我们今天所知
的自行车是在19世纪末发明的。 但是，这是一个简单的机械发明。 似乎它不需要巧妙的想法，当然也不需要科学的准备。
那么为什么以前没有发明它呢？
我在Twitter上问了这个问题，在Quora服务上阅读了关于这个问题的讨论。 在许多提出的假设中，以下是：
- 技术因素。 在19世纪，金属加工取得了重大突破。 我们改进了铁的清洁度，然后改进了廉价钢的清洁度，并学习了如何更好地加工金属并制造空心管等零件。 车轮制造技术得到了改进：带钢丝辐条的车轮已取代了较重的选件； 轮胎需要硫化橡胶（1839年）； 充气轮胎仅在1887年发明。 链条，链轮，轴承-所有这些都是必需的零件，需要先进的制造技术来提高其质量并降低成本。
- 项目开发阶段。 早期的自行车不舒服且危险。 第一种选择甚至没有踏板。 一些模型没有转向；只有倾斜才能打开它们。 著名的一分钱抚恤金计划具有巨大的前轮，使您无法保持双腿的平衡，在突然停止时有翻筋斗的危险，而骑手坐得很高，以至于不断受伤的危险。 建立成功的自行车模型已经进行了数十年的逐步改进。
- 道路质量。 直到19世纪，以现代标准衡量的道路质量都是糟糕的。 这些通常是底漆，许多经过的马车都有车辙，在下雨时变成泥土。 碎石路使表面光滑，直到1820年才发明。当时的城市道路上铺有鹅卵石，适合骑马，但对于自行车来说太不平坦了。 （很明显，道路的崎roughness是有意的，并在下水道溢出的情况下起到了作用-结果，Quora的回答之一声称城市下水道为自行车打开了大门）。
- 马匹比赛。 当时，马是一种常见的交通工具。 他们应付任何道路。 他们可能会搬运重物。 谁需要自行车？ 在这种情况下，据称是由于1816年的“无夏之年”而缺粮而发明的，这是由于前一年的坦博尔火山喷发导致天空变暗，地球上许多地方的温度下降。 农业危机导致人类和马匹挨饿，导致许多马匹被杀为食物，而饲养其余马匹的成本增加。 这可以作为寻找替代方案的动力。
- 总体经济增长。 许多评论员指出，需要中产阶级来要求这种发明。 如果您只有一群贫穷的农民和几个贵族（他们已经有马匹，马车和马车夫），那么自行车就没有市场。 如果您还记得在成为一种实用的交通工具之前，自行车最初是用于爱好和娱乐活动，那么这是一个可行的选择。
- 文化因素。 也许在某个时候，对有用的机械发明根本不感兴趣？ 但是情况何时改变了，为什么呢？
所有假设都是正确的。 但是其中一些在分析的压力下开始屈服。
道路质量与问题相关，而与答案无关。 您可以在土路或人行道上骑自行车（尽管后一种选择会导致与路人发生冲突，并首先使自行车在大众中不受欢迎）。 从历史上看，直到自行车普及后，道路才得以改善-显然，骑自行车的人成为了需要改善道路的力量的一部分。
我不认为这事与马有关。 从我读过的材料来看，买自行车要比骑马容易，而且绝对易于维护（至少不需要喂食）。 事实证明，在现代自行车问世之前很久，发明人对由肌肉力量驱动的车辆并使它们摆脱马匹的问题产生了兴趣。 甚至在“无夏之年”之后发明了第一台两轮肌肉车的
卡尔·德累斯也从事这项工作已经很多年了。
技术因素对我来说更令人信服。 为了使自行车变得足够实用和廉价以获得流行，它们可能是必需的。 但是对于早期实验，这并不重要。 框架可以用木头制成。 轮子可以用金属完成。 齿轮不能做。 用皮带代替链条； 在一些早期的设计中，踏板位于车轮的圆周上，而在一种设计中，车轮旋转了杠杆，就像在蒸汽机车上一样。
那么正确的解释是什么？
为了理解这一点，我深入研究了自行车的历史。
肌肉牵引车的概念可以追溯到几个世纪以前。 我所发现的第一个参考文献是威尼斯工程师
乔瓦尼·丰塔纳 （
Giovanni Fontana）提出的 。他在15世纪初描述了一种四轮手推车，由骑车人拉着绳子驱动，绳子环接到车轮上的齿轮上（目前尚不清楚他是否试图制造这样的轮胎）一辆汽车；丰塔纳通常会绘制一堆奇怪的草图）。
David Herlichai在“自行车”一书中描述了另一个古老的概念：
三个多世纪前，法国著名数学家雅克·奥扎纳姆 （ Jacques Ozanam）描述了肌肉牵引车的理论优势，其中“一个人无需马就可以随心所欲地骑车”。 这样的车辆的拥有者可以在道路上自由移动，而不必照顾动物，并在此过程中享受体育锻炼。 此外，与需要风或蒸汽的机器不同，这种类型的“自行式”车辆将在最容易获得和最丰富的资源上工作：意志力。 但是，如何制造如此有价值的汽车呢？ 这是奥扎南（Ozanam）在1696年出版的著名著作《数学与物理学》（RécréationsMathématiqueset Physiques）中发现和描述的五十个“有用且令人着迷”的问题中的十二个。
奥扎南（Ozanam）的书提出了另一位发明家的解决方案：另一辆四轮马车由两个人驱动（一个驱动器，第二个驱动器运动，踩在由绳索，滑轮和齿轮连接的大踏板上）。
显然，几个世纪以来，手推车一直是肌肉牵引车的模型。 各种发明人都在研究这种机器的设计，甚至造就了一些。 伦敦杂志记录了这种手推车在1774年的记录比赛，时速达到10 km / h。 法国发明家
让·皮埃尔·弗朗索瓦·布兰查德 （
Jean-Pierre Francois Blanchard） （后来以航空和航空先驱而闻名）制造了一辆肌肉牵引车，从巴黎经过15公里到凡尔赛。 美国机械师Bolton在1804年使用齿轮旋转装置制造了自己的版本。 这些发明很可能并没有产生任何结果，因为这些机器太大，太重，无法实际应用。
1820年德累斯顿（以发明家德雷莎命名）关键思想是必须停止发明机械旅行车并制造类似机械马的东西。 卡尔·德雷兹（Karl Drez）在19世纪初走了这条路。 他是一位贵族，曾在巴登（Baden）担任“森林经理”一职，这使他有时间进行思考和试验。 他在1813年将自己的第一次尝试指向了四轮马车，就像他的前任一样，但它们根本无法引起当局的兴趣。
纽约论坛报，1894年9月但是在1817年（可能是受到
粮食危机和马匹短缺的影响，尽管这并不准确），他再次提出了这个想法，已经有了一个新项目：专为一个人设计的两轮运输，您可以在其中轻松识别现代自行车的祖先。 它由木头制成，并装有铁胎。 发明人称它为“跑步机” Laufmaschine。 他没有脚踏板，骑手需要用脚将地面推下。 为了纪念发明人，它也被称为拉丁语“ fast foot”或“ trolley”中的“ bicycle”。 由伦敦的货车制造商创建的改进版本在英格兰被称为“行人课程”。
没有踏板和齿轮，这种原始自行车就无法实现现代自行车的速度和效率。 但是，以今天的踏板车的方式，他允许一个人在道路上骑行，尤其是在下坡时，并保持骑车人的体重。 Drez在其上达到了高达19 km / h的速度。 在1818-19年的欧洲，这项发明是一个短暂的爱好，然后开始下降。 显然，经济衰退的原因是人们潜在的不安全感和烦恼，因为他们试图在人行道和公园里骑车（有些事情永远不会改变；今天，踏板车战争以新的活力爆发。）
皮埃尔·米歇（Pierre Michaud）的“摇床”，1870年下一个关键的突破仅在几十年后出现，当时有人提出了将踏板连接到自行车的想法。 信息的产生是相互矛盾的（可追溯到1839年），这是以第一位发明者为代价的，但是，法国在1860年代的踏板已经是毫不含糊的了。 无论如何，自行车的发展真正始于1860年代。 踏板使骑手更快，更有效地骑行。 这种模型是在法国生产的，首先是木制框架，然后是钢框架，然后他们开始称其为“去骨机”（由此可以得出有关旅行质量的结论）。
美国自行车，雕刻，1868年但是，那时自行车还没有齿轮或链条。 踏板直接安装在前轮上。 这并没有给骑手带来严重的机械优势：它与固定齿轮的传动比为1：1相同（今天，在大多数情况下，使用3：1齿轮）。 这就像以最低的档位骑自行车-踏板踩得很快，但驾驶却很慢。
Penny Farthing自行车唯一的解决方法是增加车轮，这导致1870年出现了可笑的“细价硬币”或“高轮”自行车，它带有巨大的前轮，您可能已经看到了，并将其与19世纪末期联系起来。 那时，自行车已经制成了金属框架，带有金属丝辐条的车轮和橡胶（尚未充气）轮胎。 这样的方案可以更快，更平稳地行驶，因为大车轮在骑行时吸收更好。 但是，这需要杂技技巧，容易摔倒和受伤，包括在突然停止时通过前轮翻筋斗。
因此，第三个也是最后一个关键突破是踏板和车轮的分离。 这种“安全自行车”的变体出现在1870年代，甚至更早的年代，其中至少有一种在车轮和杠杆上带有踏板的选择。 第一个使用熟悉的曲轴和链条设计的商业上成功的模型是1885年的John Starley模型。 最终，在1888年，约翰·邓洛普（John Dunlop）推出了充气（充气）轮胎，这使骑行变得更柔和，并消除了便士制计划的最后一个优势。
因此，到1880年代末，自行车已经达到了我们今天所知道的形状，其轮毂尺寸大致相等，踏板，链条，金属框架，带钢丝辐条的车轮和充气橡胶轮胎。
可以得出什么结论？
首先，正确的方案并不明显。 许多世纪以来，由于发明人试图为几个人创造四轮手推车，而不是两轮个人运输车，进展停滞了。 目前尚不清楚为什么会这样。 自然，发明人模仿了现有的交通工具，但是为什么他们只从马拉的马车上而不是从骑手和马中汲取灵感呢？ （有些评论员认为，在两轮车上保持平衡的能力并不明显，但考虑到人们学会了从空心独木舟到马匹本身平衡了多少奇怪的事物，这并不能使我信服。）很可能（但这纯粹是在反思）发明人很难理解机械手推车的根本不实用性，因为他们没有手头的数学工程原理，但是仍然不清楚是什么导致了Drez的突破。
甚至在Drez遇到了一个两轮计划之后，它仍需要几个阶段的改进，这需要几十年的时间，才能最终成为一种有效，方便和安全的形式。
1887年德国百科全书中的早期自行车模型其次，可能需要在材料和制造上取得进步，才能制造出商业上成功的自行车。 如今，很难确定由于新材料和新技术的出现而使自行车设计中的哪些突破成为可能，而这仅仅是以前从未想过的一瞥创新的结果。 但是人们已经准备好忍受一个不可靠的大型车轮方案，这一事实表明充气车轮是一项至关重要的创新。 在我看来，以合理的价格制造高质量，高品质和恒定的小型轻链和链轮，需要在金属加工方面取得突破，并且没有其他方法可以使用杠杆或皮带。 这听起来合乎逻辑，木制框架不够轻巧，无法实际使用（今天，我绝对不会尝试骑木制自行车）。
但是，您可以走得更远，并提出一些启发我学习此主题的问题。 为什么直到19世纪，甚至没有人尝试使用两轮车？ 据我们所知，为什么到15世纪，甚至没有人在理论上考虑过肌肉牵引运输的想法？ 为什么在十四世纪时制表师已经存在，或者至少在十六世纪时，当手表问世时，自行车机械师为什么不发明？ 还是古罗马人建造了水车和收割机？ 还是创造了安提凯希拉机制的希腊人？ 即使他们没有链条和轮胎，为什么这些社会至少没有尝试过手推车？ 甚至没有成功的四轮推车设计？
为了以某种方式开始回答这些问题，值得理解的是，这些事实是更广泛现象的一部分。 我问了同样的问题，关于第一台高效轧花机
Cotton Gin ，它与自行车不同，不需要任何特殊材料：木箱，金属丝网和带有金属丝齿的鼓。 如此简单，以至于概念发布后，种植者自己制作了盗版副本（剥夺了Eli Whitney的大部分专利费用）。 关于纺织机械化的所有关键发明，可以提出相同的问题。 经济学史学家安东·豪斯（Anton Howes）加入了Twitter的讨论，提到约翰·凯（John Kay）
编织的“飞行”飞梭 ：
凯的创新之处在于其简单性。 正如发明人本尼特·伍德克罗夫特（Bennett Woodcroft）所写的那样，人们在普通的航天飞机的帮助下进行编织“已有五千多年的历史，数百万有经验的工人一直在这样做，直到1733年，都没有进行任何改进以加快工作速度”。 凯添加了一点木头和一些绳子。 他将所有这些应用于羊毛织物的生产，以及中世纪以来英格兰的主要工业。 他没有太多的经验，他不需要了解过程的科学方面，因此没有任何特殊的诱因。 至于这个想法本身，因为节省了劳力，飞梭被认为是非法的，专利被竞争对手立即复制，而凯不得不在愤怒的织布工的压力下移居法国，威胁到他的财产甚至生命。 凯（Kay）不仅没有激励措施，还是在可怕的社会和法律障碍下进行了发明。
在另一些故事中，人们首先尝试发明新事物，但是如果这个想法没有完全形成，它就不会受到追随者的追捧，此后几十年的发展就停止了。理查德·特雷维蒂克（Richard Trevitik）对蒸汽机车进行的不成功的实验浮现在脑海。有鉴于此，我认为主要因素是整个经济和文化状况。经济因素创造了对增值的需求，支持了产生发明的一般文化研究和开发。卡尔·德累斯（Karl Dres）是个男主角，在业余时间从事发明。在那个时代，发明家很普遍：他们通常是贵族或有其他独立的收入（其他人则必须寻求富有的赞助商的支持）。如今，大学和公司都设有研究实验室，而风险投资者正在资助新产品和服务的开发。一旦确定了某种创新的可能性，就会有多个团队竞相尝试将其推向市场。在发明计划中没有十年或更少的失败。需求和增加值的经济因素也为新产品创造了市场。在人有时间，自由关注和精力去思考与获取食物，衣服和提供顶棚无关的新发明之前，人均GDP可能应该达到一定的值。有文化因素。豪斯说：“创新不是人类固有的，而是理所当然的。人们常常不发明，因为这对他们来说是不会发生的。” 乔尔·莫基耶（Joel Mokier）回应他，“进步不是自然而然的事情”。我对此表示同意。