1914 年 8 月，德国士兵乘坐火车前往前线
自发明以来，铁路在进一步发展世界各地的文明方面发挥了巨大作用。 从古希腊到现代美国，铁路改变了人类旅行和工作的方式。
最早的铁路运输形式实际上可以追溯到公元前 600 年。希腊人在铺砌的石灰石道路上制作凹槽，以便与轮式车辆配合使用，从而使船只在科林斯地峡的运输更加容易。 然而，当罗马人在公元前 146 年征服希腊人时，早期的铁路就陷入了废墟并消失了 1400 多年。
第一个现代铁路运输系统直到 16 世纪才回归。 即便如此，蒸汽机车的发明在全球范围内改变铁路运输还需要三百年。
第一条现代铁路现代火车的前身于 1550 年代初在德国首次亮相，并引入了货车。 这些原始的铁轨道路由木轨组成，马车或手推车能够比土路更轻松地在木轨上移动。 到 1770 年代，木轨已被铁轨取代。 这些货车演变成遍布欧洲的有轨电车。 1789 年，英国人威廉·杰瑟普（William Jessup）设计了第一辆带有带凹槽的法兰车轮的货车，使车轮能够更好地抓住轨道。 这一重要的设计特点被延续到后来的机车。
直到 1800 年代，铁路都是用铸铁建造的。 不幸的是，铸铁容易生锈并且很脆，经常导致它在压力下失效。 1820 年，John Birkinshaw 发明了一种更耐用的材料，称为锻铁。 这项创新虽然对铸铁的改进仍然存在缺陷，但它成为标准，直到 贝塞麦 工艺的出现使得钢铁生产成本更低，引发了铁路的快速扩张，不仅在美国而且在各地世界。 最终，贝塞麦工艺被平炉取代，这进一步降低了钢铁生产成本，并允许火车在 19 世纪末连接美国大多数主要城市。
工业革命和蒸汽机为先进的铁路系统奠定了基础，剩下要做的就是找到一种方法，在更短的时间内将更多的人和更多的货物运送到更远的距离。 最重要的发明之一蒸汽机的形式出现 它对 现代 工业革命 ， 铁路 和火车的发展至关重要。
1803 年，一位名叫塞缪尔·霍姆弗雷的人决定资助开发一种蒸汽动力车辆，以取代电车轨道上的马车。 理查德·特雷维西克 制造了那辆汽车，第一辆蒸汽机电车机车。 1804 年 2 月 22 日，机车在威尔士梅瑟蒂德菲尔镇 Pen-y-Darron 的炼铁厂之间 9 英里的地方拖着 10 吨铁、70 名男子和 5 辆额外的货车，到达阿伯辛农的底部谷。 这次旅行大约花了两个小时才完成。
1812 年，英国发明家 乔治斯蒂芬森 成为斯托克顿和达灵顿铁路线的煤矿工程师。 到 1814 年，他为他们制造了第一辆机车。 不久之后，他说服车主试用蒸汽动力机车。 第一个努力被命名为 Locomotion 。 虽然斯蒂芬森被认为是第一台用于铁路的蒸汽机车发动机的发明者，但特雷维西克的发明被认为是第一台有轨电车机车。
1821 年，英国人 Julius Griffiths 成为第一个为客运公路机车申请专利的人。 到 1825 年 9 月，使用斯蒂芬森的机车，斯托克顿和达灵顿铁路公司开通了第一条定期运送货物和乘客的铁路。 这些新列车可以在大约一小时内拉动 6 辆满载煤车和 21 辆载客 450 名乘客的客车，行驶 9 英里。
不久之后，斯蒂芬森开设了自己的公司，罗伯特斯蒂芬森公司。 他最著名的原型， 斯蒂芬森的火箭 ，是为 Rainhill 试验设计和制造的，这是 1829 年利物浦和曼彻斯特铁路举办的一项活动，旨在为他们的新机车选择最佳设计。 的 火箭 机车，轻而易举地获胜，并继续为未来 150 年的大多数蒸汽机的制造设定标准。
美国铁路系统约翰史蒂文斯上校被认为是美国铁路之父。 1826 年，史蒂文斯在他位于新泽西州霍博肯的庄园建造的实验性环形轨道上展示了蒸汽机车的可行性——比斯蒂芬森在英格兰完善实用蒸汽机车的三年。
1815 年，史蒂文斯获得了北美第一条铁路特许经营权，但其他人开始获得赠款，不久之后第一条运营铁路的工作就开始了。 1930 年， 彼得·库珀 设计并制造了第一辆美国制造的蒸汽机车 Tom Thumb， 将在公共承运铁路上运行。
19 世纪的另一项重大火车创新与推进或电力供应无关。 相反，这一切都与乘客的舒适度有关。 George Pullman 于 1857 年发明了 Pullman 卧铺车厢。尽管卧铺车厢自 1830 年代以来一直在美国铁路上使用，但 Pullman 卧铺车厢专为夜间乘客旅行而设计，被认为是对其前身的显着改进。
蒸汽动力的缺点期间对交通和经济扩张产生了不可否认的影响 19 ，但该技术并非没有缺点。 最成问题的问题之一是燃烧煤炭和其他燃料来源产生的烟雾。
虽然在开放的乡村中有害的副产品是可以容忍的，但即使在早期，燃料排放造成的危害也变得更加明显，因为铁路侵占了人口稠密的地区，这反过来又需要越来越多的地下隧道来容纳开往城市的火车目的地。 在隧道情况下，烟雾可能会变得致命，尤其是当火车卡在地下时。 电力驱动的火车似乎是一个明显的替代方案，但早期的电动火车技术根本无法跟上长距离的蒸汽。
电力机车起步缓慢第一个电力机车原型由苏格兰化学家罗伯特戴维森于 1837 年制造，由原电池供电。 戴维森的下一个机车，一个更大的版本，名为 Galvani ，于 1841 年在苏格兰皇家艺术协会展览上首次亮相。它重达 7 吨，有两个直接驱动的磁阻电机，这些电机使用固定电磁铁作用在每个轴上的木制圆柱体上的铁条上. 虽然它于 1841 年 9 月在爱丁堡和格拉斯哥铁路上进行了测试，但其电池的有限功率破坏了该项目。 ， Galvani 他们将替代技术视为对他们生计的潜在威胁。
Werner von Siemens 的创意是第一辆由机车和三节车厢组成的电动客运列车，于 1879 年在柏林首次运行。 这列火车的最高速度刚刚超过每小时 8 英里（13 公里）。 在四个月的时间里，它在一条 984 英尺（300 米）的环形轨道上运送了 90,000 名乘客。 火车的 150 伏直流电是通过绝缘的第三轨供电的。
电动有轨电车线路开始流行起来，首先是在欧洲，后来在美国，在 1881 年首次出现在德国柏林郊外的利希特费尔德之后。 到 1883 年，一辆电动有轨电车在英国布莱顿运行，同年在奥地利维也纳附近开通服务的有轨电车是第一个由架空线供电的常规服务。 五年后，由弗兰克·J·斯普拉格（曾为托马斯·爱迪生工作的发明家）设计的电动手推车登上了里士满联合客运铁路的轨道。
蒸汽到电力的过渡1890 年，伦敦城市和南伦敦铁路推出了第一条地下电动铁路线。五年后，斯普拉格提出了一种改变游戏规则的多单元牵引控制系统 (MU)，用于火车。 每辆车都配备了牵引电机和电机控制的继电器。 所有的车厢都从火车的前部获取动力，牵引电机一致地工作。 MU 于 1897 年为南侧高架铁路（现为芝加哥 L 的一部分）首次实际安装。随着 Sprague 的发明的成功，电力很快成为地铁的首选电源。
1895 年，连接纽约的巴尔的摩和俄亥俄铁路 (B&O) 巴尔的摩环线的 4 英里长成为美国第一条电气化的主要铁路线。 蒸汽机车停在电气化线路的南端，然后与电动火车相连，穿过巴尔的摩周围的隧道。
纽约市是最早禁止蒸汽机进入火车隧道的城市之一。 在 1902 年公园大道隧道发生碰撞后，在哈莱姆河以南地区禁止使用产生烟雾的机车。 纽约中央铁路于 1904 年开始使用电力机车。从 1915 年开始，芝加哥、密尔沃基、圣保罗和太平洋铁路实现了穿越落基山脉和西海岸的电气化服务。 到 1930 年代，宾夕法尼亚铁路已在宾夕法尼亚州哈里斯堡以东的整个地区实现了电气化。
随着 1930 年代和随后几十年柴油动力火车的出现，电动火车基础设施的扩张放缓。 然而，最终，柴油和电力将结合起来，创造出几代电动柴油和混合动力车，它们充分利用了两种技术，并将继续成为许多铁路线的标准。
先进的列车技术在 1960 年代和 1970 年代初期，人们对建造比传统火车快得多的客运列车的可能性产生了浓厚的兴趣。 为中心的高速技术产生了兴趣，在这种技术 磁悬浮 中，汽车乘坐由车载设备与嵌入在其导轨中的另一个设备之间的电磁反应产生的气垫。
第一条高速铁路在日本东京和大阪之间运行，于 1964 年开通。从那时起，世界各地建立了更多此类系统，包括西班牙、法国、德国、意大利、斯堪的纳维亚半岛、比利时、韩国、中国、英国和台湾。 美国还讨论在旧金山和洛杉矶之间以及在波士顿和华盛顿特区之间的东海岸安装高速铁路
此后，电动发动机和火车运输技术的进步使人类能够以每小时 320 英里的速度行驶。 这些机器的更多进步正处于开发阶段，包括 Hyperloop 地铁列车，预计速度将接近每小时 700 英里，并于 2017 年完成了首次成功的原型试运行。
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