在极限的边界上
二百年前在英国发生的工业革命，开始使技术凭借机器大规模地闯进了人类历史。在工厂使用机器生产的二百年里，劳动工具的各种参数（尺寸、速度、快速作用、功率、精确度、温度、压力等）都得到不断提高。
但是到了二十世纪中叶，在一系列生产中，许多工具和生产过程的极限开始显现出来了。世界上最早的—台缝纫机是E · 霍伊在1845年发明的，缝纫速度为300针/分。现代各种型号的缝纫机，平均速度为3000 ~ 3500针/分。不过用这样的速度不能缝制合成纤维纺织品（甚至连它的混纺品也不行），因为针发烫会熔化聚合物。车床切削金属的平均速度从1885年的每分钟2.8米增加到1965年的115米，从那以后几乎就再没增加了。以钢制品加工来说，它虽占全部加工零件的98.5%，但现代多轴自动机床的极限速度仅达到300 ~ 700转/分。实际上，机械冲击——机器制造业中一种最普通的方法，已失去了它的优势，为锻造和冲压机组所代替。汽车和飞机上大约80%的零件都是锻造和冲压成的，仅凭这一点，就足以说明其作用之大了。
增大运输工具的功率、载重量和速度的条件几乎已具备了。但火车的技术速度自1965年以来没有提高。诚然，铁路运输能力是有所提高的，但它是靠增大车辆的重量和长度，靠提高直达运输率来弥补的。汽车的实际平均技术速度，不到发动机设计参数的一半。船舶发动机的功率已增加到30万马力，实际上已达到极限。但今天，客轮和货轮的平均速度每小时不超过30 ~ 33公里。
动力装置的有效系数现在也已达到了极限。火电站的有效系敷约为30%。这个水平就是对各种方式的核电站来说，也是极限，因为核电站是建立在发电与输电传统工艺流程“锅炉——汽轮机——发电机——变压器”的基础之上 · 该系统的功率受到发电机的限制，而发电机的功率已经接近了被物理定律所限制的边界。按照专家的意见，用传统方法能够制造出单机容量为250-300万千瓦以下的发电机。假若输电线的电压已不可能超过2200 ~ 2500千伏，那么如今采用的输电方法正在接近它的极限。
进一步提高传统材料的物理化学性能受到限制，因为材料生产是建立在利用原始成分的自然性能上的。然而原料的自然性能，在很多情况下已不符合对其提出的要求。棉花、毛料、皮革就属于这一类。再说，这类材料生产增大的潜力受到限制。大概这种局面是由传统的结构材料，而主要是金属和合金材料形成的。最近20 ~ 25年，这些材料的强度增大不多。最近25年，铝、钛、铁、钼和其他金属的单位弹性模数没有改变。
本世纪七十年代，地球上提供食物产品和工业原料的基本生物系统的极限已显现出来了。
众所周知，从木质中能制取许多产品：纸、工业用纤维、塑料、纤维素、人造丝、人造革、合成橡胶、药物、蛋白质产品、维生素滋补品、酒精、食糖、各种建筑材料等等。这些是真正具有多种用途的复合原料。但木材采伐量开始持续下降，这种情形对许多“森林之国”（其中包括苏联在内）来说尤为突出。苏联在1981年砍伐木材3.17亿立方米，而计划数是3.396亿立方米。
牧场的草逐年减少。牧场在极有价值的食品（肉、奶、干酪、油等）的生产中起着重要的作用。牧场不足，不得不排干沼泽地的水，灌溉干旱地，开垦无用地，割掉路旁地带、路边、排水沟和灌溉渠两岸的草。在很多加盟共和国和地区还得从外州运草来。由于牧场面积减小，只求数量不顾质量即只靠增加牲畜数量来发展畜牧业的方法的可能性已到顶了。
现来谈谈耕作的情况。适合农业需要的有用的土地已被利用，而在不需多大投资和无损于环境保护的情况下便可开发利用的备用土地，已开发殆尽。此外，由于工业、城乡建设占用土地，全世界耕地面积减少。例如，在苏联播种面积1965年为1.051亿公顷，1980年则为0.952亿公顷。如果说25年前耕地面积人均为1.06公顷，那么5年前只有0.85公顷。
可以说，各种农作物（主要是谷物）的收获量已接近极限水平。在个别地段或只是在良好的气候条件下，收获量才高于平均水平，但往往也受到水量不足的限制。
海洋在为人类提供有价值的食物产品方面起着重要作用。人类每年捕捞6000多万吨鱼、软体动物和藻类，可供给人类对动物蛋白质需要量的20%左右。1950 ~ 1970年，海洋捕鱼量每年平均增加5%。在此期间，捕捞量增加了两倍多，即从2100万吨增至7000万吨。但由于地球上人口增加，人均鱼量却减少11%，很多国家鱼价都上涨了。从1970年开始，全世界海产品的捕捞量每年为6500 ~ 7000万吨，超过了有经营价值的海洋群体的再生能力。繁殖中的海洋生物后代有80%被捕捞。
地球上的基本生物系统，除了纯数量上的限制外，也受到质量上的限制。一头小牛要喂养16—17个月，才能长到430 ~ 450公斤重。一头小猪要喂养160 ~ 190天，才能长成100公斤重的生猪。一百只种母绵羊最多产仔畜105—130只。养鸡场饲养的母鸡寿命为15 ~ 17个月，5个月开始下蛋，10 ~ 12个月为旺季，之后产量逐渐减少，于是被宰掉。
农作物，甚至于高产和快熟的新品种也有类似的限制。显而易见，随着地球上人口的增加和人类需求的增长，大多数生物系统“生产率”的指数越来越不大适应当今的形势。
总的来说，这种向极限参数靠近的趋势具有客观的性质。在工业、建筑和运输业以及在生产日用品的部门，其所以如此，是因为统治达两个世纪之久的机械工艺的潜力已到顶了。
在农业中，向极限参数靠近具有生物系统的性质。这证明天然生物系统（森林、牧场、耕地、海洋）的潜力或物质发展的生物形式的可能性已到头了。
换言之，传统形式的生产力已经不能保证社会经济和精神需求的社会劳动生产率的水平。我们必须强调指出，这个过程具有自然科学和天然生物的性质，而不具有社会的性质。毫无疑问，最佳利用现代工艺科学技术成就的可能性，社会主义远比资本主义多得多。这已为实践所证明。
非机械工艺的潜力
非机械工艺的任务是：创造生产力系统中（劳动工具、能源、控制设备、运输工具、生物系统等等）的簇新因素以揭示整个生产力系统彻底改革的前景。科学家、设计师、工艺师在制造新的劳动工具中，越来越重视利用分子间键、分子内键、原子键和亚原子键的能量。换句话说，就是创造这样的工艺过程，即加工普通
的机器零件，生产纺织品，缝制衣服将不使用切削、梭子、针，而使用非直接机械作用于劳动对象上，确切地说，就是改变其内部结构的完全新式的工具。
非机械工艺的利用可大大缩短物品的生产周期，大量降低能耗和劳动消耗，极大地提高加工精度和制品的强度，以及保证设备生产率在质量上的改进，例如，在缝纫机制造业，如今正在采用超声波装置用以成批生产所谓没有线缝的制品，这种装置可省去某些中间工序，从而使缝纫制品的速度加快一倍。与传统纺织生产同时，非纺织成的布料的工业生产发展愈来愈广泛。此种新工业具有很多优点：工艺流程少，设备生产率高，原料利用充分，能够生产具有规定性能的布料，并能节省燃料和能源。如果在最好的梭子织布机上一小时生产10平米布，那么在相同的时间里用缝编的方法可以生产100 ~ 150平米，而用针刺的方法可以生产300平米非纺织成的亚麻布。
现代技术要求越来越广泛地使用高合金钢和硬质合金，以及高强度材料诸如硅、锗、铁素体材料、红宝石、金刚石等。大多数这样的材料完全或几乎完全不能用机械方法加工。最近几十年，采用激光束、电子束、等离子体、放电和电化学反应的方法代替机械方法。例如，应用激光在金刚石拉模上钻孔可把这道工序从2天缩短到2分钟，即是说，几乎缩短到原来的1/1500。用电化腐蚀机床加工生产汽车轮胎用的金属铸型，比用通常的铣床快29倍。用这种机床对磨碎机的辊子锉纹只需90分钟，而用机械方法则要16 ~ 25个小时。用电化学方法加工金属的设备的有效系数超过80 ~ 90%，把设备的生产率提高了4 ~ 9倍，并且还可完成用别的方法不能完成的工序。
在五十到六十年代出现的用电物理和电化学加工金属零件的方法，可以看作是对工艺革命需求的一个初步反响。电物理方法只是把少量的加工材料加热到足以熔化和汽化它们的高温，而用电化学方法加工时，在化学或电化学反应的过程中金属原子逐个地被析出。
这些方法的使用范围是由两个重要的特点确定的。第一，使用这些方法能生产难以用传统的机械加工法生产的制品，如硬质材料、耐热材料和磁合金、金刚石、红宝石等。第二，这些方法能加工形状特别复杂的制品（冲模、压模、铸型等）。劳动生产率增加几倍，有时几十倍。现在苏联生产的这类机床无论是在数量上或是品种上都比别的国家多得多。据全苏国家专利鉴定科学研究所的资料，我国在电物理、电化学方法的研究中的主要技术指标已超过外国。
以利用高能粒子束（质子、电子、离子）和电磁（γ - 量子、伦琴射线、同步加速器）辐射为基础的辐射工艺，在各个工业部门（化学、石油化学、电工等）使用越来越广。该工艺不用催化剂或别的辅助物质便可制得产品，不用高温和高压便可积蓄燃料，简化设备。总之，能制造出纯度更高和使用性能更好的材料。在电缆业利用辐射变性处理聚合物，便可制得用传统工艺不能制造的电缆和导线的绝缘物。在第十个五年计划里，在电缆业使用电子加速器获得的经济效益超过8000万卢布。
很多种非机械工艺能大量节省能源，强调这点很重要，例如，使用带电粒子加速器对聚乙烯（树脂）进行辐射加工比化学过程减少一半的能耗。使用辐射硫化橡胶可减少能耗9/10。
爆炸取代了机械冲击。爆炸可以用来粉碎矿石，运送土壤，锻压、硬化与挤压金属，以及焊接金属和合成新材料等，利用冲击波作为劳动工具可以把压力增高到1000万个大气压，把温度增高到几万度。用爆炸方法在专门的水池里（水可以起到凸模的作用）能制造形状复杂的零件。爆破焊接时，在1毫米厚金属的表层确定接合性能的全部化学过程和热过程只需十万分之一秒。如果不考虑这种方法的准备工序，那么可以认为该方法的生产率超过传统方法千万倍。爆炸焊接已经在列宁格勒、基辅、诺沃西比尔斯克、斯维尔德洛夫斯克、塔什干、巴尔瑙尔、伏尔加格勒、彼尔姆、第聂伯罗彼特洛夫斯克等城市的金属和机器制造企业使用。
在建筑行业开始使用空气作为结构材料。在莫斯科和沃龙涅什州使用气压模板（用帆布或专门的橡皮布做成的充气薄壳体）的快速方法建造了第一批生产和公用事业的建筑物。其方法是：先用金属网把模板盖上，然后在网上喷上水泥砂浆。经过16小时，水泥砂浆干后，便将模板拆除。这样，一座整体拱形建筑物便落成了。这种建筑物适宜作贮藏室、修理厂、仓库，用此种方法建造这样的建筑物，每个可节约13，000卢布。此外，还可以建造富有建筑表现力的高大的圆筒式或圆顶式建筑物。
迄今为止，虽然传统的运输方式基本上可满足国民经济的需要，但在现代条件下出现了需要新颖工艺方案的问题。铁路使用“车轮 - 轨道”工艺已经一个半世纪了。火车理论上可能达到的速度（这财轮子用作支座和推进器）限制在每小时340公里。现正在研制高速磁悬浮列车。在这种列车的车厢和路面之间，除了一层空气流外，什么也没有。列车靠悬挂系统（电磁悬挂或电动悬挂）在磁波上行驶，好像“悬”在铁轨上或者“脱”轨一样 · 用这种方法，路面和车厢本身不会磨损，轮轨不会粘着。这种磁垫列车的速度每小时可达到500公里以上。
气垫技术逐渐成为现有运输工具的必需的和可靠的补充，特别是在交通极不方便的北方、西伯利亚、远东地区。在这些地方筑路有时不仅仅是困难的，而且简直是不可能的。这类交通工具最佳地综合了各种长处，诸如良好的通行能力、“两栖性能”、高速度、大载重量。使用它们，一年四季货运畅通无阻。在冻土带、泰加森林、盐碱地、沙漠、沼泽地是任何别的运输工具代替不了的。我国制造了各种类型的越野汽车和气垫平板拖车，在交通极不方便的北方沼泽地用来运输5吨、8吨和40吨重的货物。还制造了气垫浮动发电站为工程设施和生活住宅供电供热。
新的技术构思在厂际运输中找到了用武之地。利用空气、真空或水下脉动式喷射发动机用来运输散粒货物的管道已投入运行。在土拉州的列宁区正在利用把采石场的粉碎筛分工厂同沥青混凝土工厂与火车站连接起来的高生产率的气动运输装置。在装货站，碎石通过计量器装满专用料车——集装箱。列车车厢靠管道内压力泵和真空泵产生的压力差来运行。列车由空气推动，以每小时40 ~ 50公里的速度在2.4公里长的路线上行驶。在卸货站，集装箱自动翻倒，然后列车又去运下批石料。在一个工作循环（短短几分钟）列车可运30吨左右的碎石。管道运输可大大降低能耗和运输费。用直径为1220毫米的管道每年可运30多万吨碎石。
在格鲁吉亚共和国，“Лило-2”气动运输自动化装置运行良好，它可把石料从舒拉维尔斯克采石场运到7.5公里之外的马尔涅乌里斯克钢筋混凝土制品厂。
管道运输还用来运煤。克麦罗沃州的“尤比列伊”水力矿井每年把数百万吨焦煤用10公里长的管道“吸”到西西伯利亚金属工厂。在这个州的“英斯克”矿井正在建一座生产煤浆的工厂。煤浆在很大的压力之下伴着水，沿着300公里长的管道被输送到诺沃西比尔斯克的第五中央热电站去。
管道运输精矿将大有成效。用来运输铜 - 镍精矿的30公里长的矿浆管道已在诺里尔斯克运行。水力运输系统每年将把数百万吨铁精矿从列别丁选矿联合公司运到别戈尔罗德州的奥斯格里电冶金联合公司。
在矿井使用了一个世纪的传统的料斗和罐笼逐渐被淘汰。利用连续操作的机械，包括气动集装箱、管道和运输工具（这些工具不受长度限制，也不受倾角和提升高度的限制）用来运输各种矿石的思想很有前途，这类装置已为卡拉干达煤炭生产联合公司的原型试验所证明。电磁水力装置在核电站用来输送金属载热体，在连续浇铸中用来输送生铁水和移动某些有色金属（如汞）。电磁式泵和计量器成为连续冶金过程中不可分割的部分。
至于在生物系统中，新工艺目前还只是在某些方面初露端倪。这就是微生物学和溶液培养学。微生物工业（其生产过程转化为在工厂条件下培养微细蘑菇、藻、酵母、细菌）在弥补动物饲料中蛋白质不足（平均为其需要含量的20 ~ 25%）方面起重要作用。微生物以纸浆、木材加工、酒精、乳制工业和农业生产的废料为食物，能迅速繁殖、蓄积含有蛋白质、酶和各种维生素的生物量，1公斤食用酵母含的蛋白质相当于3公斤肉食含的蛋白质。在饲料中补充食用酵母可增加牲畜的体重和产乳量。
微生物工业分化出来成为一个专门的部门之后的18年里，饲料酵母的生产增长11倍，现在我国每年生产饲料酵母一百万吨左右。此外，该部门还生产100多种别的产品，尚有90种正处于研制阶段。就微生物生产数量而言，苏联在世界上现居于领先地位。
溶液培养学前途无量。它不依靠土壤、气候和天气条件，四季不断、昼夜不停地自动生产农业产品。
人造培养基可以代替土壤。含有一切必需的营养物质的溶液自动地进入装满砾石、陶结块或塑料“石头”的混凝土水沟，顺着管道向着植物的根部流去，然后把溶液抽到贮池里去，于是氧气便进入植物的根里，在一般的苗圃里葡萄苗要长4 ~ 6年才结葡萄，而采用水栽法培养只要1年。1公顷水浇地顶多育3.5 ~ 4万株果树苗，而采用水栽法1公顷地育30 ~ 35万株。总的来说，水栽法的收成是自然条件下收成的5倍，而且植物比通常的成熟期早一个月。现正在研究在塑料“石头”上培养西红柿的水栽法，在每1平米塑料“石头”上一年可收获6次，共计120-140公斤优质西红柿。如果改变种子、营养液、光辐照强度与周期的自动调节程序、空气的温度与湿度，那么一年四季都可以在那些“土壤”上培养出各种各样的蔬菜出来。
水栽法标志着温室设施的极新的阶段，不仅能在传统的农业地区，而且还能在极地、沙漠和山区培植蔬菜、浆果、某些饲料和技术作物。水栽法的温室可以建成多层，布置在高楼大厦的平台上面。
结 论
以上所述就是当前正在进行的技术革命的一些特点和部分情况。现在，自然而然地出现了一个问题：技术革命往后的阶段将沿着什么道路发展？追求什么目的？利用物质的什么特性？我们认为，往后阶段的主要内容将是在今天尚未认识的，首先是与物质结构有关系的自然规律的基础上建立全新的工艺过程。在实验室和在现代化物理理论家的科学讨论中，二十一世纪和二十二世纪的工艺过程的基本理论已经建立，未来的研究所和工厂已具雏形。M · 马尔科夫院士将微观世界的结构比成“布娃娃”。深入微观世界的奥秘时，我们就好像在一层一层地剥“布娃娃”。于是各种现象的崭新世界呈现在我们面前。例如、在10-6 ~ 10-7厘米的范围内（由晶体原子之间的距离确定的）打开了分子物理学的世界，这已为物质的动力学理论所证明。再越过一、两个数量级，我们便进入了被量子理论解释了的原子现象的世界。越到10-11厘米的距离上，便显现出了与光产生电子 - 正电子对（已被狄拉克的相对量子论所论述）的可能性有关的各种现象的意外的境地。在10-13厘米范围内，打开了核物理世界、而从10-14 ~ 10-15厘米的距离开始，打开了独特的“重粒子”（质子、中子等）物理学，即所谓“奇异粒子”的世界。现在，物理学家还在继续前进。他们迫切地等着剥开10-17厘米数量级范围内的“布娃娃”。宇宙线是研究在超高能条件下现象的唯一的可能性。研究宇宙线和物质的相互关系，可以获得在10-18厘米空间里和在10-20秒内发生的过程的资料。“……依据许多世纪的科学史，”马尔科夫写道，“我们可以大胆断言，弄清支配物质世界各种现象的自然规律，乃是人类活动中更好地利用物质世界的钥匙。”随着人类智力深入到超小空间 - 时间的范围里，人们将使其规律体现在工艺过程中，获得改造自然的强大武器，以创造出丰富的物质和精神财富。
[《科学与生活》（苏）1985年第1期]