Η Βιομηχανική Επανάσταση
Με τον όρο Βιομηχανική Επανάσταση εννοούμε την ιστορική περίοδο εκατό περίπου ετών (1760-1860), η οποία χαρακτηρίζεται από ένα πολύπλοκο σύστημα ραγδαίων αλλαγών και ανακατατάξεων σε επιστημονικό, οικονομικό, κοινωνικό και πνευματικό επίπεδο. Η Βιομηχανική Επανάσταση συντελέστηκε στη Μεγάλη Βρετανία στα μέσα του 18ου αιώνα και έως και μετά τα μέσα του 19ου αιώνα, σταδιακά επεκτάθηκε, με παραπλήσια μορφή, και σε άλλες ευρωπαϊκές και δυτικές κοινωνίες, κυρίως στη Γαλλία και τις ΗΠΑ έτσι, ώστε οι καθαρά αγροτικές κοινωνίες σταδιακά μεταβλήθηκαν σε βιομηχανικές. Παράλληλα, με τις ιδέες του διαφωτισμού που επικράτησαν μετά τη Γαλλική Επανάσταση, η Βιομηχανική Επανάσταση διαμόρφωσε σταδιακά και τον κατάλληλο ιδεολογικό μανδύα που απαιτείτο για να επικρατήσει.
Παρ’ ότι δεν είναι εν γένει αποδεκτά τα χρονικά όρια της Βιομηχανικής Επανάστασης, δύο σημαντικά ορόσημα καθορίζουν την έναρξη και το πέρας της:
- Η τελειοποίηση της ατμομηχανής (1764-1779) από τον James Watt και
- Η πρώτη εξόρυξη πετρελαίου το 1859 στην Πενσυλβάνια των ΗΠΑ.
Τα κυριότερα χαρακτηριστικά της Βιομηχανικής Επανάστασης ήταν:
- Η σταδιακή αντικατάσταση της χειρωνακτικής εργασίας από τη χρήση τεχνικών μεθόδων με αποτέλεσμα την αύξηση των παραγομένων προϊόντων και ταυτόχρονη μείωση του κόστους παραγωγής.
- Η ανακάλυψη και αξιοποίηση νέων μορφών ενέργειας έναντι των παραδοσιακών.
- Η εφαρμογή καινοτομιών στη μεταλλουργία.
- Η ανάπτυξη των μεταφορών και των δικτύων.
- Η ανάδειξη του εργοστασίου ως του βασικού χώρου παραγωγής όπου συγκεντρώνεται η πλειοψηφία των εργατών.
- Οι υψηλοί ρυθμοί ανάπτυξης.
Η Βιομηχανική Επανάσταση δημιούργησε την ανάγκη οι επιστήμες να στραφούν σε άλλους κλάδους από ό,τι στο παρελθόν. Η επιστήμη άλλαξε πορεία από τη φιλοσοφία και τις ανθρωπιστικές επιστήμες και στράφηκε στη βιομηχανία και την ανάπτυξη. Ο επιστήμονας κατά τη Βιομηχανική Επανάσταση έγινε πολύ πιο σημαντική μορφή από ό,τι ήταν στο παρελθόν. Το ερευνητικό εργαστήριο έγινε αναπόσπαστο στοιχείο της βιομηχανικής ανάπτυξης. Μία συνέπεια της διείσδυσης της επιστήμης στη βιομηχανία ήταν η στροφή ολόκληρου του εκπαιδευτικού συστήματος σε πρότυπα που απαιτούσε η βιομηχανία.
Τεχνολογικές Εξελίξεις
Αδιαμφισβήτητα η μεγαλύτερη τεχνολογική καινοτομία κατά την περίοδο της Βιομηχανικής Επανάστασης υπήρξε η ανακάλυψη της ατμομηχανής και η τελειοποίησή της από τον James Watt.
Ο δρόμος που οδήγησε στη μηχανή του ατμού αρχίζει από την αλεξανδρινή εποχή με τον Ήρωνα, περνά μέσα από τον Papin και τη χύτρα του και συνεχίζεται μέσα από τους Άγγλους και τους Σκοτσέζους μηχανικούς του 18ου αιώνα, από τις αρχές του οποίου οι ανάγκες των μεταλλευτικών επιχειρήσεων ωθούσαν την επινοητικότητα των μηχανικών σε εφευρέσεις που διαδέχονταν η μία την άλλη.
Το 1712 ο Thomas Newcomen κατασκεύασε μία μηχανική αντλία με έμβολο (πιστόνι) και κύλινδρο που έμελλε να χρησιμοποιηθεί επί πέντε περίπου δεκαετίες για την άντληση νερού από τις στοές των ορυχείων. Η καινοτομία ήταν ότι χρησιμοποιούσε ατμό για να κινήσει το πιστόνι μέσα σε κύλινδρο έτσι ώστε να πετύχει παλινδρομική κίνηση. Το πιστόνι συνδεόταν με μία δοκό στηριγμένη σε υπομόχλιο κι αυτή με τη σειρά της με μία κανονική ατμοσφαιρική υδραντλία. Η φωτιά ζέσταινε το νερό μέσα στο μεγάλο καζάνι και παραγόταν ατμός, ο οποίος εισέβαλλε στον κύλινδρο και ωθούσε το πιστόνι για να κινηθεί προς τα άνω. Όταν το έμβολο έφθανε στην ανώτερη θέση, ένας κατάλληλος μηχανισμός διοχέτευε κρύο νερό το οποίο συμπύκνωνε τον ατμό. Η συνέπεια ήταν να δημιουργείται σχετικό κενό δηλαδή η προϋπόθεση ώστε η ατμοσφαιρική πίεση να αναγκάζει το πιστόνι να επανέλθει στην αρχική του θέση.
Ένα πλήθος φυσικών φαινομένων λάμβαναν μέρος στη λειτουργία της μηχανής: θέρμανση, βρασμός, ψύξη, συμπύκνωση, παλινδρομική κίνηση, ισορροπία μοχλού, επιταχυνόμενες κινήσεις, επιβραδύνσεις, επίδραση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Δίπλα σε αυτά και η ακαθόριστη ακόμα έννοια που είχε σχέση με τη «δύναμη που κρυβόταν στο κάρβουνο» και το ωφέλιμο έργο που μπορούσε να προσφέρει η μηχανή. Ήταν συνεπώς απόλυτα δικαιολογημένο το να προκαλέσει το ενδιαφέρον όχι μόνο των μηχανικών και των επιχειρηματιών αλλά και των καθηγητών της Φυσικής. Στο πανεπιστήμιο της Γλασκόβης χρησιμοποιούσαν ένα μοντέλο της μηχανής αυτής για τα μαθήματα. Στα μέσα του 18ου αιώνα εκατό περίπου τέτοιες μηχανές λειτουργούσαν στην Αγγλία, αλλά όλες παρουσίαζαν το σοβαρό μειονέκτημα στο ζήτημα της απόδοσης. Ο εφοδιασμός του απαιτούσε βουνά ολόκληρα από κάρβουνα.
Αυτή ακριβώς ήταν και η αιτία που έφερε τον νεαρό κατασκευαστή οργάνων James Watt στο προσκήνιο. Γεννημένος στο Greenock της Σκοτίας στην πλευρά του Ατλαντικού, το 1764 ήταν 28 ετών, βρισκόταν στη Γλασκόβη και επισκεύαζε ένα μοντέλο της μηχανής Newcomen από αυτά που χρησιμοποιούσαν στο πανεπιστήμιο της Γλασκόβης για τα μαθήματα, όταν παρατήρησε «κάτι». «Είδε» ότι το κύριο μειονέκτημα της μηχανής οφειλόταν στην εισαγωγή και συμπύκνωση του υδρατμού μέσα στον ίδιο κύλινδρο. Κατά τη λειτουργία της, καθώς το πιστόνι ανέβαινε προς τα πάνω έπρεπε ο ατμός να «παραμένει ατμός», χρειαζόταν συνεπώς να διατηρείται ζεστός ο κύλινδρος. Από την άλλη, κατά την επιστροφή του εμβόλου προς το κατώτερο σημείο του, για να διατηρείται το σχετικό κενό έπρεπε ο κύλινδρος να διατηρείται κρύος. Με λέξεις σημερινές ένα μέρος της ενέργειας ξοδευόταν επειδή σε κάθε επιστροφή του εμβόλου έπρεπε τα κρύα τοιχώματα του κυλίνδρου να ξαναζεσταίνονται.
Όλα αυτά σήμαιναν απώλεια ενέργειας τρομακτική. Ο 28χρονος Watt άρχισε να αναρωτιέται αν θα μπορούσε να ξεπεράσει αυτό το σοβαρό μειονέκτημα. Και το κατάφερε. Η λύση που έδωσε ήταν η χρησιμοποίηση ενός ξεχωριστού θαλάμου για τη συμπύκνωση του ατμού, ενός συμπυκνωτή δηλαδή, που θα μπορούσε να διατηρείται συνεχώς κρύος, ενώ ο κύλινδρος θα έμενε πάντα ζεστός. Το αποτέλεσμα ήταν άμεσο: η απόδοση της μηχανής αυξήθηκε. Με την εντυπωσιακή βελτίωση που πέτυχε αργότερα έμεινε στην ιστορία ένας από τους μεγαλύτερους εφευρέτες όλων των εποχών. Γιατί και οι συνέπειες φάνηκαν γρήγορα.
Οι μηχανές του είχαν ανάγκη από 5400 τόνους κάρβουνο το χρόνο αντί για 17000 τόνους που κατανάλωναν οι παλιότερες.
Το 1775 ο Watt ίδρυσε μαζί με τον επιχειρηματία Boulton το εργοστάσιο κατασκευής ατμομηχανών «Boulton & Watt» στο Μπέρμινχαμ και το 1778 άρχισε να τελειοποιεί την ατμομηχανή του χαμηλής πιέσεως, της οποίας την ευρεσιτεχνία είχε από το 1769. Ανέπτυξε την ατμομηχανή διπλής δράσης, στην οποία ο ατμός επενεργεί εναλλάξ και στις δύο κατευθύνσεις της κίνησης του εμβόλου.
Το έτος 1800 λειτουργούν στην Αγγλία 290 τέτοιες μηχανές και οι περισσότερες για την άντληση νερού από τα ορυχεία. Δέκα χρόνια αργότερα φθάνουν τις 5000 και η αξιοποίηση τους έχει διαδοθεί τόσο στη μεταλλουργία, όσο και στην υφαντουργική βιομηχανία. Το 1807 θα κάνει το ταξίδι του το πρώτο ατμόπλοιο και επτά χρόνια αργότερα η πρώτη σιδηροδρομική μηχανή. Ήταν φανερό ότι η ανθρωπότητα είχε μπει στον αιώνα του ατμού.
Όλα αυτά ήταν επιτεύγματα των Βρετανών μηχανικών χωρίς ουσιαστικά καμία βοήθεια από την πλευρά της Φυσικής. Οι Βρετανοί μηχανικοί μάλλον πρόσφεραν γνώση στην επιστήμη χωρίς να διδάσκονται από αυτήν. Μόνο μετά το 1820 άρχισαν να παίζουν κάποιο ρόλο οι θεωρητικοί. Κι αυτό έγινε με την εμφάνιση του Γάλλου Sadi Carnot, την εισαγωγή της έννοιας Ενέργεια και την οικοδόμηση της θερμοδυναμικής η οποία ακολούθησε. Και η οικοδόμηση αυτή δεν έγινε μόνο από Βρετανούς. Πήραν μέρος ως πρωταγωνιστές και οι Γάλλοι και ακόμα περισσότερο οι Γερμανοί.
Η ατμομηχανή, εκτός των άλλων, οδήγησε τους επιστήμονες της εποχής στην αντίληψη της έννοιας της Ενέργειας, αλλά κυρίως να αντιληφθούν τις εναλλακτικές μορφές της και να διδαχθούν τι μπορούν να πετύχουν με τις ποσότητες μεταβιβαζόμενης ενέργειας από τη μία μορφή στην άλλη. Μερικές δεκαετίες αργότερα γύρω δηλαδή στο μέσον του 19ου αιώνα θα οδηγηθούν μέσω των Άγγλων Joule και Kelvin και των Γερμανών Mayer, Helmholtz και Clausius, στη διατύπωση της Αρχής της Διατήρησης της Ενέργειας και του Δεύτερου Νόμου της Θερμοδυναμικής.
Η Γέννηση του Σιδηροδρόμου
Η χρήση της ατμοκίνητης μηχανής, εκτός από τα εργοστάσια και τα ορυχεία, δεν άργησε να επεκταθεί και στις μεταφορές, γεννώντας αυτό που αργότερα ονομάστηκε σιδηρόδρομος. Στον τομέα των μεταφορών την επανάσταση τη φέρνει ο σιδηρόδρομος. Ο κύριος υπεύθυνος για το σχεδιασμό του πρώτου ατμοκίνητου σιδηροδρόμου ήταν ο Στήβενσον. Τα πρώτα σιδηροδρομικά δίκτυα κατασκευάζονταν μέσα στη δεκαετία του 1830. Τεράστια κεφάλαια άρχισαν να επενδύονται στη βιομηχανία κατασκευής σιδηροτροχιών. Το 1830 δεσμεύτηκαν κεφάλαια για την επέκταση των σιδηροδρομικών συγκοινωνιών
Η πρώτη χρήση του σιδηροδρόμου στη ιστορία συναντάται τον 6ο π.Χ αιώνα στην Αρχαία Ελλάδα, με τη Δίολκο. Η Δίολκος ήταν σιδηρόδρομος μήκους 6 km, που μετέφερε τα πλοία πέρα από τον Ισθμό της Κορίνθου τον 6ο αιώνα π.Χ. Τα φορτηγά που ωθήθηκαν από σκλάβους έτρεχαν σε αυλάκια μέσα σε μια διαδρομή ασβεστόλιθων. Η Δίολκος λειτουργούσε για πάνω από 1300 χρόνια, μέχρι το 900. Τα πρώτα βαγόνια με έλξη από άμαξες εμφανίστηκαν στην Ελλάδα, τη Μάλτα, και τα μέρη της ρωμαϊκής αυτοκρατορίας. Άρχισαν να λειτουργούν στην Ευρώπη από το 1550 περίπου με ξύλινες ράγες.
Ο χρόνος γέννησης του σιδηρόδρομου δεν είναι δυνατόν να καθοριστεί με ακρίβεια, γιατί η ιστορία του αρχίζει με την εφαρμογή της σιδηροτροχιάς και προχωρά μέχρι την ατμομηχανή, με την οποία ταυτίστηκε. Ο πρώτος σιδηρόδρομος είχε έλξη από ατμάμαξα της οποίας η εμφάνιση σημειώνεται τον 18ο αιώνα και η λειτουργία της στηρίζεται στη μετατροπή του έργου της σταθερής ατμομηχανής του Βατ σε μηχανική έλξη. Αργότερα, στις αρχές του 19ου αιώνα, δύο Άγγλοι μηχανικοί πήραν δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, επειδή κατάφεραν να κατασκευάσουν ατμάμαξα, που εκινείτο σε σιδηροτροχιές. Το 1804, ο Τρέβιθικ, ο ένας από αυτούς, κίνησε τον πρώτο σιδηρόδρομο στη σιδηροτροχιά των ορυχείων του Μέρθαϊρ, στη νότια Ουαλία. Ένας συρμός 14 τόνων (5 βαγόνια με 5 τόνους ορυκτών και 10 άτομα) έκανε διαδρομή 16 χλμ., με ταχύτητα 8 χλμ. την ώρα. Η ατμάμαξα αυτή είχε ένα λέβητα με εσωτερική εστία, έναν οριζόντιο κύλινδρο και έναν προθερμαντήρα του νερού τροφοδοσίας.
Μετά τον πρώτο αυτό πειραματισμό υπήρξαν πολλοί που ασχολήθηκαν με το θέμα, για να κάνουν μετατροπές στο μηχανισμό έλξης, στην πρόσφυση των τροχών στις σιδηροτροχιές κ.α.. Έτσι, υπήρξαν σημαντικές εξελίξεις στον τομέα μέχρι που, το 1829, ο Στέφενσον κατέρριψε το ρεκόρ ταχύτητας, με 32 χιλιόμετρα την ώρα και η τεχνική του εφαρμόστηκε στη γραμμή Λίβερπουλ – Μάντσεστερ, που εγκαινιάστηκε το 1830.
Το παράδειγμα της Μ. Βρετανίας ακολούθησαν και άλλα ευρωπαϊκά κράτη και οι ΗΠΑ. Υπήρξαν, όμως, μεγάλα τεχνικά και οικονομικά προβλήματα, όπως η διάνοιξη διαβάσεων μέσα από ορεινούς όγκους, η δημιουργία θέσεων ανεφοδιασμού, η ζεύξη μεγάλων υδάτινων ρευμάτων κ.ά.