Η ιστορία των σιδηροδρομικών μεταφορών ξεκινά την αρχαία εποχή, στην Ελλάδα, περίπου το 600 π.Χ. με τον Δίολκο, έναν ειδικής κατασκευής πλακόστρωτο δρόμο από ασβεστόλιθο, που συνέδεε τις δύο άκρες του Ισθμού της Κορίνθου, πριν γίνει πορθμός, και πάνω στον οποίο σύρονταν κατά την αρχαιότητα από δούλους και ζώα τα πλοία από τον Κορινθιακό στον Σαρωνικό Κόλπο και αντίστροφα. Ο Δίολκος χρησιμοποιούνταν συνεχώς μέχρι και τον 1ο αιώνα μ.Χ. και έπαιξε σπουδαίο ρόλο στην ανάπτυξη της πόλης της Κορίνθου. Αργότερα, στη ρωμαϊκή Αίγυπτο, χτίστηκαν και άλλοι δίολκοι που είχαν ως πρότυπο τον κορινθιακό.
Στη σύγχρονη εποχή, το 1495, στο φρούριο Χόχενσαλτζμπουργκ, στην αυστριακή πόλη του Σάλτζμπουργκ, χτίζεται το Ράιστζουγκ. Είναι ένας ξύλινος καλωδιωτός σιδηρόδρομος μήκους 190 μέτρων, που χρησιμοποιούνταν για να μεταφέρει αγαθά προς το κάστρο, συρόταν από ζώα και υπάρχει μέχρι σήμερα σε πολύ καλή κατάσταση. Παρ᾿ όλα αυτά, δεν πρέπει να συγχέεται το Ράιτζουγκ με το Φέστουνγκσμπαν, το τρένο το οποίο κινείται σήμερα πάνω στις ράγες του 15ου αιώνα, που κατασκευάστηκε μόλις το 1892, 400 χρόνια μετά από τον σιδηρόδρομο.
Γύρω στο 1550 σε ορυχεία στην Ευρώπη, κυρίως στη Γερμανία και στην Αγγλία, χρησιμοποιούνται βαγονέτα που κινούνταν πάνω σε ξύλινες ράγες για τη μεταφορά μετάλλων από τα ορυχεία προς τα έξω, τα οποία τα έσερναν οι εργαζόμενοι. Οι ξύλινες αυτές ράγες ήταν λίγες ίντσες φαρδιές και «δένονταν» από άκρο σε άκρο, σε κορμούς ξύλων ή «στρωτήρες», τοποθετημένες κατά πλάτος σε μεσοδιαστήματα δύο ή τριών ποδιών. Με την πάροδο του χρόνου, έγινε κοινό να τις καλύπτουν με μια λεπτή επίπεδη στρώση από σίδερο, έτσι ώστε να «ζήσουν» περισσότερο και να μειωθεί η τριβή. Αυτό όμως προκάλεσε περισσότερη φθορά στα ξύλινα ροδάκια των βαγονιών, τα οποία έγιναν ύστερα, γι᾿ αυτό τον λόγο, μεταλλικά.
Το 1604 ολοκληρώθηκε ο πρώτος, όπως πιστεύεται, «σιδηρόδρομος» (γιατί στην πραγματικότητα ήταν σειρά από βαγονέτα) μεγάλου μεγέθους, ο «Γουόλατον Γουάγκονγουεϊ», που μετέφερε κάρβουνο από ορυχεία στο Μπρόσελεϊ της Αγγλίας σε πλοία στον ποταμό Σέβερν με βαγονέτα που τα έσερναν άλογα· μετά από εκεί το κάρβουνο πήγαινε σε άλλες πόλεις που βρίσκονταν στις όχθες του ποταμού. Το 1758 χτίστηκε ο παλαιότερος ακόμα σε λειτουργία σταθμός «τρένου», ο «Μίντλετον Ρέιλγουεϊ» στο Λιντς, με τον οποίο η πόλη έγινε βιομηχανικό κέντρο της Αγγλίας. Τέλος, το 1764 στο Λούιστον της Νέας Υόρκης χτίστηκε ο πρώτος «σιδηρόδρομος» της Αμερικής.
Όπως προαναφέρθηκε, τα τρένα μέχρι τότε κινούνταν αρχικά με ξύλινες και έπειτα με μεταλλικές ρόδες πάνω σε ράγες με σιδερένια επίστρωση. Τον 18ο αιώνα, οι εταιρείες ξεκινούν αντί για ξύλινες ράγες με μεταλλική επίστρωση να κατασκευάζουν καθαρά μεταλλικές, με πρώτη την εται-ρεία «Κοουλμπρούκντεϊλ Κόμπανι» το 1760 στην Αγγλία, κάτι που αύξανε την αντοχή και τη διάρκεια των ραγών κατά πολύ, οι οποίες πια δεν έσπαγαν από τις μεταλλικές ρόδες. Η ίδια εταιρεία επτά χρόνια μετά κατασκεύασε ράγες και από χυτοσίδηρο. Αυτές οι ράγες είχαν 96 χιλιοστά πλάτος και 30 χιλιοστά πάχος· ήταν μια σημαντική εφεύρεση στη σιδηροδρομική Ιστορία.
Θα ήταν καλό επίσης, να σημειωθεί πως τον 18ο αιώνα είχαν επικρατήσει δύο ειδών ράγες: οι «πλέιτγουεϊ» και οι «έτζγουεϊ». Στην Αγγλία προτιμούνταν οι πλέιτγουεϊ, οι οποίες είχαν σχήμα «L» και περίπου 9 εκατοστά μήκος και 1 εκατοστό πλάτος. Ράγες τύπου πλέιτγουεϊ χρησιμοποιούσαν στη «Σάρεϊ Άιρον Ρέιλγουεϊ», έναν «δρόμο» από ράγες που συνέδεε το Γουάντζγουορθ με το Κρόιντον μέσω του Μίτσαμ, σήμερα γειτονιές του νότιου Λονδίνου, για να μεταφέρονται από άλογα βαγόνια κυρίως με κάρβουνο, σπόρους και υλικά για κατασκευές.
Η ιστορία του τρένου, ωστόσο, είναι στενά συνδεδεμένη με μία ανθρώπινη εφεύρεση, ίσως από τις πιο σπουδαίες: την ατμομηχανή. Στις 21 Φεβρουαρίου 1804, μετά από πολλές προηγούμενες προσπάθειες, κάνει το πρώτο του ταξίδι με επιτυχία το πρώτο κανονικό τρένο με ατμομηχανή υ-ψηλής πίεσης, ή ατμάμαξα, εφεύρεση του Άγγλου Ρίτσαρντ Τρέβιθικ (ο οποίος την είχε εφεύρει το 1802, δύο χρόνια νωρίτερα), που άλλαξε για πάντα την ιστορία των μέσων μαζικής μεταφοράς. Η δοκιμή έγινε στην Ουαλία, σε ράγες τύπου πλέιτγουεϊ· το τρένο ξεκίνησε από το σιδηρουργείο της πόλης του Πεν-ι-ντάρεν και τελείωσε στο χωριό του Αμπέρκενον, με επιβάτες τον ίδιο τον Τρέβιθικ και τον Κορνουαλό επιστήμονα Άντριου Βίβιαν. Υπήρχε ένας οδηγός από μπροστά και από πίσω ήταν «δεμένα» βαγόνια. Παρ᾿ όλα αυτά, ήταν τρεις φορές πιο ακριβό να μεταφέρεις κάτι με τρένο από το να το μεταφέρεις με άλογα, ακόμα.
Πώς λειτουργούσε όμως η ατμάμαξα; Η ατμάμαξα, ή πιο απλά ατμομηχανή, χρησιμοποιεί τον ατμό, ο οποίος παράγεται με θέρμανση νερού με τη χρήση κάρβουνου, ξύλου ή πετρελαίου ως καυσίμου. Το υλικό αυτό καίγεται σε ειδικά διαμορφωμένο χώρο, τον θάλαμο καύσης, και ο ατμός παράγεται στον ατμολέβητα. Ο ατμός στη συνέχεια κινεί έμβολα, τα οποία μεταδίδουν την κίνηση στους τροχούς της ατμομηχανής. Καύσιμο υλικό και νερό φέρονται είτε επί της ίδιας της ατμάμαξας είτε σε ειδικά διαμορφωμένο βαγόνι, την εφοδιοφόρο («καρβουνιέρα») που σύρεται συζευγμένο πίσω από την ατμάμαξα. Για να λειτουργήσει όμως ένα τέτοιο τρένο χρειαζόταν πλήρωμα. Το σύνηθες πλήρωμα μιας ατμάμαξας περιλάμβανε τουλάχιστον τον μηχανοδηγό και τον θερμαστή. Ο μηχανοδηγός ήταν υπεύθυνος για την εκκίνηση, την ομαλή κύλιση και το σταμάτημα της ατμάμαξας και του συρμού, ενώ ο θερμαστής ήταν υπεύθυνος για την τροφοδοσία τόσο του θαλάμου καύσης με καύσιμη ύλη, την πίεση του ατμού και τις στάθμες νερού τόσο στον λέβητα όσο και στις υδατοδεξαμενές.
Το 1812, ο Μάθιου Μάρεϊ κατασκεύασε τη «Σαλαμάνκα», την πρώτη ατμομηχανή που κυκλοφόρησε στην αγορά, η οποία χρησιμοποιούνταν σε τρένα που έτρεχαν σε ράγες έτζγουεϊ. Έκανε το πρώτο της ταξίδι την ίδια χρονιά, όταν διένυσε την απόσταση Μίντλετον–Λιντς, ξεκινώντας συμβολικά από τον πρώτο σταθμό «τρένων», τον Μίντλετον Ρέιλγουεϊ, και τελειώνοντας στην πατρίδα του Μάρεϊ, το Λιντς. Το 1813-14, επιπλέον, ο Γουίλιαμ Χέντλεϊ κατασκεύασε τον «Πάφινγκ Μπίλι», την παλαιότερη ατμομηχανή που υπάρχει στις μέρες μας, στο Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου.
Από το 1814 μέχρι το 1825 ο Τζορτζ Στίβενσον, ο «πατέρας των σιδηροδρόμων» και πρώην ανθρακωρύχος, σχεδίασε 16 ατμομηχανές «Κίλινγκγουορθ», όπως λέγονταν, ατμομηχανές με πολύ μεγάλη δύναμη, και το 1825 τη «Λοκομόσιον νούμερο 1», την πρώτη ατμομηχανή που προσαρμόστηκε σε σιδηρόδρομο μεταφοράς επιβατών (της οποίας το τρένο άλλοτε χρησιμοποιούσε την ατμομηχανή και άλλοτε άλογα). Το 1829 σχεδίασε την εντυπωσιακή ατμομηχανή «Ρόκετ», η οποία μετέφερε βάρος πολλών τόνων και ανέπτυξε ταχύτητα των 32 χιλιομέτρων την ώρα, εκπληκτικό επίτευγμα για την εποχή του! Το έργο του Στίβενσον είναι τεράστιας σημασίας για όλη την ανθρωπότητα, και όπως αναφέρεται στο βιβλίο Ιστορίας της Γ΄ Γυμνασίου: «Το επίτευγμα ήταν τεράστιο, αν σκεφτεί κανείς ότι έως τότε τα χερσαία μέσα μεταφοράς λίγο διέφεραν από εκείνα της αρχαιότητας». Οι μηχανές του αυτές ήταν επιτυχημένες κυρίως για δυο λόγους: επειδή είχαν πολυσωλήνιο βραστήρα και σύστημα απαγωγής του ατμού, δύο χαρακτηριστικά που συνεχίζουν να έχουν μέχρι και σήμερα (στην περιορισμένη χρήση τους).
Αρχικά οι άνθρωποι, όμως, δεν αντιμετώπισαν φιλικά το τρένο με ατμομηχανή, αφού νόμιζαν πως δε θα μπορούσε να μεταφέρει επιβάτες, οι οποίοι εξαιτίας της ταχύτητας δε θα μπορούσαν να αναπνεύσουν. Σύντομα, όμως, αυτό αποδείχτηκε λάθος. Το 1830 λειτούργησε ο «Λίβερπουλ εντ Μάντσεστερ Ρέιλγουεϊ», ο πρώτος σιδηρόδρομος που μετέφερε επιβάτες από μια πόλη σε μιαν άλλη, σχεδιασμένος από τον ίδιο τον Τζορτζ Στίβενσον, χρησιμοποιώντας μοναχά την ατμομηχανή. Επίσης, εκείνο το διάστημα στο Ηνωμένο Βασίλειο, απαγορεύτηκε η χρήση αλόγων για μεταφορές πάνω στους σιδηροδρόμους, κάτι που ευνόησε την ανάπτυξη των τρένων.
Στις 5 Μαΐου του 1835 λειτούργησε ο πρώτος σιδηρόδρομος στην ηπειρωτική Ευρώπη, που κάλυπτε την απόσταση Βρυξέλλες-Μαλίν στη νεοϊδρυθείσα, μόλις 5 ετών, χώρα του Βελγίου. Επίσης, γύρω στο 1850, τα τρένα έφτασαν την, μέχρι τότε, αδιανόητη ταχύτητα των 80 χλμ/ώρα.
Το 1837 συνέβη κάτι ανήκουστο για την εποχή του: ο Σκοτσέζος χημικός Ρόμπερτ Ντέιβιντσον δημιούργησε την πρώτη ηλεκτράμαξα, η οποία τροφοδοτούνταν από μπαταρίες. Την παρουσία-σε το 1841 στην έκθεση της Βασιλικής Σκοτσέζικης Εταιρείας Τεχνών και είχε βάρος 7 τόνων, με δύο κινητήρες, σταθερούς ηλεκτρομαγνήτες κινούμενους από ράβδους σιδήρου συνδεδεμένους σε έναν ξύλινο κύλινδρο σε κάθε άξονα, και απλούς μεταγωγούς. Η δοκιμή της έγινε τον Σεπτέμβριο του 1842 στον σιδηρόδρομο Εδιμβούργου-Γλασκόβης, όμως η περιορισμένη δύναμη των μπαταριών δεν επέτρεψε την ευρεία χρήση της. Ύστερα μάλιστα, οι εργαζόμενοι στον σιδηρόδρομο την κατέστρεψαν, διότι τη θεωρούσαν απειλή για το επάγγελμά τους…
Στις 10 Ιανουαρίου 1863 άνοιξε στο κοινό ο πρώτος υπόγειος σιδηρόδρομος ή μετρό, αυτός του Λονδίνου, ο οποίος ονομαζόταν τότε «Μετροπόλιταν Ρέιλγουεϊ» ή απλώς «Μετ» (σήμερα ονομάζεται «Αντεργκράουντ»). Η κατασκευή κράτησε περίπου 10 χρόνια και χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος ανοικτού ορύγματος (cut and cover): η εκσκαφή ξεκινούσε από την επιφάνεια, τοποθετούνταν οι ράγες, κατασκευαζόταν (με τούβλα) το περίβλημα της σήραγγας και το όρυγμα στη συνέχεια καλυπτόταν. Το συνολικό μήκος της γραμμής ανερχόταν σε έξι χιλιόμετρα, ενώ τα τρένα χρησιμοποιούσαν ατμομηχανές οι οποίες διέθεταν ένα ειδικό σύστημα, το οποίο συμπύκνωνε τον ατμό εξόδου, ώστε να μειώνεται ο καπνός που παραγόταν στις σήραγγες όταν ο συρμός κινούνταν. Οι ατμάμαξες αυτές ήταν τύπου 4-4-0 και αποτέλεσαν το στάνταρ της «Μετ». Συνολικά η εταιρεία προμηθεύτηκε 63 τέτοιες ατμάμαξες ως το 1886. Παρότι η μεγάλη λονδρέζικη εφημερίδα «Δε Τάιμς» είχε χαρακτηρίσει το όλο εγχείρημα ως «προσβολή της κοινής λογικής», την ημέρα εκείνη περίπου 50.000 υποψήφιοι επιβάτες κατέκλυζαν τα εκδοτήρια εισιτηρίων, θέλοντας «να ταξιδέψουν στο υπέδαφος του Λονδίνου», ενώ μόνο το πρώτο εξάμηνο της λειτουργίας του μετέφερε καθημερινά κατά μέσο όρο 26.000 ανθρώπους.
Το 1879, 37 χρόνια μετά την αρχική εφεύρεση του ηλεκτρικού τρένου, ο Βέρνερ βον Σίμενς παρουσίασε ένα ηλεκτρικό τρένο, ή τραμ, στη διεθνή έκθεση στο Βερολίνο και δύο χρόνια μετά άνοιξε στην πόλη η πρώτη γραμμή τραμ, η «Γκρος-Λιχτερφέλντε». Τα ηλεκτρικά τρένα είχαν μεγάλη απήχηση σε χώρες φτωχές σε άνθρακα.
Εκείνη την περίοδο σε όλο τον κόσμο επεκτάθηκαν πολύ οι σιδηρόδρομοι. Χαρακτηριστικά στις Η.Π.Α. το μήκος των σιδηρόδρομων αυξήθηκε σε 50 χρόνια, από το 1870 μέχρι το 1920 κατά 200.000 μίλια, αυτό είναι περίπου κατά 320.000 χιλιόμετρα, όπως φαίνεται και στο σχήμα της επόμενης σελίδας.
Ο πρώτος σιδηρόδρομος στην Ελλάδα ολοκληρώθηκε το 1870 και συνέδεε το Θησείο της Αθήνας με τον Πειραιά.
Το 1883 άνοιξε στην πόλη του Μπράιτον η γραμμή «Βολκς Ελέκτρικ Ρέιλγουεϊ», η οποία λειτουργεί μέχρι σήμερα, καθιστώντας την την παλαιότερη σε λειτουργία γραμμή τραμ στον κόσμο, ενώ το 1888 ξεκίνησε η κυκλοφορία των τρόλεϊ στις Η.Π.Α. (τρόλεϊ λέγονται τα τραμ στη Βόρεια Αμερική) από την εταιρεία «Ρίτσμοντ Γιούνιον Πάσεντζερ Ρέιλγουεϊ». Τέλος, η πρώτη γραμμή τραμ με σταθερό εναλλασσόμενο ρεύμα σχεδιάστηκε το 1891 από τον Τσαρλς Μπράουν.
Τα τρένα στα τέλη του 19ου και αρχές του 20ού αιώνα κυριάρχησαν στα μέσα μαζικών μεταφορών και συνεχώς βελτιώνονταν. Οι σιδηροδρομικές μεταφορές χρησιμοποιούνταν και για μετακινήσεις εντός, αλλά και εκτός πόλεων. Πολύ δημοφιλές τρένο ήταν το «Οριάν Εξπρές», που από το Παρίσι πήγαινε στην Κωνσταντινούπολη, ενώ όσον αφορά τα τρένα εντός πόλεων, μετρό κατασκευάστηκαν σε πολλές πόλεις, όπως το Παρίσι, τη Βουδαπέστη, κ.ά., ενώ οι γραμμές τραμ έγιναν σύνηθες χαρακτηριστικό μεγάλων πόλεων. Καλό θα ήταν να σημειώσουμε πως και η Θεσσαλονίκη είχε τραμ, το οποίο όμως ξηλώθηκε (1957) για να αντικατασταθεί από δρόμους, αν και πρόσφατα η τοπική διοίκηση θέλει να το επαναφέρει.
Το 1892, μετά από περίπου έναν αιώνα ατμοκίνητων τρένων, εμφανίστηκε μια «απειλή»: η ντιζελομηχανή ή ντιζελάμαξα, εφεύρεση του Ρούντολφ Ντίζελ. Τα πρώτα ντιζελοκίνητα τρένα δημιουργήθηκαν για τα Βασιλικά Κρατικά Τρένα της Σαξονίας, αλλά πρωτοχρησιμοποιήθηκαν στον Καναδά σε μικρά τρένα στην αρχή και μετά σε μεγαλύτερα το 1929. Τα συμβατικά τρένα που βλέπουμε στην Ελλάδα είναι ντιζελοκίνητα.
Μετά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο η χρήση των τρένων περιορίστηκε αισθητά, ενώ οι ατμάμαξες από τότε χρησιμοποιούνται μόνο για τουριστικούς σκοπούς. Αυτοκίνητα και αεροπλάνα θεωρήθηκαν πιο βολικά από τα τρένα, τα οποία εξαιτίας του πολέμου έφερναν στο μυαλό και κακές αναμνήσεις (μεταφορά στρατιωτών στα μέτωπα, Εβραίων σε χώρους εξόντωσης, κ.λπ.).
Τη δεκαετία του 1960 άρχισαν να κατασκευάζονται ντιζελο-ηλεκτρικές άμαξες υψηλών ταχυτήτων στην ανατολική Ευρώπη, μα δε γνώρισαν επιτυχία. Στην Ιαπωνία όμως, το 1964, κατασκευάστηκε το «Τοκαϊντό Σινκανσέν», το πρώτο τρένο υψηλής ταχύτητας που γνώρισε επιτυχία και άνοιξε τον δρόμο και για τα υπόλοιπα τρένα υψηλών ταχυτήτων. Λειτουργεί και σήμερα, 60 περίπου χρόνια λειτουργίας κλείνει σε λίγα χρόνια, τρέχει με 200 χιλιόμετρα την ώρα και καλύπτει την απόσταση Τόκιο-Οσάκα.
Από τότε έχουν δημιουργηθεί τρένα που ξεπερνούν την ταχύτητα των 300 χλμ/ώρα στην Ιαπωνία, την Ισπανία, τη Γαλλία, τη Γερμανία, την Κίνα, την Ταϊβάν, το Ηνωμένο Βασίλειο, τη Νότια Κορέα, στις σκανδιναβικές χώρες, στο Βέλγιο, στις Κάτω Χώρες (Ολλανδία), και αλλού. Στην Ευρώπη τα τρένα υψηλών ταχυτήτων περνούν και διεθνή σύνορα και ως αποτέλεσμα αυτό έχει να έχουν μειωθεί δραματικά οι πτήσεις μικρής διάρκειας. Στις χώρες στις οποίες υπάρχουν τρένα υψηλών ταχυτήτων, οι λαοί τους τα προτιμούν και τα αγαπούν και τα φροντίζουν ιδιαίτερα, κάτι στο οποίο, δυστυχώς, στην Ελλάδα έχουμε μείνει πίσω.
Επιπρόσθετα, τη δεκαετία του ᾿70 ξεκίνησε η κατασκευή μεγάλων τρένων που μεταφέρουν, κυριολεκτικά, χιλιόμετρα από φορτίο (και εμπορεύματα και καύσιμα).
Τέλος, τον 21ο αιώνα κατασκευάστηκαν τα λεγόμενα μαγνητικά τρένα, που φτάνουν ως και την ταχύτητα των 500 χλμ/ώρα και χρησιμοποιούν την τεχνολογία μαγνητικής αιώρησης, αιωρούνται δηλαδή ελάχιστα πάνω από τις ράγες τους. Αυτό γίνεται γιατί στο κάτω μέρος οποιουδήποτε βαγονιού υπάρχουν προσαρμοσμένοι ηλεκτρομαγνήτες που είναι ηλεκτρικά ρυθμιζόμενοι. Αυτοί συνδυάζονται με μαγνήτες που βρίσκονται κάτω από το τρένο και τη γραμμή επιφάνειάς του και το ανυψώνουν, με αποτέλεσμα η απόστασή τους να είναι ένα εκατοστό περίπου. Ορισμένοι άλλοι μαγνήτες διατηρούν το τρένο σε μια οριζόντια σταθερότητα και πηνία παράγουν μαγνητικό πεδίο πάνω στη γραμμή που προωθεί το τρένο. Ο κεντρικός σταθμός ελέγχου παρέχει ρεύμα τμηματικά στη γραμμή μόνο τη στιγμή κατά την οποία το τρένο περνάει πάνω από το συγκεκριμένο τμήμα με σκοπό την επίτευξη ενέργειας. Άρα, τα μαγνητικά τρένα είναι οικολογικά, ενώ παράλληλα είναι και ιδιαίτερα ασφαλή.
