在世界歷史上有一個著名的李約瑟難題，這個難題就是：“儘管中國古代對人類科技發展做出了很多重要貢獻，但爲什麼科學和工業革命沒有在近代的中國發生？”李約瑟難題是由英國學者李約瑟提出來的，這個問題還可以進一步引申爲：爲什麼中國在近代落後了？

19世紀初，英國的紡織廠

科學革命和工業革命爲什麼沒有在中國發生？很多人認爲這是明朝、清朝的統治者造成的。其實，要想回答這個問題，我們得首先問另外一個問題，爲什麼美洲的印第安人沒有進入到農耕文明時代？爲什麼是歐洲人征服了美洲，而不是印第安人征服了歐洲？

中國古代的造紙術

第一：農業社會的“次級產品革命”

以色列歷史學家尤瓦爾·赫拉利在《人類簡史》一書中，將人類的歷史分爲四個階段：認知革命、農業革命、人類的融合統一、科學革命。因此，人類歷史的發展，從某種程度上來說，是三次革命造成的，即認知革命、農業革命與工業革命。

人類的歷史在1.2萬年前又發生了一次重大改變，那就是農業的出現，在漫長的舊石器時代，人類獲取食物的方式是採集和狩獵，農業出現之後，人類開始了農耕和飼養牲畜。農業最初只是採集和狩獵的補充，但是，很快就取代了採集和狩獵。農業不是在一個地方誕生的，世界各地的人類都獨立馴化了不同種類的動植物，例如：小麥、大麥、綠豆、豌豆、綿羊、山羊是在新月沃地被馴化的；水稻和粟是在中國被馴化的；油棕則是在撒哈拉以南的非洲被馴化的；美洲的印第安人則馴化了玉米、甘薯、馬鈴薯、火雞、羊駝。與此同時，有些動物的馴化地並不能明確，這說明世界各地的人們可能還將同一種野生動物分別馴化，比如豬和牛。

水稻的馴化地點是在中國

農業是在世界不同地區出現的，但是，時間有先後，小麥和山羊大約是在1.1萬年前至1萬年前的新月沃地被馴化的；在距今9500年前至8500年前，中國的長江流域的居民馴化了水稻；美洲農業出現的時間則較晚，沒有任何的證據表明在距今5500年前，美洲有動植物被馴化，玉米大約是在5000多年前被馴化的，羊駝則是在4000年前被馴化的，玉米的馴化地點在墨西哥，而羊駝的馴化地點則是在南美洲。

農業出現之後，人類就進入到了農業社會，但是，農業社會可分爲兩個階段，早期農業社會（5000年前的農業社會）與農耕文明時代（5000年前至200年前），人類大約是在5000年前至6000年前進入文明社會的，青銅器的使用、文字的發明與城市的出現，標誌着人類進入到農耕文明時代，嚴格來講，美洲的瑪雅帝國、阿茲特克帝國、印加帝國都沒有進入到文明時代。印第安人的文明始終處於石器時代，沒有金屬工具，也沒有發明車輪，同樣的情況，也發生在澳大利亞、新西蘭等地。

是什麼限制了美洲和澳大利亞的農耕文明的發展呢？是大型哺乳動物！在所有誕生農業的地方，都存在農耕，但是，次級產品革命僅僅發生在非洲和歐亞大陸。在早期的農業社會，人們飼養家畜主要是爲了獲得家畜身上的皮和肉，獸皮用來製作衣服，而肉則是當作食物。飼養家畜，如果僅僅是爲了獲得獸皮和肉，那麼，就要將家畜宰殺，這屬於一次性的利用，這種利用方式非常的低效。在公元前5000年至4000年前，人類學會了開發家畜身上的次級產品，在家畜還活着的時候，就能從它們的身上獲取資源，比如，農民從奶牛身上獲得乳汁，從綿羊身上獲得羊毛，利用馬和牛來拉車，就是開發家畜的次級產品，在它們還活着的時候，就充分利用它們身上的資源。利用大型動物馬、牛、駱駝來當作牽引力，進行耕地、運輸，是一種革命性的變化，極大地提高了農業社會的生產力，其重要性可以與近代社會對煤炭、石油、天然氣的開發相提並論。美洲和澳大利亞爲什麼沒有開發家畜的次級產品呢？因爲美洲和澳大利亞沒有大型的哺乳動物，這裏的大型哺乳動物在人類發明農業之前就已經滅絕了。澳大利亞四周都是海洋，長期與世隔絕，這裏的生態系統非常的獨特，人類大約是在5萬年前至7萬年前進入澳大利亞的，人類剛剛進入到這塊新大陸，狩獵技術是非常先進的，澳大利亞的大型哺乳動物從未見過智人，智人也彷彿進入到一個全新的世界，因人類的狩獵活動，澳大利亞的大型哺乳動物過快地滅絕了，澳大利亞大型哺乳動物的滅絕時間也大約是在4萬年前至5萬年前，這與人類大規模進入澳大利亞的時間是相吻合的，這些動物還沒有來得及被人類馴化，就已經滅絕了。人類進入美洲的時間則更晚，人類大約是在1.5萬年前進入美洲的，人類進入美洲之前，並未發明農業，但是，此時，人類的狩獵技術已經非常先進了，先進的狩獵技術導致了美洲馬的過快滅絕。

美洲印第安人馴化的羊駝

爲什麼是歐洲人征服了美洲，而不是印第安人征服了歐洲呢？原因其實很簡單，就是因爲美洲的農業社會沒有開發家畜的次級產品，而之所以沒有開發，是因爲美洲缺少可供馴化的大型哺乳動物。那麼，接下來，我們再討論李約瑟難題：“儘管中國古代對人類科技發展做出了很多重要貢獻，但爲什麼科學和工業革命沒有在近代的中國發生？”

第二：農耕文明的“馬爾薩斯循環”

人類大約是在5000年前進入農耕文明時代的，與此同時，人類還學會了開發家畜身上的次級產品，引發了“次級產品革命”，但是，農耕文明的技術創新速度是非常緩慢的，在長達幾千年的時間裏，沒有重大的技術突破。爲什麼會出現這種情況呢？因爲受到了馬爾薩斯循環的制約。18世紀至19世紀的英國人口學家馬爾薩斯認爲，在沒有限制的情況下，人口的增長是幾何級增長，呈現的是等比數列，而食物的增長是算術級增長，呈現的是等差數列，隨着時間的推移，食物的增長速度會嚴重滯後於人口的增長速度，當食物無法滿足人類的需要時，經濟就會出現萎縮的現象，並導致人口的減少，當經濟持續蕭條之後，就會迎來複蘇，人口又會增長，這就是馬爾薩斯循環。當然，下一個馬爾薩斯循環與上一個馬爾薩斯循環相比，人口數量、資本積累以及創新速度都有一個緩慢累積的過程，整體而言，經濟總量是增加的，只不過在農耕文明時代，受制於馬爾薩斯循環，經濟總量的增加速度非常有限，這也是農耕文明的普遍特徵。

中國的農業資源與歐洲相比，有着很大的優勢，中國古代龐大的人口數量，就是中國農業資源具有得天獨厚的優勢的體現，中國位於太平洋的西岸，亞歐大陸的東部，受海陸熱力性質差異的影響，在夏季，溫暖溼潤的海洋氣流能夠從東南沿海深入影響到西北內部，中國的氣候是雨熱同期，非常適合植物的生長，中國長江流域的水稻能夠一年兩熟，中國的耕地甚至不需要休耕，中國水稻的畝產量遠遠高於歐洲的小麥和大麥。得天獨厚的農業資源，使得中國的農耕文明非常的發達，但是，限制了商業和手工業的發展。

16世紀至18世紀，中國的江南與歐洲的英格蘭，是最有可能出現工業革命的地區，即以機器生產代替手工勞動，但是，相比而言，中國的江南有很多的劣勢，所以，工業革命最先在英國發生了。

16世紀至19世紀的馬尼拉大帆船貿易

第三：中國江南地區的人口問題

16世紀至18世紀的世界貨幣是白銀，被稱之爲“白銀資本”，白銀通過國際貿易，最後都會流入到了中國，白銀到了中國，就像到了它天然的中心，因爲中國位於世界經濟的中心。中國長江流域的商品經濟十分發達，當時有大量的稻田改種棉花和桑樹，一部分農民已經脫離了糧食生產，而以手工業爲生。工業革命應該首先發生在棉紡織業，因爲棉布是人類的生活必需品，棉布的產量極其大，把棉花製作爲棉布的工序複雜，投入的勞動力也多。對於18世紀的世界經濟來說，技術創新最迫切的領域，恐怕就是棉紡織業了。棉花是一種經濟作物，與農業的聯繫最爲緊密，棉紡織業的發展也推動着農業的商品化。1769年，英國鐘錶匠理查·阿克萊特發明了水力紡紗機，這種紡紗機是由水力推動的，1785年，英國牧師埃德門特·卡特萊特發明了水力織布機，棉紡織業出現了機械化，但是，這並不是真正意義上的工業革命。

工業革命時期的紡紗機

人類很早就學會使用畜力、風力和水力了，水力紡紗機和水力織布機的發明，並不需要科學，無論是在中國，還是在歐洲，任何一個熟練的工匠，都可以製造出這樣的機器，中國在元代就出現了水轉大紡車，利用水力來紡紗，早在魏晉南北朝時期，中國人還發明瞭水磨和水排，水磨是將水力作爲動力來推到石磨，而水排就是利用水力來鼓風鑄鐵。爲什麼中國古代出現的水轉大紡車沒有引發工業革命呢？因爲中國江南地區的農業和手工業的勞動密集程度太高了，中國江南地區的棉紡織業屬於家庭副業，是農業經濟的補充，中國江南地區的棉紡織業使用的紡車，一般都是單錠紡車，很少使用三錠紡車，因爲三錠紡車只有青壯年勞動力才能操作，而單錠紡車婦女和小孩都可以操作。明清時期，中國農村的家庭紡織業，始終是農耕的一種補充，而不是替代，因爲大量的勞動力被束縛在了農業生產上。水稻種植業的勞動密集型程度高，與此同時，中國的人口多，耕地面積少，人地矛盾突出。勞動密集型的水稻種植業與少量的人均耕地面積，意味着農業投入的勞動力過多，使得大量的農業人口被束縛在了土地上，糧食生產只能解決最基本的生計問題，而無法讓更多的糧食成爲商品，提供給城鎮居民。在勞動力資源非常豐富的情況下，實現機械化是沒有必要的，因爲提高機械化程度就是爲了減少勞動力投入的。機械化的紡紗廠，必須由工場主來經營，而且需要有大量的勞動力脫離農業生產，成爲僱傭工人，明清時期，中國的城市化水平很低，沒有多少人口脫離農業生產，而專門以手工業爲生。

中國古代的冶鐵業

當然，製造出利用水力作爲動力的機械，並不意味着工業革命的到來，在漫長的農耕文明時代，人類已經能夠熟練使用水力、風力、火力和畜力了，但是，並沒有進行能量間的轉換，用水力推動石磨、用畜力拉動鐵犁、用風力驅動帆船，都是能量的直接利用，只不過是不需要人體的肌肉力量而已。實現能量的轉換，才真正意味着工業革命的到來，蒸汽機就是將熱能轉換爲動能，電動機則是將電能轉換爲動能。

中國古代的水磨

英國最早採用蒸汽機的行業，還不是棉紡織業，而是煤炭開採業，英國位於溫帶海洋性氣候區，溫帶海洋性氣候的特點就是溫和多雨，英國的水資源比較豐富，英國的煤礦經常滲水，排水問題是英國煤炭開採業面臨的最大的技術難題，因此，蒸汽機最早是用來抽水的。中國的煤炭資源集中在山西，山西的氣候比較乾燥，在我國的北方地區開採煤炭，面臨的技術問題，主要不是排水，而是通風。中國古代的煤炭開採，如何解決通風問題呢？主要是人工通風與自然通風，小煤礦通常是自然通風，大煤礦需要人工通風，人工通風就是利用空氣的熱脹冷縮原理，在出風口吊火鍋，使得空氣受熱膨脹上升，實現通風。中國的煤礦也存在積水問題，但是，中國人主要是用人力來排水，在坑口設置木製軲轆一具，軲轆上面繫着一根麻繩，繩子的下端繫着牛皮包，用人力絞動軲轆，使得牛皮包下沉到水中，等皮包中的水滿了之後，再慢慢絞動軲轆，通常需要4人或者6人來完成這個任務。如果礦坑中的水太多了，怎麼辦呢？只好放棄開採，另尋新的煤礦。對於橫井煤礦來說，往往通過人工開鑿的水渠排水，運用大自然的重力作用，將水排幹。

利用蒸汽機抽水，能夠節省人力，但是，在中國，這樣的技術需求沒有多少迫切性，因爲中國的勞動力資源豐富，4人或者6人絞動軲轆抽水，完全不影響煤炭開採。明清時期，中國的森林資源消耗的速度也非常的快，對於煤炭的需求量也很大，各行各業都需要燃料，燒製瓷器、冶煉鋼鐵、取暖都需要燃燒煤炭，但是，中國人從來沒有想到用機械動力來抽煤礦中的水。

蒸汽機最初是用來抽水的

中國高度發達的、精緻的農耕文明，一方面使得中國的經濟總量長期領先於世界，但是另一方面也束縛了工商業的發展。明朝政府和清朝政府的稅收，主要是依靠田賦，而不是商業稅，中國的人口多，耕地面積多，明朝政府和清朝政府依靠田賦和人丁稅，就可以獲得大量的財政收入，歐洲的人口比較少，農業產量低，政府的財政收入需要依靠商業稅，而且歐洲國家的政府往往依靠商人的貸款來維持財政的運轉，特別是在遇到戰爭的情況下，往往需要發行國債，向商人貸款，這就使得歐洲的戰爭往往帶有商業性質，政府的財政收入緊緊依靠商人，自然也就對手工業和商業非常的重視。

16世紀的世界貿易，白銀流向中國

中國的人口數量衆多，其實也是高度發達的、精緻的農耕文明所導致的，因爲農業產量多，意味着能夠養活更多的人口。精緻的農耕文明與龐大的人口數量，使得中國的農耕文明深深陷入了馬爾薩斯循環，技術、資本與創新積累的速度非常的緩慢。當然，歐洲的農耕文明，也存在馬爾薩斯循環，可是，歐洲有一個意外的收穫，那就是發現了美洲和澳大利亞，廣袤的殖民地，不僅轉移了歐洲過剩的人口，而且還使得歐洲人獲得了殖民地的資源，如果把美洲的土地和資源也算在內，16世紀至18世紀，歐洲的人均耕地面積和人均資源佔有量要遠遠超過中國，正因爲資源多，人口少，所以，對於節約勞動力、以機器生產代替手工勞動的願望才特別高。實際上，第一次工業革命的機器，都是工匠發明並改進的，這就是說，蒸汽機、水力紡紗機在古代是可以找到原型的，世界上第一臺蒸汽機是由古希臘數學家亞歷山大港的希羅於在公元1世紀發明的，稱之爲“汽轉球”，世界上最早的水力紡紗機是中國元代的水轉大紡車。中國古代的能工巧匠也能製造出來蒸汽機，而中國之所以沒有出現蒸汽機，是因爲中國人不需要使用機器來取代手工勞動。