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一、科学与技术的结合
科学技术是第一生产力，是生产力中最活跃的因素。科学是“通过实验与观察发展起来并引起进一步的实验和观察的一系列相互联系的概念系统”（注：（美）斯塔夫里阿诺斯：《全球通史——1500年以后的世界》，上海社会科学院出版社1988年版，第247页。）既通常所说的理论；技术是实际知识。在中世纪，从事理论思考的统称为哲学家，而从事技能劳动的被称作工匠，文艺复兴使人们关于科学技术的观念发生了变化，科学与技术不再是神学的奴婢。工匠的实际知识和发明受到社会的重视，懂得数理知识的工匠其社会地位开始提高。但是工匠不关心事物的原因，不了解事物究竟为什么如此，科学家则弥补这方面的缺陷，探讨事物的起因，对客观世界的认识予以概括和总结，从对事实的观察分析中推导出理论，寻找事物发展的规律。在近代以前，技能劳动者和哲学思想家相互平行发展，17-18世纪，两者开始交叉结合，即实际知识与抽象思维相联系，技能劳动者思考理论问题，思想家从事实验工作。随着社会阶层中知识劳动者的增多，从事科学与技术活动成为专门性的职业，1833年剑桥大学的威廉·威维尔教授用“科学家”一词称呼这一职业的人，哲学家不再被理解为从事自然科学的人。
英国资产阶级革命确立了资本主义制度，经济环境的资本主义化和思想领域的人文主义化，使得科学技术在英国得到迅猛发展，在中世纪天文、数学、力学和手工技术等传统学科基础上生长出近代物理学、生物学、化学、地质学、农学、机械制造、冶金、交通、能源等新学科。大科学家和发明家层出不穷，牛顿、瓦特、哈雷、波义耳、胡克、哈维等以及后来的法拉第、麦克斯韦、戴维、达尔文、道尔顿、焦耳、贝塞默、贝尔等巨匠都诞生在英国。1660-1750年，英国科学家的数量位于世界第一，占当时世界杰出科学家总数的36%，科学成就占世界总数的40%。英国率先走出中世纪，成为近代科学的起源地。
牛顿是近代科学的第一位先人。在物理学方面，牛顿创立了经典力学，从数学上论证了万有引力定律。牛顿的方法是归纳演绎法，在实验的基础上确定一般的规律和原理，然后从推理得出个别定律和定理，再经实验验证结论是否正确。此后的电磁学、热力学、相对论和量子学都是根据牛顿的实验主义的近代科学方法建立的。
瓦特是近代技术的第一位先人。蒸汽机和内燃机是科学与技术相结合的最好体现，瓦特根据经验和技术发明并完善了蒸汽机，蒸汽机技术的改进和蒸汽机的制造运用产生了热力学理论，从而蒸汽机科学又推动了内燃机科学的产生，并进一步促进了内燃机技术的发展。
二、科学技术与生产的第一次结合
资本主义生产的发展对技术的运用提出了实际的需求，英国近代工业的萌芽所产生的生产问题需要技术方法加以解决，技术与生产的结合不仅是社会生产的客观需要，也逐渐成为人类的主观认识。技术与生产并不是直到近代才结合，在漫长的农业社会也有过技术的使用，但技术广泛地与生产结合，并产生巨大的经济效益是从工业革命开始。以蒸汽动力为例，古代埃及人就知晓其基本原理，但从没有运用于生产实践。英国锁匠纽科门在1702年制作了最原始的蒸汽机。对蒸汽机作划时代革新和发明的是格拉斯哥大学技师瓦特，他在1765年研制成功旋转式蒸汽机，1782年瓦特又改进为复动式蒸汽机，1790年瓦特正式制成世界上第一个蒸汽机汽缸，完成了蒸汽机的整个发明过程。瓦特的蒸汽机开创了人类依赖畜力、水力和风力以外动力的历史。由于蒸汽机解决了机械转动的动力问题，蒸气动力不仅用于煤矿抽水，还从采矿业运用到棉纺业、冶炼业、运输业、粮食加工业，蒸汽动力机被广泛使用。蒸汽机的发明和运用使社会生产的技术基础发生了质的变化，实现了由手工生产向机器生产的飞跃。斯塔夫里阿诺斯认为“19世纪欧洲对世界的支配与其说是以其他任何一种手段或力量为基础，不如说是以蒸汽机为基础”。（注：（美）斯塔夫里阿诺斯：《全球通史—1500年以后的世界》，第287页。）
英国的工业革命从棉纺业的工具机革新开始。1733年身兼技工和织布工的凯发明了纺纱用的飞梭，一下子提高了织布的速度。织布速度的加快，对纺纱提出了加速要求，1779年克郎普敦结合哈格里夫斯和阿克赖特两种纺纱机的技术优点，发明了同时转动300多个纱绽的“骡子”纺纱机。纺纱和织布技术的进步对工作机的动力提出了新要求，1789年蒸汽动力机运用于纺纱和织布，极大地提高了劳动生产率，1804年一台动力织布机等于40个手工织布的产量。至此纺织工具机的革新基本完成，奠定了英国在世界纺织领域生产和技术的领先地位。蒸汽机的问世与应用使英国从1780年至1840年英国建成了纺织、煤炭、冶炼、机器制造和交通运输五大工业体系，人均日生产率提高20倍，基本实现了国家工业化。
一系列的技术发明和在工业上的运用是工业革命蓬勃发展的重要因素，科学技术通过经济运动物化为生产力，不仅成为企业家致富的手段，也迎合了社会生产的需要。技术进步加快了经济的发展，经济的发展反过来又促进了科学技术的进步。科学技术与社会生产的广泛结合是工业革命的重要特点，它创造出大量新的生产工具、新的产业部门和新的劳动者和管理者，造就了在新的生产力基础上的资本主义生产关系，“蒸汽和新的工具把工场手工业变成了现代大工业”（注：恩格斯：《反杜林论》，第258页。），奠定了人类从农业社会走向工业社会的技术基础，以技术创新和运用为基础的工业革命为现代民族国家科技立国政策打下了坚实的经济基础，为强国之路指明了方向。资本主义大生产第一次使物质生产过程变成科学技术在生产中的运用。
三、科学技术与生产的第二次结合
19世纪下半叶资本主义由自由竞争阶段向垄断竞争阶段过渡，资本和生产高度集中，经济环境需要更加先进的科学和技术指导工业革命向纵深挺进。
第一次工业革命中的技术发明和运用主要是企业家，即工匠们为解决实际工作中存在的问题而提出的，不是科学家提出的。技术对科学的依赖并不强，对科学的运用是个别的、零散的。经过英国工业革命的洗礼，科学极大地影响了工业生产，工业研究已配备了实验室、仪器设备和训练有素的科学家，他们基本取代了技工的发明创造地位。19世纪自然科学的全面发展，物理学、化学、生物学等从理论上为工业发展指明了方向。如从石油中提炼汽油、煤油和润滑油，作为内燃机的动力；从煤炭中分离煤气、煤焦油；用无机物氮、钾、磷取代天然肥料；通讯从有线发展为无线等等。尤其是电磁理论的建立，为电力取代蒸汽动力奠定了科学理论基础。
第二次工业革命，科学理论开始全面主导技术的发展，电力技术、无线电技术、热机技术是在电磁学、电工学、无线电电子学、势力学的指导下发展起来。科学理论渗透到技术的各个领域，成为技术发展的关键，技术越来越科学化。生产技术开始走向标准化、通用化和系列化。同时科学也在技术化，比如，原子物理学和量子物理学演化为原子技术，固体物理学演化为半导体技术。科学与技术的紧密结合，相互传动，推动了科学技术的整体发展。
与第一次工业革命不同，蒸汽技术的改进推动了动力理论的发展，而第二次工业革命，电力技术是在电磁理论的基础上形成发展的。电力技术涉及的电动机、发动机和变压器三大设备其工作原理都与电磁理论有关。1821年英国物理学家法拉第制作了最初的电动机，1834年德国科学家雅可比制成了15瓦的棒状铁芯发动机。1831年法拉第发现了电磁感应定律，次年法国人皮克希制作成手摇磁石发电机。之后，德国科学家西门子经十多年的研究，完成了能真正发电的自激式发电机。1873年英国科学家麦克斯韦研究出电磁场方程，推断出存在电磁波，为无线电通讯解决了理论问题。1876年贝尔发明了电话。1882年英国爱迪生电气照明公司在伦敦建造了第一座发电站。此19世纪80年代起，电力技术在动力、照明、运输和通讯方面得到广泛的使用，并带动了冶金技术的改造，内燃机的问世，交通运输工具机车、轮船、汽车的大发展，人类进入了“电气时代”。
第二次工业革命科学技术与生产结合的最成功的莫属德国，德国成功地建立了现代冶金、化学、光学、电气工业体系。其特点是：第一，科学技术直接用于军用产品的研制和开发，军事工业带动了整个国民经济的发展。1898年德国27亿马克的海军发展计划推动了钢铁、机械制造等工业的发展。德国的军费开支1879年只有4.3亿马克，19世纪末翻了一番为9.3亿，到1913年已达21亿马克。第二，资本迅速集中于建立在先进技术基础上的行业和企业，在资本主义国家中最先出现托拉斯、康采恩和辛迪拉等垄断组织。这些垄断组织不仅有垄断的资本，还有垄断的技术，有自己的科学家、实验室和研究项目。1913年，德国电气工业最大的两个垄断组织德国电气公司和西门子—舒克特公司不仅垄断了国内市场，还控制了国际市场。从1857年第一个卡特尔的出现到一次大战前的1911年德国垄断企业已发展到600家。第三，德国以英国工业化为样板，学习、利用和发展最先进的技术成果，一方面德国工业化从一开始就装备了比英国更新的机械设备，另一方面德国开发出独立的新型产业。比如，德国在化工领域发展有机化工，在研制医药、照相材料、合成纤维、塑料、橡胶等技术方面取得绝对优势。
德国工业化成功的重要经验是模仿加创造力，德国工业的大部分是在吸收和有效利用英国、法国和美国初始发明和最新技术之上加以吸收、改造和创新，发展成自己的最新技术。比如，1856年英国科学家珀金发现了苯胺，但英国未能有效利用，德国借鸡生蛋，建造工厂，很快就占领了这门新兴工业的制高点。英国的钢铁企业家不愿用贝西默新发明的转炉法淘汰旧的冶炼法，德国的克虏伯派人取经后，建造了转炉钢铁厂，德国钢铁业的冶炼技术迅速超过了英国。
德国工业的技术化，其结果是劳动生产率极大提高，使得德国在一次大战前夕成为欧洲头号工业大国。德国的年平均钢铁产量占欧洲总产量的2/3，年平均煤产量占欧洲总产量的50%以上，发电量超出英、法、意总和的20%，机械制造和化工业的技术和产量也都领先于欧洲其它国家。
四、科学技术与国家权力的结合
第一，政府重视和直接投资科学技术的开发与运用。
科学技术与国家权力的结合首先在于统治者对知识和科学的重视程度，统治阶级一旦认识到科技对国家、对自身利益的好处，就会运用国家权力鼓励发展科学技术。早在工业革命前，英国统治阶级就意识到科学技术对提高国家地位的重要性。英王对1662年成立的英国皇家学会表现出非常积极的态度，“朕获悉，一个时期以来，有不少一致爱好和研究此项业务的才智德行卓著之士定期聚会，习以为常，探讨事物奥秘，以求确立哲学确凿之原理，并纠正其中不确凿之原理，且以彼等探索自然之卓著劳绩证明自己有惠于人类”，“因此，朕决定这一切团体和如此有益且堪称颂之事授予皇室恩典、保护和一切应有的鼓励”。（注：J.D.贝尔纳：《科学的社会功能》，商务印书馆1985年版，第61页。吴必康：《权力与知识：英美科技政策史》，福建人民出版社，1998年第1版，第12页。）光荣革命后挤入统治阶层的英国资产阶级将培根的“知识就是力量”当作座右铭，对科学技术投入了极大的热情，他们发现以科技振兴工业是强国富民的最佳手段。“自从我们成为商业民族，科学技术就开始复兴，洗去我们身上的村野气息和愚昧无知。人民找到满足需要的新手段，国家积聚了财富并享有国家威望。”（注：D.S.L.Cardwell:The Organization of Science in England,Heinemann,1959,p.31.）
科学技术在生产实际中的运用所创造的巨大物质财富在工业革命中充分得以体现，科学技术的潜在力量迫使英国统治者将其提升为国家的一项政策，1852年维多利亚女王决定英国应当制定国家科技发展计划。1853年英国成立了科技署，负责国家的科技发展工作。1843年科学和实验方面的支出被正式纳入政府预算，国家支持科技活动成为政府的正常开支。1850年政府的科研开支是3.4万英镑，占政府预算的0.9%，到1869年已达27万英镑，占政府预算的2.8%。英国政府对巴贝治的计算机研究计划从1822年起的20年间共资助了1.7万英镑。1850年英国议会专门拨款给英国皇家学会每年1000英镑的研究资助。
第二，政府直接支持和参与科技社团的活动。
1662年英国皇家学会的成立是国家权力与科学技术结合的标志，表明科学技术是在国家发展中开始占据重要的地位，国家可以凭借其权力发挥社会团体和个人无法发挥的作用。皇家学会的目的旨在促进自然学科的发展，下设自然、化学和机械等8个委员会。为了使农业生产科学化，政府先后在1793年成立农业及国内改进委员会，1843年建立了鲁塞姆斯丹实验站，1844年建立皇家兽医外科医院，1845年建立皇家农学院。皇家农学院出版的年报刊登最新的农业生产技术。政府组织和支持科学考察和探险活动，如1832年的全国地质勘测，非洲、亚洲等地的探险活动。1851年政府出面主办的世界上第一次“万国博览会”尽显了英国作为“世界工厂”的地位和工业革命中所取得的最新工农业科技成果。工业革命之初，英国有14个学术团体，1850年已发展到139个。皇家天文学会、皇家地理学会、皇家农学会等闻名于世的权威学术机构都是在那个时候建立的。此外，还出现了许多地方性的学术团体。它们将分散的科研人员组织起来，出版刊物，交流学术成果，资助研究项目。英国科技活动出现职业化、组织化和社会化的趋势。
第三，保护和垄断政策。
伊丽莎白女皇时期为了保护英国的发明权和吸引欧洲大陆有发明才能的工匠来英国，从制度着手建立保护法规。1624年英国第一部技术垄断法问世，该法被称为现代专利法的鼻祖。它规定专利权授予最初发明者，发明者有14年的专利期。在期限内，专利权持有人有权独占制造和使用发明的物品和方法，英国政府保护英王所辖范围的专利权。英国专利制度的建立不仅从制度上保护了发明创造，垄断了技术优势，刺激了近代工业如棉纺、采煤、冶炼和机器制造行业的建立，还使发明创造物质化，其成果同样具有商品的价值，为科学技术进入社会生产铺平了道路。专利法起初的作用还不明显，17世纪60年代的专利只有36件，在工业革命时发明创造层出不穷，到18世纪90年代，专利数量已达647件。1779年议会修改专利法，规定只有对改进生产有益的发明才享有专利，以防发明创造束之高阁不用于生产。对重大发明创造政府给予特殊的政策，瓦特的蒸汽机1769年获得专利，政府认为瓦特的蒸汽机对王国的许多大工厂和制造业有重大的促进作用。“应鼓励他从事和完成这项发明”，特意延长了蒸汽机的专利期限。
刚刚起步的英国工业还未形成国际上的垄断商品，新兴行业需要法律保护新技术和人才。1765年英国颁布法令，禁止英国技工去国外企业服务，违者将被剥夺国籍。俄国为获取蒸汽机技术，曾以高薪聘请瓦特，瓦特的助手因有此欲望而锒铛入狱。1788年英国还规定不许出口工具机和机器，违者将处以500英镑的罚金。直到1824年反垄断法的颁布才废止。
第四，奖励政策。
国家奖励。英国议会从1750年起先后颁布多个嘉奖法令，奖赏发明创造者。瓦特被授予男爵称号，克隆普顿和卡特莱特分别获得5000和10000英镑的奖赏。国家以奖励形式扶植发明创造是国家权力与科学技术结合的体现，也是国家作为科学技术与经济生产凝合剂的体现。
社会奖励。许多企业和社会团体设立与技术发明有关的奖项，如斯蒂文森发明“火箭号”蒸汽机车获得铁路公司500英镑的奖励，1761年“工业奖励协会”公开昭示悬赏高效单人纺纱机的发明者。
由于科技成果可以商品化，驱动人们创造欲的喷发和对利益的追求，专利保护和奖励成为极为有效的激励机制，在英国近代科技发展史上发挥了重要作用。