鉄道
鉄道（てつどう、 ）とは、等間隔に設置された2本の鉄製の軌条（レール）またはそれに代わる物を案内路として車輪を有する車両が走行する交通機関である。線路・停車場などの施設、旅客や貨物を輸送する列車、運行管理や信号保安まで様々な要素で構成される一連の体系である。
広い意味では、レール、案内軌条などの案内路に誘導されて走行する車両を用いた交通機関を指し、懸垂式・跨座式のモノレール、案内軌条式のAGT（新交通システム）、鋼索鉄道（ケーブルカー）、浮上式鉄道を含む。日本では鉄道事業法の許可、または、軌道法の特許を得て敷設される。トロリーバス（無軌条電車）は、架線が張られたルートを集電装置（トロリー）により集電した電気を動力として走行するバスであるが、鉄道事業法に基づく鉄道、または、軌道法上の「軌道に準ずる」軌道として扱われる。ロープウェイも鉄道事業法、または、軌道法の対象であるが、索道という扱いとなる。
なお、本項では鉄製レールの案内路を有する鉄道について解説する。
日本語の「鉄道」という交通機関を示す語は福沢諭吉によるものとされている（ただし、軌条という意味での「鉄道」は福沢以前に江木鰐水や横井小楠による使用例がある）。英語ではrailroad（アメリカ）またはrailway（イギリス）といい、案内路の材質を問わないが、ドイツ語の"Eisenbahn"、フランス語の"Chemin de fer"、中国語の"鉄路"などを始め、数多くの言語で「鉄の道（路）」という表現をするように、鉄道はもともと鉄製レールの案内路を有するシステムであった。この形態は、鉄道事業法に基く国土交通省令である鉄道事業法施行規則において、普通鉄道と分類され、新幹線、地下鉄等を含む多くの鉄道がこの形態である。また、英語でtramwayと呼ばれる路面電車も同じ形態であるが、日本の法律では軌道法により管轄され、鉄道ではなく軌道と区分される。しかし、例外が多く、鉄道と軌道の境界は曖昧である。
鉄道は、自然環境への負荷が比較的少なく、大量輸送に向き、定時性や安全性に優れるという特徴を有する。また専用の鉄軌道上で案内されて運転される特性上、多数の車両を連結して一括運転できる。このため、一度に大量の旅客や貨物を運送できる。
軌道や車輪に鉄を使用しているため、走行時に鉄同士が触れ合うことになるが、この際の走行抵抗は、きわめて小さい。鉄製の車輪は、自動車に用いられるゴムタイヤと比べると変形量が小さいためである。また、それゆえ要する動力も、その重さの割には小さくできる。例えば国鉄115系電車10両編成の質量は400トン、出力は2880kWで、1トンあたり7kWとなる。自動車と比較すると、乗用車のカローラの質量は1400kg、出力は82kWで、1トンあたり58kWとなる。以上の計算から、国鉄115系電車が1トンあたりで要する出力はカローラの8分の1以下である。そのため、鉄道は船と並んで、エネルギー効率のよい大量輸送システムといえる。
鉄道は、その走行抵抗の少なさなどのため、単位輸送量当たりのエネルギー消費は自動車や航空機よりはるかに少ない。によれば、一定の距離で、一定の人数を輸送するために要するエネルギーの量は、日本の国鉄の鉄道を基準にすると、バスはその1.8倍、乗用車は5.3倍、航空機は8.8倍であった。また、貨物の場合、船は0.8倍、トラックは2.8倍であった。さらに、電車や電気機関車の場合、発電機や電動機のエネルギー変換効率が内燃機関よりはるかに高いので、。したがって、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の単位輸送量当たりの排出量が少ない 交通機関であると言える。
鉄道は安全性が高い交通手段であるといえる。統計的なデータから見ると、日本での鉄道の利用者の死亡率は自動車事故の550分の1であり、極端に少ない（詳しくは「鉄道の安全性」の項で後述）。
鉄車輪と鉄軌道との摩擦力が小さいという理由により、自動車ほど急勾配を上り下りすることができない。自動車の勾配は立体駐車場などの1/6（水平に6m進むと1m高くなる）が最急だと言われているが、鉄道では25‰程度が常用の限度とされている。より急な線区も存在する（例えば箱根登山鉄道には80‰勾配が存在する）が、その場合建設や運転に不利になる。そのため、山岳などの障害物を迂回したり、トンネル掘削による障害物回避、あるいはループ線やスイッチバックを設置するなどを行う必要がある。また、これらの対策でもどうにもならない急勾配は、ラックレール等を用いることで対処する場合もある。ただし最近では、ICE 3など、一部の高性能車両は連続40‰勾配路線を300km/hにて走行可能であり、高性能車両を用いることで、トンネル掘削などの投資を抑えることが可能となりつつあるが、一般的ではない。
また摩擦力・粘着力によって加速度を得ることが、自動車に比べて難しく、急加速・急減速が困難である。そして速度自体も500km/h前後が限界だと考えられているし、実用速度はさらに低く300km/h前後である。この限界を突破するために浮上走行が考案されたが、その一つがリニアモーターカーである。
急減速が利かない欠点に対しては線路を一定区間に区切り、1つの区間に同時に2本以上の列車を入れない閉塞という概念・設備を導入して列車同士の衝突事故を防いでいる。ブレーキの改良も進められている。
また、鉄道は曲線にも弱い。曲線では遠心力が働くが、遠心力による横からの力に対して鉄道は自動車より弱い。よって、鉄道と自動車が同じ大きさの曲線を通過する際には、鉄道の通過速度を自動車よりずっと小さくする必要が生じる。この欠点を小さくしようとすれば曲線を緩くする以外に方法はない。
自由自在に走行できる道路交通とは違い、レールの上しか走行できないという制約があるため、わずかな障害によって広範囲で正常運転ができなくなることが多い。人身事故が発生すると、多くの列車に影響が出る。また土砂災害や地震など、自然災害を受けると復旧までにかなりの時間を要し、迂回路がない場合、バスなどの代替輸送に頼らざるを得ない。強風にも弱く、強風のため長時間運行が停止されることもしばしば発生する。逆に積雪の際に自動車よりも安全に運行できる鉄道は、地域によっては冬場に市民の貴重な足となる。ただし積雪に慣れていない地域ではこの限りではない。
鉄道は建設と維持に莫大な費用を必要とし、特に地方では採算性が低くなりやすい。それでも鉄道の維持を選択する場合は、公的資金の投入が必要となることがある。一例を挙げると、2011年7月の豪雨災害で不通となったJR東日本只見線会津川口 - 只見間は、線路などを地元自治体が所有する「上下分離方式」を採用して復旧することが決定した。復旧に際し沿線市町村と福島県は復旧費を約54億円負担し、復旧後は沿線市町村と福島県が年間運営費として約2億1000万円負担することになると見積もられている。
。線路の上を列車が走行し、定められた駅に停車するというものである。線路は地上に敷設されていることが多いが、都市部や地形に制約のある場所、また高速走行を行うための路線では地下や高架に路線を敷設している。特に地下に敷設される路線は地下鉄と呼ぶ。
軌道は2本のレールを枕木の上に平行に敷設したものであり、システムによっては3本以上のレールを用いる。レールと枕木はバラストと呼ばれる砂利やコンクリート製の道床によって支えられる。特に、道床に砂利を用いたものをバラスト軌道と呼ぶ。コンクリート製のものでは、道床と枕木の機能が一体化したスラブ軌道や、コンクリート製の基礎にレールを直結し枕木を省略した形態も存在する。
鉄道駅は、人が列車に乗り降りしたり、貨物を列車に積み込む場所である。プラットホームと駅舎から構成され、貨物駅であれば、さらに貨物ターミナルから構成される。プラットホーム（線路）の位置から地上駅、高架駅、地下駅に分類できる。
鉄道と道路が平面的に交差する場所には踏切が設置される。
日本では、踏切の通行は鉄道に優先権があり、道路交通を遮断することとなる。列車運行本数が多い場合は遮断時間が長くなり、交通渋滞の原因となり、甚だしい場合には「開かずの踏切」が生まれる。踏切を解消するため連続立体交差事業が進められている。
鉄道の車両を動力源によって分類した場合、蒸気機関で走行する車両として蒸気機関車、その他の内燃機関で走行する車両として気動車・ディーゼル機関車、電気によって走行する車両として電車・電気機関車がある。鉄道の特徴として、多数の車両を連結することが可能であり、人員・物資の大量輸送が可能である。
鉄道は、排出される二酸化炭素が少ない。東京-大阪の旅客輸送について、鉄道と自動車一人あたりの二酸化炭素排出量を試算すると、鉄道は自動車の6分の1であると報告されている。蒸気機関車の煤煙がかつては大きな問題であったが、すでにほとんど淘汰されている。、2006年頃からは自動車用エンジンの技術を用いた低公害型エンジンを搭載した気動車も登場するようになってきている。また、。
電化鉄道では一次エネルギーを問わないため、新エネルギー（クリーンエネルギー）の切り替えも可能である。。非電化鉄道であっても、汚染されうる空間が軌道の周辺域に抑制されるため、対策は比較的容易である。
鉄道車両は、異なる軌間の区間に乗り入れることが困難である。軌間を切り替える手法としては、まず境界駅で台車を交換する方法がある。この方法は、広軌の旧ソ連圏と、これに接する標準軌の中国や東ヨーロッパを直通する列車などで採用されている。しかし、この方法では、電車や機関車など、モーターを持つ台車の取替はできず、また作業のため、国境駅で3時間以上待たなくてはいけないなどの問題がある。また、スペインの「タルゴ」「Alvia」で特殊な設備を用いて乗客を乗せたまま自国の1668mmと周辺他国の1435mmを切り替える方法が実用化されている。また、日本では、乗客を乗せたまま軌間切り替え可能なフリーゲージトレインの実用化試験が行われている。
他にも、異なる路線の鉄道車両の乗り入れが困難である場合が存在する。建築限界や車両限界が路線によって異なる場合も、乗り入れの障害となる。例としては車両限界の大きい新幹線と、車両限界の小さい在来線を改軌した区間を直通するミニ新幹線のように、在来線の車両サイズで作らざるを得なくなる。直流、交流といった電気方式が区間によって異なる場合には、直通するためには製作コストの高い双方の電気方式に対応した車両を使用するか、機関車を付け替えるなどの必要が生じるが、電気方式が同じでも、電圧が区間によって異なる場合は、複電圧方式の車両が必要となる。
鉄道の中には、単に線路と列車と駅により構成されているだけに留まらず、変電所 や指令所 などを備えるものがある。電車は電力で走ることから、線路と平行して電線路が敷設され、それに伴い、鉄道変電所や電源の管理する施設が備えられている。また、複雑化した鉄道ネットワークにおいては、過密なダイヤや突発的な事故に対応するため、一箇所で集中的に列車の管理を行うこともある。
鉄道の運営を行う鉄道事業者は、民間企業によるものと、国や特殊法人・地方公共団体が行うものなどがある。なお、日本においては日本国有鉄道の分割民営化と、帝都高速度交通営団（営団地下鉄）の特殊会社化に伴い、いわゆる「国営の鉄道事業者」は現存しない。ただし、日本国有鉄道の事業を継承したJRグループのうち、北海道旅客鉄道（JR北海道）、四国旅客鉄道（JR四国）、日本貨物鉄道（JR貨物）、および帝都高速度交通営団の事業を継承した東京地下鉄（東京メトロ）については、国や独立行政法人鉄道建設・運輸施設整備支援機構が一部または全部の株式を保有している したがって、現在の日本国政府が、鉄道事業の経営にまったく関与していないわけではない。
鉄道は、線路・駅などのインフラストラクチャーに対する投資コストが大きく、固定費率が大きいことから損益分岐点が高く、黒字となるには一定以上の輸送量、利用客数が必要となる。このため、欧米では「鉄道は公共財であり、また一度無くなると元に戻すことは難しいことから、赤字は基本である」（日本政策投資銀行 浅井康次） という認識であるとの紹介がある。また、相当な利益を上げないと既存路線の高速化や自動列車保安装置設置、駅のバリアフリー化やホームドア設置、パークアンドライド用駐車場設置などの鉄道サービスや安全性向上も困難である。
。減少の背景には、日本の人口構成が関わっている。鉄道利用者の中心は通学利用者と、通勤利用者であるが、人口構成上、学生は卒業する年代の人口よりも入学する年代の人口が少なく、社会人も退職する年代の人口よりも新規に就職する世代の人口が少ない状況にあるため、両者は今後長期間にわたり減少する仕組みになっている。減少の要因として他には、鉄道事業者の経営努力不足、モータリゼーション（列車から自動車へのシフト）や、変わったところでは、地球温暖化（冬の気温が上がることで降雪が少なくなり、車が使用しやすくなる）といったものもある。
上述した内容は日本全体の話であるが、ローカル線の利用者数を巡る環境は特に厳しい。採算が取れない場合、路線や駅の存続問題が発生する。対応策として、赤字が続く鉄道を廃止したり、第三セクター鉄道に転換することがある。。
鉄道の乗車には切符などの乗車券、または乗車カードを必要とする。運賃を支払うことでこれらを入手することができ、乗車権を得られるが、車内で精算する仕組みを取っている鉄道もある。
鉄道は専用の軌道を有しているため、定時性に優れる。路面電車のように道路上を走行する併用軌道を除けば、基本的に専用の走行路を使用するので、定時運行を確保しやすい。定められた時刻通りに列車を運行することは鉄道事業の出発点である。特に、自動車や飛行機などの代替輸送機関が発達した先進国地域では、遅れのひどい鉄道からは利用者が去っていってしまう。ちなみに1999年度のJR東日本の数字によれば、新幹線の95%と、在来線の87%が定刻（遅延1分未満）に発着している。
ただし、故障や災害等で事故が発生すると、事故現場の回避や追い越しができないため、長時間に渡って不通になる場合がある。台風・地震など、自然災害により不通になると、その影響が広範囲に渡るなど、脆弱な面もある。自動車が事故車線や現場を回避できたり、途中経路の天候が悪くても離陸・着陸地点の天候に問題がなければ航行が可能な飛行機とは対照的である。また、踏切事故や人身事故、強風などの影響で長時間運行が停止することも多い。
鉄道事故の発生する確率は他の交通機関よりも低い。ある統計によれば、鉄道事故による利用客の死亡率は自動車の545分の1、航空機の104分の1であるという。
鉄道が自動車より安全であることの理由として、次のようなことが挙げられる。
鉄道事故の多くは道路交通と平面交差する踏切や、利用客と鉄道との接点である駅のホーム、急カーブ、単線で発生している。これらの事故に対して、踏切では立体交差化、駅のプラットホームではホームドアの設置、カーブではカントの設置及びカント量の上限を超えない範囲内での引き上げや脱線防止ガード設置、鉄道路線全般では自動列車保安装置の装備といった防止措置がとられる。
鉄道は、飛行機・船と同様、一度に大量の人員を輸送できる故に、一度事故になると大惨事になり得る。
鉄道車両や鉄道施設に関しての学問として、鉄道工学がある。
新たな技術として、デュアル・モード・ビークル（DMV）などがある。
（著者・編者の五十音順）