升华至丹书符箓了。
这些默换主题的浪漫、豪放，对发达国家也未必准确，应用到中国则更应该慎重。特别对工业制造业的历史地位、现在的形势和未来发展趋势应该有符合实际的、科学的分析，从而正确把握自己工业化、现代化的建设方向，不至于随人短长，陷入迷津。这是本文不厌其烦辗转沉思的主题。
一、制造业创造了人类
追察现代人的宗谱出身，都是从猿进化而来，科学界已没有争议。按林耐建立的生物分类规则，现代人被列入动物界（含32个门），脊椎动物门（与鱼类、两栖类、爬虫、鸟类同门），哺乳纲（与牛、马、鲸、海豚同纲），灵长目（与192种猴、猿同目），人科（含南方古猿），人属（含能人、巨人、直立人）的现代智人种。灵长目的特征是有五指，拇指与其他四指相对，有锁骨，指甲扁平，嘴鼻缩短，视觉发达，一对乳房，通常一胎一子。灵长目中的猿科（含长臂猿、大猩猩、黑猩猩等）中的黑猩猩与人的亲缘最近，基因序列有98．8％相同，大约600万年前与人分离。人与猿相分离，是由于人学会了双足行走和用手制造并使用工具，这是人类进化的关键一步。黑猩猩也能使用工具，用枝条掏蚂蚁，用石头砸坚果，但从未发现它会制造工具，也不能坚持双足走路。
1960年Jonathan Leakey在坦桑尼亚V ictoria湖东O lduvai峡谷发现了第一个200万年前的能人的头盖骨，脑容量为650毫升，比南方古猿大50％。1972年Richard Leakey在肯尼亚又发现了另一个190万年前的能人头盖骨化石，脑容量为775毫升。从1960年到1986年已发现能人化石7个。有证据表明他们都会制造和使用工具。古人类学的考古发现为人猿分界提供了客观的科学标志，从而把会制造工具的能人列入人属的第一个成员。后来发现的人属化石表明都能直立行走。所以从150万年到20万年前的人属化石都命名为“直立人”。
考古学有证据说明，随着狩猎和采集技术的改进，人们制造的工具日趋精细，种类越来越多，出现了有组织的石料开采和加工，形成了原始制造业。还有证据表明，中国的元谋人（170万年前的南方古猿）、非洲人早在160万年前即开始用火。饮食的改善，有利于脑的发展。按生物学“用得多的器官进化快”原理，伴以营养的丰富，人类的脑容量逐步增大。200万年前的能人脑容量约为700毫升，100万年前的直立人脑容量约为1000毫升，50万年前增加到1200毫升。斐文中先生于1929年发现的57万年前的北京（直立）人为1050毫升。现代人的脑容量平均为1450毫升。大猩猩为700毫升，黑猩猩为800毫升。脑容量增长的同时，大脑皮层褶皱面积也不断增大，现代人为1700～2200平方厘米，是黑猩猩的三倍。至于人类从采集狩猎转向耕作和畜牧，那已经很晚了，属12万年前新石器时代的事。
这就是人猿分道扬镳的简史。毛泽东1964年有一首词《贺新郎·读史》，头几句是：“人猿相揖别，只几个石头磨过，小儿时节。”很贴切。使用工具、制造工具，即原始的制造技术和生产方式的改变引发了古猿进化的改辙，驱引他们用脑思维，脑容量增大，经选择遗传而与猿类分离，变成堂堂直立的人类，从而迈上了艰难漫长通向文明的进化之路。这已是古人类学、进化生物学、社会学等科学界的共识。恩格斯说得好，直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。动物所做到的最多是搜集，而人则从事生产。
总之，原始的工具制造是人类社会制造业的最早萌芽。
二、制造业是产业革命的主力军
18世纪的产业革命和接踵而来的电气化运动，从瓦特发明蒸汽机（1765年）算起已延续了240年。这场波澜壮阔的工业革命使人类的生产和生活方式发生了不可逆转的伟大变化。在发达国家，水能、化石能和电力完全代替了人力、畜力，千万种机械代替了手工劳动，农业全面实现了机械化，批量制造生产资料和生活资料的大工业已成为社会生产的主导，极大地提高了社会劳动生产率和社会财富的积累速度和规模，形成了工业社会文明的主体。到20世纪上半叶这场革命已在一批工业发达国家中取得了辉煌的胜利。
牛顿力学，麦克斯韦电动力学和量子力学这些科学发现是人类文明史上最伟大的成就，对18—20世纪的基础科学、工程技术的进步和工业化进程都起到了根本性的指导作用。然而，历史记录也清楚表明，有悠久历史的制造业的进步是产业革命取得成功的主要因素，是推动产业革命的主力军，也为科学发现提供了最可靠的实验手段和知识源泉。
考古发现表明，早在100万年一50万年前的古石器时代就有用卵石、兽骨、牛角、象牙等制造的生产和生活用具如刀、斧、锯等。与北京猿人同时代地层中出土了10万多件砍刀、石铲、石斧、片状切刀等。5万年前的中石器时代已有制造业分工，批量生产比较精致的木、角、骨制工具，刀、锥、凿、针、矛、镞等，还有批量生产的陶器。
地球最后一个冰期（玉木冰期，12．5—1万年前）于1万年前消退，地球温度变暖，海平面上升，人类进入新石器时代。亚洲（中国和两河流域）出现了农业、畜牧业和建筑业（住房和村庄），批量制造复合工具（有柄的镰刀、刀、斧等），大批量生产陶器（江苏溧水神仙洞、江西万年仙人洞均出土了1万年前的陶器），7000年前已有彩陶批量生产（陕西半坡出土）。秦始皇兵马俑和战车（2200年前）无疑是由工场生产的。东汉的瓷器，唐代的唐三彩，宋朝的宜兴紫陶，广东、江苏的青瓷等曾大量出口欧洲亚洲各国。这都是制造业。
毛泽东在《贺新郎·读史》中提问：“铜铁炉中翻火焰，为问何时猜得？不过几千寒热。”
考古发现的结论是，青铜时代开始于5000年前，炼铁技术开始于4000年前。中东发现了公元前2500年的炼铁炉。埃及发现过公元前2000年的锻制青铜器和公元前1340年的钢制短剑。河南偃师二里头的铜器工场遗迹出土了铜渣、坩埚、镞、凿、锥、鱼钩、铃、刀、锛、爵等器械，这是一个规模很大的铜器制造场，经鉴定为公元前1900一公元前1600年，属夏代（2070BC—1600BC）的遗存。战国时代中国有铁制兵器（河南洛阳出土了含碳2％以上的铸铁，公元前500年），农业工具（河南辉县的魏墓中出土）铁镬、铁锄、铁铲、镰、斧等。辽宁抚顺燕国遗址出土的铁农具占全部农具的90％以上。《尚书·禹贡》和《山海经》中都记载了金、银、锡、铁、铅等金属矿产分布地点。汉代在河南荥阳建有大炼铁场，有两座炼铁炉，用的是含铁48．39％的赤铁矿石。欧洲的采矿和冶炼技术比中国晚1000多年。欧洲最早的炼铁高炉建于公元1380年（比利时）。德国于公元970年开始采铁矿，用煤冶铁是公元1198年。公元1500年意大利达·芬奇发明车床。可见，在产业革命以前，矿冶和制造技术在欧亚各国已相当发达。
产业革命的标志——瓦特蒸汽机的发明，是在前人很多发明和制造技术的基础上完成的。公元1629年意大利工程师布兰卡发明用蒸汽推动风轮。1679年法国人帕蓬建造了第一台蒸汽锅炉，在英国大量推广。1689年英国人萨委瑞用蒸汽机驱动水轮抽水。1700—1712年英国工程师纽柯门发明了活塞式蒸汽机，投入批量生产供应市场。1736年英国J．哈尔斯制成蒸汽船，获专利。1765年瓦特发明蒸汽冷凝器，使蒸汽出口温度降低，从而提高了热机效率，1769年获专利。1788年瓦特又发明了离心调速器，使蒸汽机更为完善，被称为历史上最伟大的发明之一。此前英国已有相当发达的纺织工业，用蒸汽机作动力。从1720—1795年，英国出口商品增长了4倍。可见，英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明，后者又进一步推动了工业的进步，以后才传播到欧洲各国和英国殖民地美国。值得注意的是，瓦特并不知道热力学第一、第二定律，是凭技术经验懂得了蒸汽温度和压力越高，其能焓越大；出入口蒸汽温差越大，热机效率越高。关于卡诺循环（D adi Carnot，1796—1832年，法国工程师）的论文是50年后于1824年发表的。而热力学中确定气体温度、内能、焓之间关系的焦耳定律实验（J ames Prescott Joule，1818—1889年，英国）是1840—1843年完成的。克劳修斯（R udolf Clausius，1822—1888，德国）发现的热力学第二定律“热能不可能自发地从低温处流向高温处”，以及关于熵的概念及计算公式的出现已是瓦特90年后的1850年。历史事件发生的次序说明，制造业和瓦特的技术发明推动了热力学理论的诞生，而不是相反。
工业革命的第二个高潮——电气化发生在19世纪后半叶和20世纪初。建造以透平机为动力的大型发电设施和电力网的建设开始于20世纪初。电力照亮了城市和农村，为工厂和矿山提供了方便灵活的强大动力，成为生产、交通运输、通讯等全面转向工业化的决定因素。因此，人们常称19—20世纪的电气化运动为第二次产业革命。追溯电气化运动的进程，可以看到与蒸汽机类似的经历。是制造技术和社会生产的需要肇始了电的应用，而后才有了伟大理论一麦克斯韦电动力学理论的诞生。
中国战国时代即发现磁石，发明指南针“司南”，是中国古代四大发明之一。1733年杜菲发现玻璃和树脂摩擦产生的静电。1745年德国E．G．冯克莱斯特发明并制成蓄电瓶。1750—1752年富兰克林发明避雷针。1772年卡文迪什发现电力与距离平方反比定律。1800年英国尼科尔逊和卡莱尔电解水成功。1805年英国人在铁上镀锌成功。1827年欧姆建立欧姆定律。1829年美国J．亨利设计和制造成最早的电动机，发现自感和变压器原理。1831年法拉第发现电磁感应电流。1832年美国萨克斯顿制成发电机。1835年达文波特制成实用电动机，获专利，用于驱动印刷机。1837年美国莫尔斯发明电报机和电码，获专利；1851年美国铁路采用莫尔斯电报，英美均建立电报公司。1855年出现自激发电机，德国西门子公司开始生产交流电机。1859年美国法玛制成白炽电灯。1863年意大利帕奇诺蒂制成发电、电动两用电机。1865年麦克斯韦发表《电磁场动力原理》，最终建立了电磁动力学的完整理论。
