История технологий — это история изобретения людьми инструментов и методов. Технология включает в себя методы, начиная от простых каменных орудий до сложной генной инженерии и информационных технологий, которые появились с 1980-х годов. Термин технология происходит от греческого слова techne , означающего искусство и ремесло, и слова logos , означающего слово и речь. Сначала он использовался для описания прикладных искусств , но теперь он используется для описания достижений и изменений, которые влияют на окружающую среду вокруг нас. [1]
Новые знания позволили людям создавать новые инструменты, и наоборот, многие научные начинания стали возможны благодаря новым технологиям , например, научным приборам , которые позволяют нам изучать природу более подробно, чем это позволяют делать наши естественные чувства.
Поскольку большая часть технологий является прикладной наукой , техническая история связана с историей науки . Поскольку технологии используют ресурсы, техническая история тесно связана с экономической историей . Из этих ресурсов технология производит другие ресурсы, включая технологические артефакты , используемые в повседневной жизни. Технологические изменения влияют на культурные традиции общества и сами находятся под их влиянием. Это сила экономического роста и средство для развития и проектирования экономической, политической, военной мощи и богатства.
Многие социологи и антропологи создали социальные теории, касающиеся социальной и культурной эволюции . Некоторые, такие как Льюис Х. Морган , Лесли Уайт и Герхард Ленски, объявили технический прогресс основным фактором, движущим развитие человеческой цивилизации. Концепция Моргана о трех основных стадиях социальной эволюции (дикость, варварство и цивилизация ) может быть разделена технологическими вехами, такими как огонь. Уайт утверждал, что мерой, по которой можно судить об эволюции культуры, является энергия. [2]
Для Уайта «основная функция культуры» заключается в «обуздании и контроле энергии». Уайт различает пять стадий развития человека : на первой люди используют энергию своих собственных мышц. На второй они используют энергию одомашненных животных . На третьей они используют энергию растений ( сельскохозяйственная революция ). На четвертой они учатся использовать энергию природных ресурсов : угля, нефти, газа. На пятой они используют ядерную энергию . Уайт ввел формулу P=E/T, где P — индекс развития, E — мера потребляемой энергии, а T — мера эффективности технических факторов, использующих энергию. По его собственным словам, «культура развивается по мере увеличения количества энергии, используемой на душу населения в год, или по мере увеличения эффективности инструментальных средств использования энергии». Николай Кардашев экстраполировал свою теорию, создав шкалу Кардашева , которая классифицирует использование энергии развитыми цивилизациями.
Подход Ленски фокусируется на информации. Чем больше информации и знаний (особенно позволяющих формировать природную среду ) есть у данного общества, тем оно более развито. Он выделяет четыре стадии развития человека, основанные на достижениях в истории коммуникации . На первой стадии информация передается генами . На второй, когда люди обретают сознание , они могут учиться и передавать информацию через опыт. На третьей стадии люди начинают использовать знаки и развивать логику . На четвертой они могут создавать символы, развивать язык и письмо. Достижения в области коммуникационных технологий трансформируются в достижения в экономической системе и политической системе , распределении богатства , социальном неравенстве и других сферах общественной жизни. Он также различает общества на основе их уровня технологий, коммуникации и экономики:
В экономике производительность является мерой технологического прогресса. Производительность увеличивается, когда меньше ресурсов (классически труда и капитала, но некоторые меры включают энергию и материалы) используется для производства единицы продукции. Другим показателем технологического прогресса является разработка новых продуктов и услуг, что необходимо для компенсации безработицы, которая в противном случае возникла бы из-за сокращения затрат труда. В развитых странах рост производительности замедляется с конца 1970-х годов; однако рост производительности был выше в некоторых секторах экономики, таких как обрабатывающая промышленность. [3] Например, занятость в обрабатывающей промышленности в Соединенных Штатах снизилась с более чем 30% в 1940-х годах до чуть более 10% 70 лет спустя. Аналогичные изменения произошли и в других развитых странах. Этот этап называется постиндустриальным .
В конце 1970-х годов социологи и антропологи, такие как Элвин Тоффлер (автор книги «Шок будущего »), Дэниел Белл и Джон Нейсбитт, обратились к теориям постиндустриальных обществ , утверждая, что нынешняя эпоха индустриального общества подходит к концу, а услуги и информация становятся важнее промышленности и товаров. Некоторые экстремальные видения постиндустриального общества, особенно в художественной литературе , поразительно похожи на видения околосингулярных и постсингулярных обществ . [4]
Ниже приводится краткий обзор истории технологий по временным периодам и географии:
В течение большей части палеолита — основной части каменного века — все люди вели образ жизни, который включал ограниченное количество инструментов и несколько постоянных поселений. Первые основные технологии были связаны с выживанием, охотой и приготовлением пищи. Каменные орудия и оружие, огонь и одежда были технологическими разработками важнейшего значения в этот период.
Предки человека использовали каменные и другие орудия задолго до появления Homo sapiens , примерно 300 000 лет назад. [5] Самые ранние прямые свидетельства использования орудий были найдены в Эфиопии в Великой рифтовой долине и датируются 2,5 миллиона лет назад. [6] Самые ранние методы изготовления каменных орудий , известные как олдувайская «индустрия», датируются по крайней мере 2,3 миллиона лет назад. [7] Эта эпоха использования каменных орудий называется палеолитом , или «древним каменным веком», и охватывает всю историю человечества вплоть до развития сельского хозяйства примерно 12 000 лет назад.
Чтобы сделать каменный инструмент, « ядро » твердого камня с определенными свойствами отслаивания (например, кремень ) отбивали отбойным молотком . Это отслаивание давало острые края, которые можно было использовать в качестве инструментов, в первую очередь в виде рубил или скребков . [8] Эти инструменты очень помогали древним людям в их образе жизни охотников-собирателей выполнять различные задачи, включая разделку туш (и перелом костей, чтобы добраться до костного мозга ); рубку древесины; раскалывание орехов; свежевание животных для получения шкуры и даже изготовление других инструментов из более мягких материалов, таких как кость и дерево. [9]
Самые ранние каменные орудия были неактуальны, представляя собой не более чем раздробленный камень. В ашельскую эпоху, начавшуюся примерно 1,65 миллиона лет назад, появились методы обработки этих камней в особые формы, такие как ручные топоры . Этот ранний каменный век описывается как нижний палеолит .
В эпоху среднего палеолита , примерно 300 000 лет назад, появилась техника обработки с использованием предварительно подготовленного сердечника , при которой из одного сердечника можно было быстро изготовить несколько лезвий. [8] В эпоху верхнего палеолита , примерно 40 000 лет назад, появилась технология обработки под давлением , при которой для придания камню очень тонкой формы можно было использовать пробойник из дерева, кости или рогов . [10]
Конец последнего ледникового периода около 10 000 лет назад считается конечной точкой верхнего палеолита и началом эпипалеолита / мезолита . Мезолитическая технология включала использование микролитов в качестве составных каменных орудий, а также орудий из дерева, кости и рогов.
Поздний каменный век, в течение которого были разработаны зачатки сельскохозяйственных технологий, называется периодом неолита . В этот период полированные каменные орудия изготавливались из различных твердых пород, таких как кремень , нефрит , жадеит и зеленый камень , в основном путем разработки карьеров, но позже ценные породы добывались путем подземной выемки, что стало первым шагом в технологии добычи полезных ископаемых. Полированные топоры использовались для расчистки лесов и создания сельскохозяйственных культур и были настолько эффективны, что оставались в употреблении, когда появились бронза и железо. Эти каменные топоры использовались наряду с продолжающимся использованием каменных орудий, таких как ряд метательных снарядов , ножей и скребков , а также инструментов, изготовленных из органических материалов, таких как дерево, кость и олений рог. [11]
Культуры каменного века развивали музыку и участвовали в организованных войнах . Люди каменного века разработали технологию каноэ , пригодных для плавания по океану , что привело к миграции через Малайский архипелаг , через Индийский океан на Мадагаскар , а также через Тихий океан, что требовало знания океанских течений, погодных условий, парусного спорта и навигации по звездам .
Хотя палеолитические культуры не оставили письменных записей, переход от кочевого образа жизни к оседлому образу жизни и сельскому хозяйству можно вывести из ряда археологических свидетельств. Такие свидетельства включают древние орудия труда, [12] наскальные рисунки и другое доисторическое искусство , такое как Венера Виллендорфская . Человеческие останки также предоставляют прямые доказательства, как посредством изучения костей, так и изучения мумий . Ученые и историки смогли сформировать важные выводы об образе жизни и культуре различных доисторических народов, и особенно об их технологиях.
.jpg/1280px-Sword_bronze_age_(2nd_version).jpg)
Металлическая медь встречается на поверхности выветренных месторождений медной руды, и медь использовалась до того , как стало известно о выплавке меди . Считается, что выплавка меди возникла, когда технология гончарных печей позволяла использовать достаточно высокие температуры. [13] Концентрация различных элементов, таких как мышьяк, увеличивается с глубиной в месторождениях медной руды, и выплавка этих руд дает мышьяковистую бронзу , которая может быть достаточно упрочнена, чтобы быть пригодной для изготовления инструментов. [13]
Бронза — это сплав меди с оловом; последнее было обнаружено в относительно немногих месторождениях по всему миру, поэтому прошло много времени, прежде чем настоящая оловянная бронза получила широкое распространение. (См.: Источники олова и торговля им в древние времена ) Бронза была крупным достижением по сравнению с камнем в качестве материала для изготовления инструментов, как из-за ее механических свойств, таких как прочность и пластичность, так и потому, что ее можно было отливать в формах для изготовления предметов сложной формы. Бронза значительно продвинула технологию судостроения с лучшими инструментами и бронзовыми гвоздями. Бронзовые гвозди заменили старый метод крепления досок корпуса с помощью шнура, вплетенного в просверленные отверстия. [14] Улучшенные корабли позволили вести торговлю на большие расстояния и способствовать развитию цивилизации.
Эта технологическая тенденция, по-видимому, началась в Плодородном полумесяце и со временем распространилась за его пределы. [ требуется ссылка ] Эти разработки не были и не являются универсальными. Система трех возрастов неточно описывает историю технологий групп за пределами Евразии и вообще не применима в случае некоторых изолированных популяций, таких как люди спинифекса , сентинельцы и различные амазонские племена, которые до сих пор используют технологии каменного века и не развили сельскохозяйственные или металлообрабатывающие технологии. Эти деревни сохраняют традиционные обычаи перед лицом глобальной современности, демонстрируя заметное сопротивление быстрому развитию технологий.
До того, как была разработана выплавка железа, единственное железо добывалось из метеоритов и обычно идентифицировалось по содержанию никеля. Метеорное железо было редким и ценным, но иногда использовалось для изготовления инструментов и других приспособлений, таких как рыболовные крючки.
Железный век включал принятие технологии выплавки железа . Она в целом заменила бронзу и сделала возможным производство инструментов, которые были прочнее, легче и дешевле в производстве, чем бронзовые эквиваленты. Сырье для производства железа, такое как руда и известняк, гораздо более распространено, чем медная и особенно оловянная руда. Следовательно, железо производилось во многих областях.
Массовое производство стали или чистого железа было невозможно из-за высоких температур. Печи могли достигать температуры плавления, но тигли и формы, необходимые для плавки и литья, не были разработаны. Сталь можно было производить путем ковки кричного железа, чтобы снизить содержание углерода в некоторой степени контролируемым образом, но сталь, произведенная таким способом, была неоднородной.
Во многих евразийских культурах железный век был последним крупным шагом перед развитием письменности, хотя, опять же, это не было общепринятой практикой.
В Европе большие холмы строились либо как убежище во время войны, либо иногда как постоянные поселения. В некоторых случаях существующие форты бронзового века были расширены и увеличены. Темпы расчистки земель с использованием более эффективных железных топоров увеличились, что обеспечило больше сельскохозяйственных угодий для поддержки растущего населения.
Месопотамия (современный Ирак) и ее народы ( шумеры , аккадцы , ассирийцы и вавилоняне ) жили в городах примерно с 4000 г. до н. э. [15] и разработали сложную архитектуру из глиняного кирпича и камня, [16] включая использование настоящей арки . Стены Вавилона были настолько массивными, что их называли Чудом Света . Они разработали обширные водные системы; каналы для транспортировки и орошения на аллювиальном юге и водосборные системы, простирающиеся на десятки километров на холмистом севере. Их дворцы имели сложные дренажные системы. [17]
Письменность была изобретена в Месопотамии с использованием клинописи . Сохранилось множество записей на глиняных табличках и надписей на камне. Эти цивилизации были одними из первых, кто перенял бронзовые технологии, которые они использовали для инструментов, оружия и монументальных скульптур. К 1200 году до н. э. они могли отливать предметы длиной 5 м из цельного куска.
Несколько из шести классических простых машин были изобретены в Месопотамии. [18] Месопотамцам приписывают изобретение колеса. Колесно-осевой механизм впервые появился вместе с гончарным кругом , изобретенным в Месопотамии (современный Ирак) в 5-м тысячелетии до н. э. [19] Это привело к изобретению колесного транспортного средства в Месопотамии в начале 4-го тысячелетия до н. э. Изображения колесных повозок , найденные на пиктограммах на глиняных табличках в районе Эанна в Уруке, датируются периодом между 3700 и 3500 годами до н. э. [20] Рычаг использовался в водоподъемном устройстве шадуф , первой крановой машине , которая появилась в Месопотамии около 3000 года до н. э. [21] а затем в древнеегипетской технологии около 2000 года до н. э. [22] Самые ранние свидетельства использования блоков датируются Месопотамией и относятся к началу 2-го тысячелетия до н.э. [23]
Винт , последний из простых изобретенных механизмов, [24] впервые появился в Месопотамии в неоассирийский период (911–609) до н. э. [23] Ассирийский царь Сеннахирим (704–681 до н . э.) утверждает, что изобрел автоматические шлюзы и был первым, кто использовал водяные винтовые насосы весом до 30 тонн, которые были отлиты с использованием двухкомпонентных глиняных форм, а не методом « выплавляемого воска ». [17] Акведук Джерван (ок. 688 до н. э.) сделан из каменных арок и облицован водонепроницаемым бетоном. [25]
Вавилонские астрономические дневники охватывали 800 лет. Они позволяли дотошным астрономам составлять графики движения планет и предсказывать затмения. [26]
Самые ранние свидетельства существования водяных колес и водяных мельниц относятся к древнему Ближнему Востоку в IV веке до н. э. [27], в частности, к Персидской империи до 350 года до н. э., в регионах Месопотамии (Ирак) и Персии (Иран). [28] Это новаторское использование энергии воды стало первой изобретенной человеком движущей силой, не полагающейся на мускульную силу (помимо паруса ).
Египтяне , известные тем , что строили пирамиды за столетия до создания современных инструментов, изобрели и использовали множество простых машин, таких как пандус , чтобы облегчить строительные процессы. Историки и археологи нашли доказательства того, что пирамиды были построены с использованием трех из так называемых Шести Простых Машин , на которых основаны все машины. Эти машины — наклонная плоскость , клин и рычаг , которые позволяли древним египтянам перемещать миллионы известняковых блоков, которые весили приблизительно 3,5 тонны (7000 фунтов) каждый, на место, чтобы создать такие структуры, как Великая Пирамида в Гизе , высота которой составляет 481 фут (147 метров). [29]
Они также делали носитель для письма, похожий на бумагу, из папируса , который, как утверждает Джошуа Марк, является основой для современной бумаги. Папирус — это растение (cyperus papyrus), которое в изобилии росло в дельте Египта и по всей долине реки Нил в древние времена. Папирус собирали полевые рабочие и привозили в центры обработки, где его разрезали на тонкие полоски. Затем полоски раскладывали рядом и покрывали растительной смолой. Второй слой полосок накладывали перпендикулярно, затем обе сжимали вместе, пока лист не высохнет. Затем листы соединяли, чтобы сформировать рулон, и позже использовали для письма. [30]
Египетское общество добилось нескольких значительных успехов во время династических периодов во многих областях технологий. По словам Хоссама Эланзири, они были первой цивилизацией, которая использовала устройства для измерения времени, такие как солнечные часы, теневые часы и обелиски, и успешно использовала свои знания астрономии для создания календарной модели, которую общество использует и сегодня. Они разработали технологию судостроения, которая позволила им перейти от судов из папирусного тростника к кораблям из кедрового дерева, а также стали пионерами в использовании канатных ферм и рулей, установленных на штоке. Египтяне также использовали свои знания анатомии, чтобы заложить основу для многих современных медицинских методов и практиковали самую раннюю из известных версий нейронауки. Эланзири также утверждает, что они использовали и продвигали математическую науку, о чем свидетельствует строительство пирамид. [31]
Древние египтяне также изобрели и стали пионерами многих пищевых технологий, которые стали основой современных пищевых технологических процессов. Основываясь на картинах и рельефах, найденных в гробницах, а также археологических артефактах, ученые, такие как Пол Т. Николсон, полагают, что древние египтяне создали систематические методы ведения сельского хозяйства, занимались переработкой зерновых, варили пиво и пекли хлеб, обрабатывали мясо, занимались виноградарством и создали основу для современного производства вина, а также создали приправы, чтобы дополнять, сохранять и маскировать вкусы своей пищи. [32]
Цивилизация долины Инда , расположенная в богатом ресурсами регионе (на территории современного Пакистана и северо-западной Индии), примечательна ранним применением городского планирования, санитарных технологий и водопровода. [33] Строительство и архитектура долины Инда, называемые « Ваасту Шастра », предполагают глубокое понимание инженерии материалов, гидрологии и санитарии.
Китайцы сделали много первых известных открытий и разработок. Основные технологические вклады Китая включают самую раннюю известную форму двоичного кода и эпигенетического секвенирования [34] [35] ранние сейсмологические детекторы , спички , бумага, ротор вертолета , рельефная карта , поршневой насос двойного действия, чугун , водяные доменные мехи , железный плуг , многотрубная сеялка , тачка, парашют, компас , руль , арбалет , колесница , указывающая на юг, и порох. Китай также разработал глубокое бурение скважин, которое они использовали для добычи рассола для производства соли. Некоторые из этих скважин, глубиной до 900 метров, добывали природный газ, который использовался для испарения рассола. [36]
Другие китайские открытия и изобретения периода Средневековья включают в себя ксилографию , наборную типографию , фосфоресцирующую краску, бесконечный цепной привод и часовой спусковой механизм. Твердотопливная ракета была изобретена в Китае около 1150 года, почти через 200 лет после изобретения пороха (который служил топливом для ракеты). За десятилетия до эпохи исследований Запада китайские императоры династии Мин также отправляли большие флотилии в морские путешествия, некоторые из которых достигали Африки.
Эллинистический период истории Средиземноморья начался в IV веке до н. э. с завоеваний Александра , которые привели к возникновению эллинистической цивилизации , представляющей собой синтез греческой и ближневосточной культур в регионе Восточного Средиземноморья , включая Балканы , Левант и Египет . [37] С Птолемеевским Египтом в качестве интеллектуального центра и греческим языком в качестве lingua franca, эллинистическая цивилизация включала греческих , египетских , еврейских, персидских и финикийских ученых и инженеров, которые писали на греческом языке. [38]
Эллинистические инженеры Восточного Средиземноморья были ответственны за ряд изобретений и усовершенствований существующих технологий. Эллинистический период ознаменовался резким ростом технического прогресса, которому способствовал климат открытости новым идеям, расцвет механистической философии и создание Александрийской библиотеки в Птолемеевом Египте и ее тесная связь с соседним музеем . В отличие от типично анонимных изобретателей более ранних эпох, такие гениальные умы, как Архимед , Филон Византийский , Герон , Ктесибий и Архит , остаются известными по именам потомкам.
Древнее сельское хозяйство, как и в любой период до современной эпохи, основной способ производства и существования, а также методы орошения, значительно продвинулись вперед благодаря изобретению и широкому применению ряда ранее неизвестных водоподъемных устройств, таких как вертикальное водяное колесо , секционное колесо, водяная турбина , винт Архимеда , ковшовая цепь и гирлянда горшков, нагнетательный насос , всасывающий насос , поршневой насос двойного действия и, вполне возможно, цепной насос . [39]
В музыке водяной орган , изобретенный Ктесибием и впоследствии усовершенствованный, представлял собой самый ранний пример клавишного инструмента. В хронометрировании введение приточной клепсидры и ее механизация циферблатом и указателем, применение системы обратной связи и спускового механизма значительно вытеснили более раннюю исходящую клепсидру.
Инновации в области механической технологии включали недавно разработанную прямоугольную передачу , которая стала особенно важной для работы механических устройств. Эллинистические инженеры также изобрели автоматы, такие как подвесные чернильницы, автоматические умывальники и двери, в основном как игрушки, которые, однако, имели новые полезные механизмы, такие как кулачок и карданный подвес .
Антикитерский механизм , своего рода аналоговый компьютер, работающий с дифференциальной передачей , и астролябия демонстрируют большую утонченность астрономической науки.
В других областях древнегреческие инновации включают катапульту и арбалет гастрафет в военном деле, полое литье бронзы в металлургии, диоптру для геодезии, в инфраструктуре маяк , центральное отопление , туннель, вырытый с обоих концов с помощью научных расчетов , и судовой путь . В транспорте большой прогресс произошел благодаря изобретению лебедки и одометра .
Другими новыми технологиями и изделиями стали винтовые лестницы , цепной привод , раздвижные суппорты и душевые кабины.
Римская империя расширилась из Италии по всему средиземноморскому региону между 1-м веком до н. э. и 1-м веком н. э. Ее наиболее развитыми и экономически продуктивными провинциями за пределами Италии были восточные римские провинции на Балканах , в Малой Азии , Египте и Леванте , причем Римский Египет в частности был самой богатой римской провинцией за пределами Италии. [40] [41]
Римская империя развила интенсивное и сложное сельское хозяйство, расширила существующие технологии обработки железа, создала законы, предусматривающие индивидуальную собственность, передовую технологию каменной кладки, передовое дорожное строительство (превзойденное только в 19 веке), военную инженерию, гражданское строительство, прядение и ткачество и несколько различных машин, таких как галльская жатка , которые помогли повысить производительность во многих секторах римской экономики. Римские инженеры были первыми, кто построил монументальные арки, амфитеатры , акведуки , общественные бани , настоящие арочные мосты , гавани , водохранилища и плотины, своды и купола в очень больших масштабах по всей своей империи. Известные римские изобретения включают книгу (Кодекс) , выдувание стекла и бетон. Поскольку Рим был расположен на вулканическом полуострове с песком, содержащим подходящие кристаллические зерна, бетон, который разработали римляне, был особенно прочным. Некоторые из их зданий простояли 2000 лет, до наших дней.
В Римском Египте изобретатель Герон Александрийский был первым, кто экспериментировал с механическим устройством, работающим на ветру (см. Ветряное колесо Герона ), и даже создал самое раннее устройство, работающее на паре ( эолипил ), открыв новые возможности в использовании сил природы. Он также изобрел торговый автомат . Однако его изобретения были в первую очередь игрушками, а не практическими машинами.
Инженерные навыки инков и майя были велики, даже по сегодняшним меркам. Примером этого исключительного инженерного искусства является использование в их каменной кладке кусков весом более одной тонны, сложенных вместе так, что даже лезвие не могло пролезть в щели. Деревни инков использовали оросительные каналы и дренажные системы, что делало сельское хозяйство очень эффективным. Хотя некоторые утверждают, что инки были первыми изобретателями гидропоники , их сельскохозяйственная технология все еще основывалась на почве, хотя и была развитой.
Хотя цивилизация майя не использовала металлургию или технологию колеса в своих архитектурных сооружениях, они разработали сложные письменные и астрономические системы и создали прекрасные скульптурные работы из камня и кремня. Как и инки, майя также владели довольно продвинутыми сельскохозяйственными и строительными технологиями. Майя также ответственны за создание первой системы подачи воды под давлением в Мезоамерике, расположенной в месте майя Паленке . [42]
Главным вкладом правления ацтеков была система коммуникаций между завоеванными городами и повсеместное распространение гениальной сельскохозяйственной технологии чинамп . В Мезоамерике , без тягловых животных для транспорта (и, как следствие, колесных транспортных средств), дороги были спроектированы для пеших путешествий, как и в цивилизациях инков и майя. Ацтеки, впоследствии майя, унаследовали многие технологии и интеллектуальные достижения своих предшественников: ольмеков ( см. изобретения и инновации коренных американцев ).
Одним из самых значительных достижений средневековья были экономики, в которых энергия воды и ветра была более значимой, чем сила мышц животных и человека. [43] : 38 Большая часть энергии воды и ветра использовалась для помола зерна. Энергия воды также использовалась для продувки воздуха в доменных печах , варки тряпья для изготовления бумаги и валяния шерсти. В «Книге страшного суда» в 1086 году в Великобритании было зафиксировано 5624 водяных мельницы, что составляло примерно одну на тридцать семей. [43]
Мусульманские халифаты объединили в торговле большие территории, которые ранее торговали мало, включая Ближний Восток, Северную Африку, Центральную Азию, Пиренейский полуостров и части Индийского субконтинента . Наука и технологии предыдущих империй в регионе, включая Месопотамскую, Египетскую, Персидскую, Эллинистическую и Римскую империи, были унаследованы мусульманским миром , где арабский язык заменил сирийский, персидский и греческий в качестве лингва франка региона. Значительные успехи были достигнуты в регионе во время исламского золотого века (VIII–XVI вв.).
Арабская сельскохозяйственная революция произошла в этот период. Это была трансформация в сельском хозяйстве с 8 по 13 век в исламском регионе Старого Света . Экономика, созданная арабскими и другими мусульманскими торговцами по всему Старому Свету, способствовала распространению многих культур и методов ведения сельского хозяйства по всему исламскому миру, а также адаптации культур и методов из регионов за его пределами. [44] Были достигнуты успехи в животноводстве , ирригации и земледелии с помощью новых технологий, таких как ветряная мельница . Эти изменения сделали сельское хозяйство намного более продуктивным, поддерживая рост населения, урбанизацию и усиление стратификации общества.
Мусульманские инженеры в исламском мире широко использовали гидроэнергетику , наряду с ранним использованием приливной энергии , энергии ветра , [45] ископаемого топлива, такого как нефть, и крупных заводских комплексов ( tiraz на арабском языке). [46] В исламском мире использовались различные промышленные мельницы, включая сукновальни , мельницы для муки , шелушильные станы , лесопилки , судовые мельницы , штамповочные станы , сталелитейные заводы и приливные мельницы . К 11 веку в каждой провинции исламского мира работали эти промышленные мельницы. [47] Мусульманские инженеры также использовали водяные турбины и шестерни в мельницах и водоподъемных машинах и были пионерами в использовании плотин в качестве источника гидроэнергии, используемой для обеспечения дополнительной мощности водяных мельниц и водоподъемных машин. [48] Многие из этих технологий были перенесены в средневековую Европу. [49]
Ветряные машины, используемые для измельчения зерна и перекачивания воды, ветряная мельница и ветряной насос , впервые появились на территории современных Ирана , Афганистана и Пакистана в IX веке. [50] [51] [52] [53] Они использовались для измельчения зерна и забора воды, а также в мукомольной и сахарной промышленности. [54] Сахарные мельницы впервые появились в средневековом исламском мире . [55] Сначала они приводились в движение водяными мельницами, а затем ветряными мельницами с IX и X веков на территории современных Афганистана , Пакистана и Ирана . [56] Такие культуры, как миндаль и цитрусовые , были завезены в Европу через Аль-Андалус , и выращивание сахара постепенно распространилось по всей Европе. Арабские купцы доминировали в торговле в Индийском океане до прибытия португальцев в XVI веке.
Мусульманский мир перенял бумажное производство из Китая. [47] Самые ранние бумажные фабрики появились в Багдаде эпохи Аббасидов в 794–795 годах. [57] Знания о порохе также передавались из Китая через преимущественно исламские страны, [58] где были разработаны формулы для получения чистого нитрата калия . [59] [60]
Прялка была изобретена в исламском мире в начале 11 века. [61] Позднее она получила широкое распространение в Европе, где была адаптирована в прялку «Дженни» , ключевое устройство во время промышленной революции . [62] Коленчатый вал был изобретен Аль-Джазари в 1206 году, [63] [64] и занимает центральное место в современных машинах, таких как паровой двигатель , двигатель внутреннего сгорания и автоматическое управление . [65] [66] Кулачковый вал также был впервые описан Аль-Джазари в 1206 году. [67]
Ранние программируемые машины были также изобретены в мусульманском мире. Первым музыкальным секвенсором , программируемым музыкальным инструментом , был автоматизированный флейтист, изобретенный братьями Бану Муса , описанный в их «Книге гениальных устройств » в IX веке. [68] [69] В 1206 году Аль-Джазари изобрел программируемые автоматы / роботов . Он описал четырех музыкантов -автоматов , включая двух барабанщиков, управляемых программируемой барабанной машиной , где барабанщик мог играть разные ритмы и разные барабанные паттерны. [70] Замковые часы , гидроприводные механические астрономические часы , изобретенные Аль-Джазари, были ранним программируемым аналоговым компьютером . [71] [72] [73]
В Османской империи практическая импульсная паровая турбина была изобретена в 1551 году Таки ад-Дином Мухаммадом ибн Маруфом в Османском Египте . Он описал метод вращения вертела с помощью струи пара, играющей на вращающихся лопастях по периферии колеса. Известное как паровой домкрат , похожее устройство для вращения вертела было также позже описано Джоном Уилкинсом в 1648 году. [74] [75]
В то время как средневековые технологии долгое время изображались как шаг назад в развитии западных технологий, поколение медиевистов (например, американский историк науки Линн Уайт ) подчеркивало с 1940-х годов инновационный характер многих средневековых технологий. Подлинный средневековый вклад включает, например, механические часы , очки и вертикальные ветряные мельницы . Средневековая изобретательность также проявилась в изобретении, казалось бы, незаметных предметов, таких как водяной знак или функциональная кнопка . В навигации основа для последующей эпохи исследований была заложена введением штыревых и гребневых рулей , латинских парусов , сухого компаса , подковы и астролябии .
Значительные успехи были достигнуты также в военной технологии с развитием пластинчатых доспехов , стальных арбалетов и пушек . Средние века, пожалуй, наиболее известны своим архитектурным наследием: в то время как изобретение ребристого свода и стрельчатой арки дало начало высокому готическому стилю , повсеместные средневековые укрепления дали эпохе почти поговорку «век замков».
Изготовление бумаги , китайская технология II века, была перенесена на Ближний Восток, когда группа китайских мастеров была захвачена в VIII веке. [76] Технология изготовления бумаги распространилась в Европе после завоевания Испании Омейядами . [77] Бумажная фабрика была основана на Сицилии в XII веке. В Европе волокно для производства целлюлозы для производства бумаги получали из льняных и хлопковых тряпок. Линн Таунсенд Уайт-младший приписывал прялке увеличение поставок тряпок, что привело к дешевой бумаге, что стало фактором развития книгопечатания. [78]
До развития современной инженерии математика использовалась ремесленниками и мастерами, такими как слесари , часовщики, изготовители инструментов и геодезисты. Помимо этих профессий, университеты, как считалось, не имели большого практического значения для технологий. [79] : 32
Стандартная ссылка на состояние механических искусств в эпоху Возрождения дана в трактате по горному делу De re metallica (1556), который также содержит разделы по геологии, горному делу и химии. De re metallica была стандартной ссылкой по химии в течение следующих 180 лет. [79] Среди используемых механических устройств с приводом от воды были рудоштамповочные мельницы , кузнечные молоты, воздуходувные мехи и всасывающие насосы.
Благодаря литью пушек доменная печь получила широкое распространение во Франции в середине XV века. В Китае доменная печь использовалась с IV века до н. э. [13] [80]
Изобретение подвижного литого металлического печатного станка , механизм прессования которого был адаптирован из винтового пресса для оливок (ок. 1441 г.), привело к огромному увеличению количества книг и количества опубликованных названий. Подвижный керамический шрифт использовался в Китае в течение нескольких столетий, а ксилография появилась еще раньше. [81]
Эпоха отмечена такими глубокими техническими достижениями, как линейная проницательность , двойные купола или бастионные крепости . Записные книжки художников-инженеров эпохи Возрождения, таких как Таккола и Леонардо да Винчи, дают глубокое представление о механической технологии, известной и применяемой в то время. Архитекторы и инженеры вдохновлялись сооружениями Древнего Рима , и такие люди, как Брунеллески, создали в результате большой купол Флорентийского собора . Он получил один из первых патентов, когда-либо выданных, чтобы защитить гениальный кран , который он спроектировал для подъема больших камней кладки на вершину сооружения. Военные технологии быстро развивались с широким использованием арбалета и все более мощной артиллерии , поскольку города-государства Италии обычно конфликтовали друг с другом. Могущественные семьи, такие как Медичи, были сильными покровителями искусств и наук. Наука эпохи Возрождения породила научную революцию ; наука и техника начали цикл взаимного прогресса.
Улучшенное парусное судно, нау или каррак , позволило эпохе исследований с европейской колонизацией Америки , воплощенной в Новой Атлантиде Фрэнсиса Бэкона . Такие пионеры, как Васко да Гама , Кабрал , Магеллан и Христофор Колумб, исследовали мир в поисках новых торговых путей для своих товаров и контактов с Африкой, Индией и Китаем, чтобы сократить путешествие по сравнению с традиционными маршрутами по суше. Они создали новые карты и схемы, которые позволили следующим мореплавателям исследовать дальше с большей уверенностью. Однако навигация была в целом затруднена из-за проблемы долготы и отсутствия точных хронометров . Европейские державы заново открыли идею гражданского кодекса , утерянную со времен древних греков.
Чулочная машина , изобретенная в 1598 году, увеличила количество узлов, которые вязальщица могла сделать в минуту, со 100 до 1000. [82]
Шахты становились все более глубокими и их было дорого осушать с помощью ковшовых и цепных насосов с лошадиным приводом и деревянных поршневых насосов. В некоторых шахтах использовалось до 500 лошадей. Насосы с лошадиным приводом были заменены паровым насосом Savery (1698) и паровым двигателем Newcomen (1712). [83]
Революция была вызвана дешевой энергией в виде угля, который производился во все возрастающих количествах из обильных ресурсов Британии . Британская промышленная революция характеризуется развитием в области текстильного машиностроения, горнодобывающей промышленности, металлургии , транспорта и изобретением станков .
До изобретения машин для прядения пряжи и ткачества ткани прядение производилось с помощью прялки, а ткачество — на ручном и ножном ткацком станке. Для обслуживания одного ткача требовалось от трех до пяти прядильщиков. [84] [85] Изобретение летающего челнока в 1733 году удвоило производительность ткача, что привело к нехватке прядильщиков. Прядильная машина для шерсти была изобретена в 1738 году. Прядильная машина «Дженни» , изобретенная в 1764 году, представляла собой машину, которая использовала несколько прядильных колес; однако она производила нить низкого качества. Водяная машина , запатентованная Ричардом Аркрайтом в 1767 году, производила нить лучшего качества, чем прядильная машина «Дженни». Прядильная машина «Мюль» , запатентованная в 1779 году Сэмюэлем Кромптоном , производила нить высокого качества. [84] [85] Механический ткацкий станок был изобретен Эдмундом Картрайтом в 1787 году. [84]
В середине 1750-х годов паровой двигатель был применен в ограниченных по мощности воде отраслях по производству железа, меди и свинца для питания воздуходувных мехов. Эти отрасли были расположены вблизи шахт, некоторые из которых использовали паровые двигатели для откачки шахт. Паровые двигатели были слишком мощными для кожаных мехов, поэтому в 1768 году были разработаны чугунные воздуходувные цилиндры. Паровые доменные печи достигали более высоких температур, что позволяло использовать больше извести в чугунной доменной печи. (Шлак, богатый известью, не был свободно текучим при ранее используемых температурах.) При достаточном соотношении извести сера из угля или коксового топлива реагирует со шлаком, так что сера не загрязняет железо. Уголь и кокс были более дешевым и более распространенным топливом. В результате производство железа значительно возросло в последние десятилетия 18-го века. [13] Уголь, преобразованный в кокс , служил топливом для более высокотемпературных доменных печей и производил чугун в гораздо больших количествах, чем раньше, что позволило создать ряд сооружений, таких как Железный мост . Дешевый уголь означал, что промышленность больше не была ограничена водными ресурсами, приводящими в движение заводы, хотя он продолжал оставаться ценным источником энергии.
Паровой двигатель помог осушить шахты, так что стало возможным извлечь больше угля, и добыча угля увеличилась. Разработка парового двигателя высокого давления сделала возможным использование локомотивов, и последовала транспортная революция. [86] Паровой двигатель, который существовал с начала 18 века, был практически применен как на пароходном , так и на железнодорожном транспорте. Ливерпульско-Манчестерская железная дорога , первая специально построенная железнодорожная линия, открылась в 1830 году, и локомотив Rocket Роберта Стефенсона был одним из первых используемых рабочих локомотивов .
Производство судовых полиспастов на цельнометаллических станках на заводе Portsmouth Block Mills в 1803 году положило начало эпохе устойчивого массового производства . Станки, используемые инженерами для изготовления деталей, появились в первом десятилетии века, в частности, Ричардом Робертсом и Джозефом Уитвортом . Разработка взаимозаменяемых деталей посредством того, что сейчас называется американской системой производства, началась в оружейной промышленности в федеральных арсеналах США в начале 19 века и стала широко использоваться к концу века.
До эпохи Просвещения в водоснабжении и санитарии был достигнут незначительный прогресс , а инженерные навыки римлян в значительной степени игнорировались по всей Европе. Первое задокументированное использование песчаных фильтров для очистки водоснабжения датируется 1804 годом, когда владелец отбеливателя в Пейсли, Шотландия , Джон Гибб, установил экспериментальный фильтр, продавая свои нежелательные излишки населению. Первое очищенное общественное водоснабжение в мире было установлено инженером Джеймсом Симпсоном для компании Chelsea Waterworks Company в Лондоне в 1829 году. [87] Первый завинчивающийся водопроводный кран был запатентован в 1845 году Гестом и Краймсом, литейным заводом в Ротереме . [88] Практика очистки воды вскоре стала общепринятой, и достоинства системы стали совершенно очевидны после того, как исследования врача Джона Сноу во время вспышки холеры на Брод-стрит в 1854 году продемонстрировали роль водоснабжения в распространении эпидемии холеры. [89]
В 19 веке произошло поразительное развитие транспортных, строительных, производственных и коммуникационных технологий, зародившихся в Европе. После рецессии в конце 1830-х годов и общего замедления крупных изобретений Вторая промышленная революция была периодом быстрых инноваций и индустриализации, который начался в 1860-х годах или около 1870 года и продолжался до Первой мировой войны . Она включала быстрое развитие химических, электрических, нефтяных и сталелитейных технологий, связанных с высокоструктурированными технологическими исследованиями.
Телеграфия превратилась в практическую технологию в 19 веке, чтобы помочь безопасно управлять железными дорогами. [90] Наряду с развитием телеграфии было запатентовано первое устройство телефона. Март 1876 года знаменует собой дату, когда Александр Грэхем Белл официально запатентовал свою версию «электрического телеграфа». Хотя Белл отмечен созданием телефона, до сих пор ведутся споры о том, кто на самом деле разработал первую рабочую модель. [91]
Благодаря усовершенствованиям в области вакуумных насосов и исследованиям материалов, лампы накаливания стали практичными для общего использования в конце 1870-х годов. Edison Electric Illuminating Company, компания, основанная Томасом Эдисоном при финансовой поддержке Спенсера Траска , построила и управляла первой электрической сетью. Электрификация была оценена как важнейшее техническое достижение 20-го века как основополагающая инфраструктура для современной цивилизации. [92] Это изобретение оказало глубокое влияние на рабочие места, поскольку теперь на фабриках могли работать во вторую и третью смену. [93]
Производство обуви было механизировано в середине 19 века. [94] Массовое производство швейных машин и сельскохозяйственных машин, таких как жатки, произошло в середине-конце 19 века. [95] Велосипеды стали массово производиться с 1880-х годов. [95]
Широкое распространение получили паровые фабрики, хотя переход с водяной энергии на пар произошел в Англии раньше, чем в США [96]. Броненосные военные корабли принимали участие в боях, начиная с 1860-х годов, и сыграли свою роль в открытии торговли Японии и Китая с Западом.
Между 1825 и 1840 годами была представлена технология фотографии . На протяжении большей части оставшейся части столетия многие инженеры и изобретатели пытались объединить ее и гораздо более старую технику проекции, чтобы создать полную иллюзию или полную документацию реальности. Цветная фотография обычно включалась в эти амбиции, а введение фонографа в 1877 году, казалось, обещало добавление синхронизированных звукозаписей . Между 1887 и 1894 годами были созданы первые успешные короткие кинематографические презентации.
Массовое производство принесло автомобили и другие высокотехнологичные товары массам потребителей. Военные исследования и разработки ускорили прогресс, включая электронные вычисления и реактивные двигатели . Радио и телефония значительно улучшились и распространились среди более широких слоев населения, хотя почти всеобщий доступ не был возможен, пока мобильные телефоны не стали доступны жителям развивающихся стран в конце 2000-х и начале 2010-х годов.
Усовершенствования в области энергетики и технологий двигателей включали ядерную энергетику , разработанную после Манхэттенского проекта , который возвестил о наступлении нового атомного века . Развитие ракет привело к созданию ракет большой дальности и первой космической эры , которая длилась с 1950-х годов с запуском спутника до середины 1980-х годов.
Электрификация быстро распространилась в 20 веке. В начале века электроэнергия была в основном доступна только богатым людям в нескольких крупных городах. К 2019 году, по оценкам, 87 процентов населения мира имели доступ к электричеству. [98]
Контроль рождаемости также получил широкое распространение в 20 веке. Электронные микроскопы были очень мощными к концу 1970-х годов, а генетическая теория и знания расширялись, что привело к развитию генной инженерии .
Первый « ребенок из пробирки » Луиза Браун родилась в 1978 году, что привело к первой успешной гестационной суррогатной беременности в 1985 году и первой беременности с помощью ИКСИ в 1991 году, которая представляет собой имплантацию одного сперматозоида в яйцеклетку. Преимплантационная генетическая диагностика была впервые проведена в конце 1989 года и привела к успешным родам в июле 1990 года. Эти процедуры стали относительно распространенными.
Компьютеры были соединены посредством локальных, телекоммуникационных и оптоволоконных сетей , работающих на оптическом усилителе , который открыл информационный век . [99] [100] Эта оптическая сетевая технология взорвала пропускную способность Интернета, начиная с 1996 года с запуском первой высокопроизводительной системы волнового мультиплексирования (WDM) компанией Ciena Corp. [ 101] WDM, как общая основа для телекоммуникационных магистральных сетей, [102] увеличила пропускную способность на порядки, тем самым обеспечив массовую коммерциализацию и популяризацию Интернета и его широкомасштабное влияние на культуру, экономику, бизнес и общество.
Коммерческая доступность первого портативного сотового телефона в 1981 году и первого карманного телефона в 1985 году [103], оба разработанные компанией Comvik в Швеции, в сочетании с первой передачей данных по сотовой сети компанией Vodafone (ранее Racal-Millicom ) в 1992 году стали прорывами, которые непосредственно привели к форме и функциям смартфонов сегодня. К 2014 году в использовании было больше сотовых телефонов, чем людей на Земле [104] , и Верховный суд Соединенных Штатов Америки постановил, что мобильный телефон является частной частью человека. [105] Предоставляя потребителям беспроводной доступ друг к другу и к Интернету, мобильный телефон стимулировал одну из самых важных технологических революций в истории человечества. [106]
Проект «Геном человека» секвенировал и идентифицировал все три миллиарда химических единиц в ДНК человека с целью поиска генетических корней заболеваний и разработки методов лечения. Проект стал возможным благодаря двум техническим достижениям, достигнутым в конце 1970-х годов: картированию генов с помощью маркеров полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ) и секвенированию ДНК. Секвенирование было изобретено Фредериком Сэнгером и, отдельно, доктором Уолтером Гилбертом. Гилберт также задумал проект «Геном человека» 27 мая 1985 года и впервые публично выступил с ним в августе 1985 года на первой Международной конференции по генам и компьютерам в августе 1985 года. [107] Проект «Геном человека», спонсируемый федеральным правительством США, начался 1 октября 1990 года и был объявлен завершенным в 2003 году. [107]
Огромные ресурсы анализа данных, необходимые для реализации трансатлантических исследовательских программ, таких как проект «Геном человека» и Большой электрон-позитронный коллайдер, привели к необходимости распределенных коммуникаций, что привело к более широкому использованию интернет-протоколов исследователями, а также послужило оправданием для Тима Бернерса-Ли в создании Всемирной паутины .
Начиная с 1980-х годов вакцинация быстро распространилась в развивающихся странах благодаря многочисленным успешным гуманитарным инициативам, что значительно снизило детскую смертность во многих бедных странах с ограниченными медицинскими ресурсами.
Национальная инженерная академия США путем экспертного голосования установила следующий рейтинг важнейших технологических достижений XX века: [108]
В начале XXI века ведутся исследования в области квантовых компьютеров , генной терапии (представлена в 1990 году), 3D-печати (представлена в 1981 году), нанотехнологий (представлена в 1985 году), биоинженерии / биотехнологии , ядерных технологий , современных материалов (например, графена), гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей и беспилотных летательных аппаратов (наряду с рельсовыми пушками и высокоэнергетическими лазерными лучами для военных целей), сверхпроводимости , мемристоров и зеленых технологий, таких как альтернативные виды топлива (например, топливные элементы , беспилотные электрические и подключаемые гибридные автомобили), устройств дополненной реальности и носимой электроники , искусственного интеллекта и более эффективных и мощных светодиодов , солнечных батарей , интегральных схем , беспроводных устройств питания , двигателей и аккумуляторов .
Большой адронный коллайдер , крупнейшая из когда-либо построенных машин, был построен в период с 1998 по 2008 год. Ожидается, что понимание физики элементарных частиц будет расширяться с появлением более совершенных инструментов, включая более крупные ускорители частиц , такие как LHC [109], и более совершенных детекторов нейтрино . Темная материя ищется с помощью подземных детекторов, а обсерватории, такие как LIGO, начали обнаруживать гравитационные волны .
Технология генной инженерии продолжает совершенствоваться, и важность эпигенетики в развитии и наследовании также становится все более признанной. [110]
Также разрабатываются новые технологии космических полетов и космические аппараты , такие как Orion компании Boeing и Dragon 2 компании SpaceX . Разработаны новые, более мощные космические телескопы , такие как космический телескоп Джеймса Уэбба , который был запущен на орбиту в декабре 2021 года, и телескоп Colossus . Международная космическая станция была завершена в 2000-х годах, а NASA и ESA планируют пилотируемую миссию на Марс в 2030-х годах. Магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (VASIMR) представляет собой электромагнитный двигатель для движения космических аппаратов и, как ожидается, будет испытана в 2015 году. [ требуется обновление ]
Проект Breakthrough Initiatives планирует отправить первый в истории космический аппарат к другой звезде , который будет состоять из многочисленных сверхлегких чипов, приводимых в движение электрическими двигателями, в 2030-х годах, и получить изображения системы Проксима Центавра , а также, возможно, потенциально обитаемой планеты Проксима Центавра b , к середине столетия. [111]
В 2004 году состоялся первый коммерческий космический полет с экипажем : 21 июня 2004 года Майк Мелвилл пересек границу космоса .
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)Прялка «Дженни» была по сути адаптацией своего предшественника — прялки.
