1793年马戛尔尼使团访华：工业革命与清朝的碰撞与拒绝

远道而来的访客

公元1793年，即清朝乾隆五十三年，英国特使马嘎尔尼率领700人的代表团访华。此行，马戛尔尼带来了大量英国工业产品，包括蒸汽机、火器、棉纺机、梳理机、织布机以及大量精美的天文地理仪器。名义上是为了庆祝乾隆皇帝的生日，但实际更深层次的目的是洽谈贸易，寻求建立正式外交关系。当时清朝统治下的中国，一直以“天国”自居，视西方为蛮夷之地，视西方科学技术为“奇技淫巧”，因此断然拒绝一切使命的要求。戛纳使团访华失败，为鸦片战争的爆发奠定了基础。此时，大洋彼岸的英国正在发动一场史无前例的变革——工业革命。

神奇的“机器怪物”

行走在1720年代的英国荒野上，人们对眼前的景象感到惊讶。中世纪乡村一望无际的景色一去不复返，大地上出现了无数大大小小的煤矿坑。喷出黑烟和白蒸汽的“机械怪物”。推进器是一个跷跷板形水泵，昼夜工作，将矿井中的水抽到地面。这种奇怪的机器就是最早的蒸汽机。说到蒸汽机，大家最熟悉的可能就是瓦特了。事实上，蒸汽机在瓦特之前就已经存在很长时间了。早在古希腊时期，数学家希罗就发明了最早的蒸汽机的原型——蒸汽球。到了18世纪，经过帕彭、萨弗里、纽科门等人的不断改进，日趋成熟。但当时蒸汽机的效率很低。直到1765年，瓦特将加热和冷却过程分开，在汽缸外设置了一个单独的冷凝器专门用于冷却蒸汽，有效地解决了这个问题。

蒸汽机是一种将蒸汽的能量转化为机械功的往复式动力机械。沸水产生蒸汽，蒸汽进入气缸后产生压力，推动气缸内的活塞运动并产生动力。这就涉及到气压的知识，它源于对真空问题的研究。早在1643年，伽利略的学生托里拆利和维维亚尼就进行了著名的“托里拆利实验”。他们用装满水银的玻璃管获得真空，确认了空气的重量，并发现了大气压。托里拆利的实验很快传到了法国科学家帕斯卡那里，帕斯卡通过实验证实了气压随高度的变化，进一步支持了托里拆利关于大气压力的观点。

几乎与法国、意大利同时，德国也在独立进行真空问题的研究，著名的马格德堡半球实验由此诞生。就像我旁边的展品一样，展台上有两个金属半球。当我们抓住半球的手柄时，我们就可以更轻松地拿起它。但当我按下按钮时，真空泵启动，半球内的空气被吸出。当我们再尝试去抓的时候，你会发现根本拉不动，就算使出浑身的“洪荒之力”也无济于事。这是为什么呢？原来是大气压的作用！半球内的空气被真空泵抽走，内外气压不再平衡。里面很小，外面很大。外面的空气千方百计想钻进去，可惜没有缝隙，半球就紧紧地压在了摊位上。优越的。 300多年前，德国马格德堡市长格里格用同样的方法吸出两个半球的空气，用了16匹马才把它们拉开，同时发出巨大的噪音。这个著名的实验使真空和大气压的概念广为人知。

后来，英国科学家波义耳研究总结了前人的实验，提出了波义耳定律：压缩空气时，压力变大，空气体积越小，压力与体积成反比。真空问题的研究极大地推动了流体力学，为蒸汽机时代的出现和工业革命奠定了基础。

随着技术的进步，蒸汽机也发生了许多变化以适应工业的发展。但蒸汽机显然不能满足人类的需求，其固有的缺陷开始暴露出来。传统蒸汽机主要通过外燃进行工作，大部分热量都散失了。热效率只有可怜的5%-8%，而且启动前需要一段时间预热，非常不方便。

动态变化

既然外燃是一个障碍，有人就想出了内燃的想法。法国物理学家巴彭当时正在研究以火药为燃料的内燃机技术。但该技术对气瓶材质要求较高，且容易发生爆炸。其中的危险可想而知。之后煤气被发现，很快欧洲的才华横溢的工程师开始设计一种以煤气为燃料的内燃机。但他们的设计仍然没有摆脱大气发动机的框架——燃烧产生真空来推动活塞做功。直到1860年，法国工程师勒努瓦才制造出第一台真正的内燃机，并将其安装在汽车上。可惜的是，热效率仍然很低，只有可怜的4%，甚至不如蒸汽机。

为了提高热机的效率，1862年，法国工程师德罗查总结了热机的理论和历史实践，提出了四冲程循环理论。那么什么是四冲程呢？我旁边的展览引擎可以形象地解释它的定义。当我们按下按钮，发动机模型运转时，气缸的活塞向外运动，形成真空，将空气吸入气缸，喷油器雾化，将燃油填充到气缸中，完成第一冲程；然后气缸向内运动，压缩燃油进行第二冲程，也称为压缩冲程；第三冲程为做功冲程，即火花塞点燃高压燃气，产生巨大的爆发力做功；第四冲程是排气冲程，将燃烧后的废气排出气缸，为下一个循环做准备。为第一次冲程做准备。德罗查的四冲程理论是现代内燃机的理论基础。遗憾的是，当时并没有引起人们的注意，直到德国工程师奥托偶然看到这篇论文，成功研制出四冲程发动机。效率大大提高，因此人们把四冲程发动机视为对立循环，称为奥托循环，而德罗西亚一直被忽视。

工业革命的主要标志是机器代替人力，大规模工厂化生产代替个体手工生产。生产力得到了极大的提高。欧洲国家正在竭尽全力开拓海外市场。这才是马戛尔尼率团访华的真正原因。作为推动第一次工业革命的主要因素之一，蒸汽机发挥了重大作用。内燃机作为第二次工业革命的代表作，也深刻影响了当今社会的发展。与此同时，自然科学研究取得重大进展，各种新技术、新发明相继涌现。其中，电的发明和应用可以说是第二次工业革命的重要标志。

电气时代的到来

19世纪之前，人们对电的认识极其有限。 1820年，丹麦物理学家奥斯特和安培发现了电流的磁效应。既然电流可以产生磁力，那么磁力也可以产生电吗？十年后，伟大的英国物理学家法拉第为这个理想进行了艰苦的实验。最终他发现了电磁感应现象。从那时起，电磁学得到了巨大的发展。西方国家的工程技术专家致力于电力开发、输电技术和利用的研究，开创了前所未有的“电气时代”。

按道理来说，应该先有发电机，再有电动机，否则谁来提供电力呢？但从科学史的角度来看，最先出现的是电动机。此前，伽伐尼在解剖青蛙时发现了所谓的“生物电”。伏打通过实验否定了他的观点，并于1800年制成了著名的伏打电堆，首次为人类提供了电力。稳定的电源。稳定的电源为研究电磁学提供了基础，法拉第使用了一种小磁针围绕载流导线移动的装置。这是人类技术史上第一台电动机。最初，有人问法拉第这个东西是做什么用的。法拉第俏皮地回答：“刚出生的婴儿有什么用呢？”果然，这个“婴儿”很快就长成了一个巨人。

早期的电动机与今天的玩具类似，因为它们使用天然永磁体，磁场太弱。 1822年，法国科学家阿拉戈利用裸露的铜线圈发明了电磁铁。不久之后，美国科学家亨利将裸露的线圈改为绝缘线，大大增强了磁场。 1834年，德国物理学家雅可比用电磁铁作为转子，制成了第一台实用电动机。您可能好奇为什么电动机通电后会旋转。看看我旁边的展品——电动机你就明白了！它利用通电线圈产生旋转磁场，作用于转子，形成磁电旋转扭矩。将线圈放在两个磁铁之间，给线圈通电，调整磁铁与线圈之间的距离，线圈就会旋转。磁铁离线圈越近，线圈旋转得越快。

在研发电动机的同时，发电机的研发也没有停止。早期，人们依靠伏打堆来供电。电流小，成本高，几乎没有商业价值。既然磁场可以产生电流，1832年，法国发明家皮克西成功制造出第一台手摇发电机。他的输出是直流电，但是电流还是很微弱，没有实用价值。 1857年，英国电工惠特斯通用通电电磁铁代替永磁体，发明了自励式发电机。不过，他的电磁铁仍然采用伏特堆供电。它本质上仍然不是自励式的，整体体积庞大，不经济，真正的自励式发电机应该使用发电机本身产生的电流。 1867年，德国工程师西门子发明了第一台真正的自供电发电机，使发电量大大提高。

原来的发电机都是直流发电机。例如，本次展品是直流发电机模型。当我们快速转动手柄时，导体线圈在磁场中旋转，不断切割磁力线，产生感应电动势，将机械能转化为电能。直流发电机由静止部分和旋转部分组成。静止部分称为定子，包括外壳和磁极。磁极当然是用来产生磁场的；旋转的部分称为转子，也称为电枢。电枢铁心呈圆筒形，由叠片硅钢片制成，表面冲有槽，槽内装有电枢绕组。直流电虽然安全，但是直流电在传输过程中损耗严重。随着各行业对电力需求的增加，长距离输送成为一大问题。到了1880年代，直流电已经不能满足社会用电需求，交流电进入历史舞台。直流电和交流电的区别在于电压的大小和方向是否随时间周期性变化，直流电不会变化，而交流电会变化。

1855年，意大利物理学家费拉里斯和美国工程师特斯拉根据旋转磁场原理独立发明了交流感应发电机。 1891年，单相交流发电机发明并使用。与直流电相比，交流电更方便长距离传输。低压可以通过升压变压器，达到几十万伏，然后传输到很远的距离，然后通过降压变压器。将高压转为低压供民用（220V）或工厂（三相380V）使用。

电的应用使人类进入了电气时代。与此同时，大量电器进入寻常百姓家，改变着人们的生活。但电磁学的发展对人类的影响远不止于此。麦克斯韦统一电磁理论时，预言电磁场相互激发时会产生所谓的电磁波。这一预言很快被德国科学家赫兹通过实验证实，他计算出电磁波的传播速度等于光速。但遗憾的是赫兹英年早逝，活了不到37岁。当年，一位意大利年轻人读了他的论文，两年后获得了无线电通信专利。七年后，无线电报可以跨越大西洋。与此同时，俄罗斯科学家波波夫也在同一领域做出了贡献。他们掀起了一场风暴，为今天的“信息革命”奠定了基础，将整个世界带入了“电磁波的海洋”。

信息传输

“信息革命”是第三次工业革命的重大成果之一。进入20世纪后，电子计算的发展突飞猛进，个人电脑逐渐普及。作为这一运动的逻辑补充，一场信息传输的革命正在兴起，这就是互联网。无论我们的电脑还是手机都时刻离不开网络，网络承载着大量的数据传输，那么如何快速、高效、安全地传输信息就需要高效的传输介质。

最早的传递信息的方法是电报。美国发明家莫尔斯在亨利的研究基础上改进了电报机。 1844年，莫尔斯鼓励美国国会修建一条从华盛顿到巴尔的摩的电报线路。 1847年，英国和法国在英吉利海峡铺设了第一条海底电缆。 1856年，一条更长的海底电缆在大西洋底部铺设。电缆是由一根或多根相互绝缘的导体制成并覆盖有绝缘保护层的电线，用于将电力或信息从一处传输到另一处。电缆传输电信号，这对于短距离是可以接受的。然而，长距离传输具有损耗大、重量重、成本高、易受电磁场干扰等诸多缺点。 20世纪70年代后，光纤传输作为新一代信息传输工具迅速得到广泛应用。

说起光纤，就不得不提一个物理概念——光的全反射。 1870年的一天，英国物理学家廷德尔来到英国皇家学会的报告厅，讲授光的全反射原理。他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻一个洞，然后用灯从木桶顶部升起光。水会发光。结果让观众大吃一惊。人们看到，发光的水从水桶的小孔里流了出来。水流弯曲，光线也弯曲。光线实际上被弯曲的水捕获了。光线真的弯曲了吗？当然不是，全面发射发生了！

当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射。现在我要介绍的光纤传输就是利用了全反射的原理。光纤的内部分为两层。内层是光密介质，相当于水，外层是光稀疏介质，相当于空气。当光信号从一端的光密介质向光稀疏介质发射且入射角大于临界角时，光信号将在光纤中传输。看看这个光纤传输展览。您可以转动桌子上的手轮来阻挡或让光线穿过光纤，并观察屏幕上图像的变化。展品上的摄像头会采集您的图像，并通过光纤线路传输到显示屏上，您的图像就会显示在电视上。此类光纤传输设备需要将传统的电磁信号转换为光信号。在终端，光信号通过调制解调器转换为电磁信号，然后由设备解释并转化为视觉声音和图像。

1964年，我国著名科学家高锟提出光纤传输理论，从理论上证明了利用光纤作为传输介质实现光通信的可能性。到了1981年，第一代光纤系统问世，高锟先生被誉为“光纤之父”，并荣获2009年诺贝尔物理学奖。我们通常在使用光纤来传输信号的时候光纤传输具有频带宽、损耗低、重量轻、保密性高、性能可靠、成本低等特点，因此近年来光纤通信发展十分迅速，并逐渐取代光纤。海底光缆目前，全球已铺设40万公里的海底光缆，这个长度几乎可以绕地球10圈，极大地提高了通信技术的效率和质量，加速了信息化的发展。 。

除了信息技术之外，第三次工业革命还包括大量高科技技术，如核能技术、生物技术、纳米技术等，但对世界影响最深远的无疑是信息技术。因为当今世界的经济社会发展高度依赖于信息的传递，谁掌握了信息，就等于掌握了机遇。信息技术拉近了人与人之间的距离，使信息交流更加便捷，拉近了天涯海角。特别是信息技术驱动的新型工业技术发展深刻影响着世界。十一世纪和未来工业发展的方向。

未来的工业革命

2013年9月30日，习近平总书记在主持中共十八届中央政治局第九次集体学习时敏锐地指出：“新一轮科技革命和产业变革正在兴起，一些重要成果科学问题和关键核心技术已经显现出革命性突破的先兆。”此后，习总书记在国际国内多个重要场合多次谈到新一轮科技革命问题和人类社会的进步，归根结底取决于社会生产力的发展，每一次工业革命都极大地促进了社会生产力的发展，引发了社会生产生活方式的颠覆性变革。以物联网、大数据、机器人、人工智能等技术为驱动的第四次工业革命正在以前所未有的速度发展。这一趋势正在席卷全球。

这场技术革命的核心是网络化、信息化、智能化的深度融合。它在提高生产力、丰富物质供给的同时，也将重塑人机结合的劳动形式和要求。以人工智能为代表的新技术对国民经济结构转型升级具有重要意义。我身边的这个名叫“悠悠”的智能机器人身高1.3米，拥有22个自由度。它可以非常灵活、自由地移动。 “悠悠”是悠家族首款人形智能服务机器人。并出现在国庆70周年庆典的“新时代”花车上。它利用语音控制识别、自然语音理解、人脸识别、情绪识别等技术，实现按照设定路线行走、讲解、表演等多种角色。为观众提供更加人性化的互动服务。同时，优优在导航信息、商场导购、银行、迎宾接待等方面都有很大的应用前景，不仅如此，它还可以通过网络进行深度学习，培养更多的技能。

人工智能的发展不仅仅是我们所知道的机器人，因为人工智能技术是一个庞大而完整的技术体系，其中包括半导体技术、电子信息技术、人工智能、大数据、云计算等。依赖于信息的传递。工程师预设这些信息，并将其编译成完整的程序指令。机器人内置的智能芯片存储并处理信息以做出决策。机器人想要完成更复杂的技术，需要更强大的信息处理和分析能力，而庞大的数据库和云计算技术是支撑人工智能的重要组成部分。机器人可以通过发达的5G网络技术将收集到的信息传输到“云端”。云端的超级计算机分析现有信息，然后做出正确的指令。

2017年5月，人工智能围棋程序“AlphaGo”与世界排名第一的中国围棋选手柯洁进行了三场比赛，并全部获胜。这表明人工智能在分析游戏的某些领域已经超越了人类。 “AlphaGo”作为新一代人工智能，可以进行深度学习，通过学习获得更高的“智慧”。要知道，如果“阿尔法狗”想要赢得一场国际象棋比赛，它至少需要学习3000万个棋盘。因此，深度学习是行业研究的核心，也是实现人工智能目标的最根本途径。这是当前人工智能发展的主要瓶颈。

此时此刻我们可以想象，未来的世界将生活在人工智能时代，人类的双手得到充分解放，人类和人工智能甚至可以通过外部脑机接口进行融合，人类的智慧已经高度成熟。发达。别以为这只是幻想，特斯拉创始人埃隆·马斯克正在研究这个项目，并成功读取了三只小猪的电脑电波。如果人的脑电波被读取、控制和利用，就可以进一步改造人类的思想和意识，治疗阿尔茨海默病，提高记忆力，甚至创造一个不同于现在甚至现实的未来。 《黑客帝国》和《盗窃》《梦幻空间》中的虚拟世界将不再只是科幻小说。从某种意义上来说，脑机接口可能才是真正改变人类文明的技术，人类的未来可能已经陷入了巨大的不确定性状态。

每一次工业革命的成功，都展示了科学与技术相结合的伟大实践。在当代中国人眼中，科学无疑是一盏神灯，似乎无所不能。这也间接导致了人类对科学技术的盲目崇拜和过度依赖。人类的私欲因科技的进步而变得无法满足，逐渐忽视了自然规律。尤其是20世纪以来，科学变得比以前更加神秘、更加强大，甚至逐渐离我们的生活越来越远。然而，科技发展中隐藏的危险也逐渐显露出来。

工业革命的另一面

现代工业和生活高度依赖能源的使用，全球能源结构80%依赖化石能源。地球花费数十亿年积累的能源目前正因过度开采而面临枯竭的危险。如果未来人类继续这样做，如果几十年内能源问题得不到解决，人类文明将面临彻底崩溃。

更令人担忧的是，第一次工业革命以来，由于煤炭、石油等化石能源的过度使用，大量废弃物被排放到大气中，造成严重的空气污染。近代以来，欧洲等发达国家因排放超标，曾发生过伦敦等有毒事件。时至今日，由于使用化石能源造成的污染问题不但没有得到解决，反而变得更加严重。大气中二氧化碳的浓度正在迅速增加。二氧化碳作为一种温室气体，吸收地面反射的长波辐射，阻止地球热量向外散发，导致气温升高、南极冰川融化、海平面上升，已经威胁到一些沿海城市和岛屿。

既然化石能源造成了污染问题，绿色能源能否替代呢？其中，核能的利用引发了巨大争议。核能释放的能量超过了人类几千年来的总能量。仅美国和俄罗斯就拥有足以毁灭人类数十万次的核武器。即使是和平利用核能仍然是一个非常敏感的政治问题。前苏联切尔诺贝利核事故、日本福岛核事故至今仍是人们挥之不去的噩梦。近期曝光的日本福岛污水入海事件，将核能利用问题推到了风口浪尖。

信息化带来的麻烦还远未得到解决。信息高速公路连通了世界，促进了文化交流，但也加速了文化融合，使文化生态面临失衡的风险。如果说工业文明破坏了自然生态，那么信息时代则加速了文化生态的解体。全球发达的电子媒体和广告业正在塑造单一的文化品味。几乎全世界都在喝可口可乐，吃麦当劳，听同样的歌曲，看同样的足球比赛。各族年轻人的文化品味正在趋同，人类的文化和生态平衡被破坏。与此同时，电子产品的大量使用破坏了人们的生活方式。很多人一生中从来没有把手机留在手里。除了睡觉时间，他们整天都恨不得拿着手机。众所周知，过度依赖手机不仅会对个人生活方式产生负面影响，还可能造成心理和生理上的伤害。当远离智能手机时，人们会因为失去联系、无法沟通、无法获取信息而感到尴尬、紧张、焦虑、愤怒和烦恼。

新工业革命在改变生产方式、提高生产效率的同时，也带来了一些社会问题，其中最突出的就是劳动力就业的变化。进入21世纪以来，以物联网、大数据、人工智能、机器人等为代表的数字技术广泛应用于生产、经济管理、社会治理，对劳动就业产生巨大影响。有西方学者认为，未来20年，发达国家的工作岗位将不同程度地被人工智能和机器人取代，涉及劳动岗位超过1575万个。还有研究认为，人工智能和机器人替代劳动力将导致程序化工作需求减少，非程序化工作需求增加，使得职业结构两极分化。人工智能会对人类构成威胁吗？ 《变形金刚》和《机械敌人》中的场景会成为现实吗？即便是“杞人忧天”也足以让我们产生怀疑。

人类的出路

哲学家弗里德里希·哈耶克曾说过：“科学已经走得太远，自由将无处容身”。由科学和技术创新提供支持的工业革命为人类发展带来了好消息，与此同时，它也造成了潜伏的魔鬼。人类的未来已成为一个值得思考的问题。即便如此，我们坚信科学引起的问题最终将需要通过科学解决，但我们不能完全保证它不会带给我们更严重的灾难。这可能是科学技术本身的固有缺陷。当所有人类面临共同的问题时，大体关于“无所事事”的想法已成为我们必须重新思考的哲学问题。也许符合自然，保护自然，并在人与自然之间建立生活社区是人类的最终出路。

参考：

1。WuGuosheng-“科学过程”

2。BUXianqun- 18世纪的“黑色技术”：蒸汽机的诞生

3。RuiMingjie-“第三工业革命的起源，本质和启蒙”

4。

5。张汉平 - “工业互联网：新工业革命的重要基石”

6。HuangJinhong-“安全地抓住新一轮工业革命的机会”

7。（法国）Perefit-“停滞帝国”