1914 年 8 月，德國士兵乘坐火車前往前線

自發明以來，鐵路在進一步發展世界各地的文明方面發揮了巨大作用。 從古希臘到現代美國，鐵路改變了人類旅行和工作的方式。

最早的鐵路運輸形式實際上可以追溯到公元前 600 年。希臘人在鋪砌的石灰石道路上制作凹槽，以便與輪式車輛配合使用，從而使船隻在科林斯地峽的運輸更加容易。 然而，當羅馬人在公元前 146 年征服希臘人時，早期的鐵路就陷入了廢墟并消失了 1400 多年。

第一個現代鐵路運輸系統直到 16 世紀才回歸。 即便如此，蒸汽機車的發明在全球範圍内改變鐵路運輸還需要三百年。

現代火車的前身于 1550 年代初在德國首次亮相，并引入了貨車。 這些原始的鐵軌道路由木軌組成，馬車或手推車能夠比土路更輕松地在木軌上移動。 到 1770 年代，木軌已被鐵軌取代。 這些貨車演變成遍布歐洲的有軌電車。 1789 年，英國人威廉·傑瑟普（William Jessup）設計了第一輛帶有帶凹槽的法蘭車輪的貨車，使車輪能夠更好地抓住軌道。 這一重要的設計特點被延續到後來的機車。

直到 1800 年代，鐵路都是用鑄鐵建造的。 不幸的是，鑄鐵容易生鏽并且很脆，經常導緻它在壓力下失效。 1820 年，John Birkinshaw 發明了一種更耐用的材料，稱為鍛鐵。 這項創新雖然對鑄鐵的改進仍然存在缺陷，但它成為标準，直到 貝塞麥 工藝的出現使得鋼鐵生産成本更低，引發了鐵路的快速擴張，不僅在美國而且在各地世界。 最終，貝塞麥工藝被平爐取代，這進一步降低了鋼鐵生産成本，并允許火車在 19 世紀末連接美國大多數主要城市。

為先進的鐵路系統奠定了基礎，剩下要做的就是找到一種方法，在更短的時間内将更多的人和更多的貨物運送到更遠的距離。 最重要的發明之一蒸汽機的形式出現 它對 現代 工業革命 ， 鐵路 和火車的發展至關重要。

1803 年，一位名叫塞缪爾·霍姆弗雷的人決定資助開發一種蒸汽動力車輛，以取代電車軌道上的馬車。 理查德·特雷維西克 制造了那輛汽車，第一輛蒸汽機電車機車。 1804 年 2 月 22 日，機車在威爾士梅瑟蒂德菲爾鎮 Pen-y-Darron 的煉鐵廠之間 9 英裡的地方拖着 10 噸鐵、70 名男子和 5 輛額外的貨車，到達阿伯辛農的底部谷。 這次旅行大約花了兩個小時才完成。

1812 年，英國發明家 喬治斯蒂芬森 成為斯托克頓和達靈頓鐵路線的煤礦工程師。 到 1814 年，他為他們制造了第一輛機車。 不久之後，他說服車主試用蒸汽動力機車。 第一個努力被命名為 Locomotion 。 雖然斯蒂芬森被認為是第一台用于鐵路的蒸汽機車發動機的發明者，但特雷維西克的發明被認為是第一台有軌電車機車。

1821 年，英國人 Julius Griffiths 成為第一個為客運公路機車申請專利的人。 到 1825 年 9 月，使用斯蒂芬森的機車，斯托克頓和達靈頓鐵路公司開通了第一條定期運送貨物和乘客的鐵路。 這些新列車可以在大約一小時内拉動 6 輛滿載煤車和 21 輛載客 450 名乘客的客車，行駛 9 英裡。

不久之後，斯蒂芬森開設了自己的公司，羅伯特斯蒂芬森公司。 他最著名的原型， 斯蒂芬森的火箭 ，是為 Rainhill 試驗設計和制造的，這是 1829 年利物浦和曼徹斯特鐵路舉辦的一項活動，旨在為他們的新機車選擇最佳設計。 的 火箭 機車，輕而易舉地獲勝，并繼續為未來 150 年的大多數蒸汽機的制造設定标準。

約翰史蒂文斯上校被認為是美國鐵路之父。 1826 年，史蒂文斯在他位于新澤西州霍博肯的莊園建造的實驗性環形軌道上展示了蒸汽機車的可行性——比斯蒂芬森在英格蘭完善實用蒸汽機車的三年。

1815 年，史蒂文斯獲得了北美第一條鐵路特許經營權，但其他人開始獲得贈款，不久之後第一條運營鐵路的工作就開始了。 1930 年， 彼得·庫珀 設計并制造了第一輛美國制造的蒸汽機車 Tom Thumb， 将在公共承運鐵路上運行。

19 世紀的另一項重大火車創新與推進或電力供應無關。 相反，這一切都與乘客的舒适度有關。 George Pullman 于 1857 年發明了 Pullman 卧鋪車廂。盡管卧鋪車廂自 1830 年代以來一直在美國鐵路上使用，但 Pullman 卧鋪車廂專為夜間乘客旅行而設計，被認為是對其前身的顯着改進。

期間對交通和經濟擴張産生了不可否認的影響 19 ，但該技術并非沒有缺點。 最成問題的問題之一是燃燒煤炭和其他燃料來源産生的煙霧。

雖然在開放的鄉村中有害的副産品是可以容忍的，但即使在早期，燃料排放造成的危害也變得更加明顯，因為鐵路侵占了人口稠密的地區，這反過來又需要越來越多的地下隧道來容納開往城市的火車目的地。 在隧道情況下，煙霧可能會變得緻命，尤其是當火車卡在地下時。 電力驅動的火車似乎是一個明顯的替代方案，但早期的電動火車技術根本無法跟上長距離的蒸汽。

第一個電力機車原型由蘇格蘭化學家羅伯特戴維森于 1837 年制造，由原電池供電。 戴維森的下一個機車，一個更大的版本，名為 Galvani ，于 1841 年在蘇格蘭皇家藝術協會展覽上首次亮相。它重達 7 噸，有兩個直接驅動的磁阻電機，這些電機使用固定電磁鐵作用在每個軸上的木制圓柱體上的鐵條上. 雖然它于 1841 年 9 月在愛丁堡和格拉斯哥鐵路上進行了測試，但其電池的有限功率破壞了該項目。 ， Galvani 他們将替代技術視為對他們生計的潛在威脅。

Werner von Siemens 的創意是第一輛由機車和三節車廂組成的電動客運列車，于 1879 年在柏林首次運行。 這列火車的最高速度剛剛超過每小時 8 英裡（13 公裡）。 在四個月的時間裡，它在一條 984 英尺（300 米）的環形軌道上運送了 90,000 名乘客。 火車的 150 伏直流電是通過絕緣的第三軌供電的。

電動有軌電車線路開始流行起來，首先是在歐洲，後來在美國，在 1881 年首次出現在德國柏林郊外的利希特費爾德之後。 到 1883 年，一輛電動有軌電車在英國布萊頓運行，同年在奧地利維也納附近開通服務的有軌電車是第一個由架空線供電的常規服務。 五年後，由弗蘭克·J·斯普拉格（曾為托馬斯·愛迪生工作的發明家）設計的電動手推車登上了裡士滿聯合客運鐵路的軌道。

1890 年，倫敦城市和南倫敦鐵路推出了第一條地下電動鐵路線。五年後，斯普拉格提出了一種改變遊戲規則的多單元牽引控制系統 (MU)，用于火車。 每輛車都配備了牽引電機和電機控制的繼電器。 所有的車廂都從火車的前部獲取動力，牽引電機一緻地工作。 MU 于 1897 年為南側高架鐵路（現為芝加哥 L 的一部分）首次實際安裝。随着 Sprague 的發明的成功，電力很快成為地鐵的首選電源。

1895 年，連接紐約的巴爾的摩和俄亥俄鐵路 (B&O) 巴爾的摩環線的 4 英裡長成為美國第一條電氣化的主要鐵路線。 蒸汽機車停在電氣化線路的南端，然後與電動火車相連，穿過巴爾的摩周圍的隧道。

紐約市是最早禁止蒸汽機進入火車隧道的城市之一。 在 1902 年公園大道隧道發生碰撞後，在哈萊姆河以南地區禁止使用産生煙霧的機車。 紐約中央鐵路于 1904 年開始使用電力機車。從 1915 年開始，芝加哥、密爾沃基、聖保羅和太平洋鐵路實現了穿越落基山脈和西海岸的電氣化服務。 到 1930 年代，賓夕法尼亞鐵路已在賓夕法尼亞州哈裡斯堡以東的整個地區實現了電氣化。

随着 1930 年代和随後幾十年柴油動力火車的出現，電動火車基礎設施的擴張放緩。 然而，最終，柴油和電力将結合起來，創造出幾代電動柴油和混合動力車，它們充分利用了兩種技術，并将繼續成為許多鐵路線的标準。

在 1960 年代和 1970 年代初期，人們對建造比傳統火車快得多的客運列車的可能性産生了濃厚的興趣。 為中心的高速技術産生了興趣，在這種技術 磁懸浮 中，汽車乘坐由車載設備與嵌入在其導軌中的另一個設備之間的電磁反應産生的氣墊。

第一條高速鐵路在日本東京和大阪之間運行，于 1964 年開通。從那時起，世界各地建立了更多此類系統，包括西班牙、法國、德國、意大利、斯堪的納維亞半島、比利時、韓國、中國、英國和台灣。 美國還讨論在舊金山和洛杉矶之間以及在波士頓和華盛頓特區之間的東海岸安裝高速鐵路

此後，電動發動機和火車運輸技術的進步使人類能夠以每小時 320 英裡的速度行駛。 這些機器的更多進步正處于開發階段，包括 Hyperloop 地鐵列車，預計速度将接近每小時 700 英裡，并于 2017 年完成了首次成功的原型試運行。

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