pienoiskuva|Sähköistämätön kaksiraiteinen rautatie Walesissa. pienoiskuva|Sähköistetty suomalainen rautatie rataosalla Lahti–Kouvola. pienoiskuva|Tammerkosken rautatiesilta Tampereella. Rautatie on liikenneväylä, jonka kulkualustana on yleensä kaksi rinnakkaista teräksistä kiskoa. Kiskot on useimmiten altapäin tuettu poikittaisilla ratapölkyillä, jotka lepäävät sepelistä tai sorasta tehdyllä tukikerroksella. Rautatieliikenteessä kuljetetaan junilla rahtia ja matkustajia, ja liikenne on yleensä aikataulunmukaista. Matkustaja- ja tavaraliikenteen lisäksi rautateillä liikennöivät ratatyökoneet.
Rautatie tarkoittaa koko raideliikenneväylää kaikkine siihen kuuluvine raiteineen, laitteineen ja järjestelmineen, kuten rautatieasemat, ratapihat, opastimet, sähköistys ja turvalaitteet. Raide tarkoittaa kahden kiskon ja pölkytyksen muodostamaa yksittäistä väylää, jolla voi kulkea vain yksi juna kerrallaan. Junat ohjautuvat itsestään kiskojen mukaan, ja raiteelta toiselle siirryttäessä junan on kuljettava vaihteiden kautta. Kiskojen välistä etäisyyttä kutsutaan raideleveydeksi.
Rata on hallinnollinen nimitys suunniteltavalle tai toteutettavalle rautatielle, joka valmistuttuaan yhdistää kaupunkeja, risteysasemia tai muita tärkeitä kohteita. Esimerkiksi suomalaisia ratoja ovat Vaasan rata (Tampere–Haapamäki–Vaasa), Savon rata (Kouvola–Kuopio) ja Lahden oikorata (Kerava–Lahti). Rataosat ovat rautatien osuuksia tiettyjen rautatien solmukohtien välillä. Ne voivat muodostua yhdestä tai useammasta raiteesta. Myös asemilla on yleensä useita rinnakkaisia raiteita, jolloin alueesta käytetään nimitystä ratapiha.
Historia pienoiskuva|vasen|Rautatieverkon tiheys Euroopassa vuonna 1896. pienoiskuva|vasen|Höyryveturi Bridgnorthin rautatieasemalla Englannissa vuonna 1972. Rautatien edeltäjänä voidaan pitää niitä puisia raideteitä, joita jo 1500-luvulla käytettiin muun muassa Keski-Euroopassa Harzin ja Tirolin vuorikaivoksissa, jotta kaivosvaunut kulkisivat helpommin.Tiet ja maakulkuneuvot, s. 224–225 Kulumisen välttämiseksi käytettiin mutkapaikoissa rautaisia suojakiskoja tai kiskot päällystettiin rautalevyillä.
Kun raudan hinta laski tuntuvasti vuonna 1767, alettiin eräässä Englannin tehtaassa käyttää raiteina puun sijasta litteitä valurautaharkkoja, mikä osoittautui hyväksi valinnaksi.Tiet ja maakulkuneuvot, s. 225 Vuoden 1808 jälkeen valurauta vaihtui kiskojen valmistusaineena takorautaan, ja vuonna 1820 siirryttiin valssilaitoksissa valmistettujen kiskojen käyttöön.Tiet ja maakulkuneuvot, s. 227 Ensimmäiset rautatiet olivat suhteellisen epätasaisia, ja niitä pitkin vedettiin kolisevia rattaita ihmis- ja eläinvoimilla, kunnes höyryvoima otettiin käyttöön. Aluksi käytettiin kiinteitä höyrykoneita, jotka köysien avulla saattoivat vetää vaunuja esimerkiksi mäkeä ylös.Tiet ja maakulkuneuvot, s. 228
Liikkuvan höyrykoneen eli veturin rakentaminen oli mahdollista, kun höyrykone oli kehittynyt riittävän tehokkaaksi korkeapaineen käytön avulla.Schivelbusch 1996, s. 8–9. Richard Trevithick rakensi ensimmäisen käytössä olleen höyryveturin, joka vuonna 1804 veti 10 tonnin teräskuorman noin 16 km:n matkan Pennydaren teollisuusradalla Walesissä. Laajempaa käyttöä höyrykäyttöisillä vetureilla oli korvata hevoset Newcastlen ympäristön hiilikaivosten radoilla, joilla hiiltä siirrettiin satamaan. Siellä hiili oli halvempaa kuin hevosten rehu.Schivelbusch 1996, s. 9. Vuoden 1815 jälkeen muuallakin Englannissa tuli hiilestä rehua halvempaa, kun parlamentti sääti tuontiviljalle tullin, jolloin viljan hinta nousi korkeuksiin.
George Stephenson (1781–1848) esitti ratkaisun, jossa voimaa antava höyrysylinterin mäntä pyörittää kiertokangen avulla suoraan vetävää pyörää, mikä sitten säilyikin menetelmänä höyryvetureissa. George Stephensonin poika Robert Stephenson rakensi Rocket-veturin, jolla hän voitti vuonna 1829 kilpailun Liverpoolin ja Manchesterin välisestä liikenteestä. Kilpailussa Rocket veti viisinkertaisesti oman painonsa edestä kuormaa ja saavutti yhdellä täydellä henkilövaunulla 33 km/h keskinopeuden. Tästä alkoi rautateiden nopea leviäminen, ja jo vuonna 1840 Englannissa oli 3 000 kilometriä rautateitä.Kivikirveestä tietotekniikkaan, Hannu Kujanen: Liikenteen kehitys purjelaivojen kaudella, s. 169–174.
Kiskojen avulla rautatieliikenteessä minimoidaan niin pyörien kitka kuin maaston muodoista tulevat mäet, kun ratalinja vedetään mäkien leikkauksissa ja rotkot ylitetään silloilla. Täydellinen tie on sileä, tasainen, kova ja suora. Ajoratojen päällystäminen betonilla ja asfaltilla toi ne vasta 1900-luvulla tasolle, jolla rautatiet olivat jo 1800-luvulla. Saksassa 1930-luvulla rakennettuja moottoriteitä alettiin kutsumaan sanalla ”Autobahn” (rautatie on saksaksi ”Eisenbahn”) ja ne olivat Saksan valtiorautateiden alaisuudessa.Schivelbusch 1996, s. 23–24.
Englannissa maa oli kallista, mutta työvoima halpaa, minkä vuoksi radat vedettiin suorinta tietä ja tehtiin paljon kaivantoja. Tästä oli seurauksena se, etteivät matkustajat juurikaan päässeet ihailemaan maisemia. Tämän vuoksi rautatieasemille syntyi jo 1840-luvulla kirjakauppoja ja kirjojen lainaustoimintaa tarjoamaan viihdykettä matkustajille.Schivelbusch 1996, s. 60.
Yhdysvalloissa teollinen vallankumous oli maanviljely- ja liikennevetoista. Rautatiet rakennettiin siellä usein ennen kuin teitä oli olemassa. Ensimmäinen mantereen poikki johtanut rautatie valmistui vuonna 1869. Kun työvoima oli kallista, mutta maa halpaa, niin rautatiet rakennettiin kiertämään luonnon esteet. Ennen rautateitä tärkein kuljetusväline Yhdysvalloissa oli ollut joissa ja kanavissa kulkevat laivat. Rautatievaunutkin saivat vaikutteita kanavalaivoista, kun Yhdysvalloissa alettiin käyttää pitkiä teleillä olevia vaunuja, joissa oli keskikäytävä, penkit samaan suuntaan ja ovet vaunun päissä. Euroopassa vaunut olivat lyhyitä ja hevosvaunuista mallia saaneissa rautatievaunuissa oli erillinen uloskäynti jokaisesta hytistä, joissa istuttiin penkeissä vastakkain.Schivelbusch 1996, s. 82–102. Euroopassakin kävi ilmeiseksi, että matkustajien pitää pystyä vaunun kulkiessa pidemmillä matkoilla liikkumaan vessaan tai ravintolavaunuun. Tämä johti sivukäytävävaunujen kehittymiseen, jolloin vastakkain istuttavat hytit säilyivät.Schivelbusch 1996, s. 80–81. Yhdysvaltojen yksi ensimmäisiä hyöryvetureita matkustajien käyttöön oli nimeltään Best Friend.Vuonna 1830 Yhdysvalloissa oli 65 kilometria rautateitä. Englannissa sen sijaan oli 279 km.
Manner-Euroopan ensimmäinen rautatie rakennettiin vuonna 1832 Ranskaan, seuraavat vuosina 1835 Belgiaan ja Saksaan sekä 1838 Venäjälle.Tiet ja maakulkuneuvot, s. 232–233 Rautatiet yhdistivät monilla alueilla kansakuntia taloudellisesti, poliittisesti, kulttuurisesti ja yhteiskunnallisesti. Euroopassa rautateiden taloudellinen merkitys oli suuri sen jälkeen, kun tyydyttävä verkosto oli saatu rakennettua. Ne työllistivät ihmisiä, loivat uusia sijoitusmahdollisuuksia ja nopeuttivat henkilö- ja tavaraliikennettä. Ne myös mahdollistivat alueellisen erikoistumisen tiettyihin tuotteisiin. Afrikassa ja Aasiassa rautatiet palvelivat yleensä kolonialistisia tarkoitusperiä sekä edistivät vientikauppaa, ja kiskot vedettiinkin usein plantaaseilta ja kaivoksilta lähimpään satamaan.
Vuonna 1924 rautateitä oli koko maailmassa 1 215 878 kilometriä, josta Euroopassa 374 415 kilometriä, Pohjois- ja Etelä-Amerikassa 601 914 kilometriä, Aasiassa 135 067 kilometriä, Afrikassa 55 520 kilometriä ja Australiassa 48 962 kilometriä. Vuonna 1923 oli rautateitä Yhdysvalloissa 404 513 kilometriä, Saksassa 57 245 kilometriä, Venäjällä 55 978 kilometriä, Ranskassa 52 737 ja Britteinsaarilla 38 287 kilometriä, Ruotsissa 15 502 kilometriä, Tanskassa 4 968 kilometriä, Suomessa 4 595 kilometriä, Norjassa 3 456 kilometriä, Latviassa 2 824 kilometriä ja Virossa 1 067 kilometriä.
Suomessa
Suomen ensimmäinen rautatie rakennettiin jo vuonna 1836 Taipaleen kanavan rakennustyömaalle lähellä Varkautta. Ensimmäinen henkilöliikenteen rautatie rakennettiin Helsingistä Hämeenlinnaan 1858–1862.Tiet ja maakulkuneuvot, s. 241 Seuraavaksi valmistuivat rataosuudet Riihimäki–Pietari 1869–1870, Hyvinkää–Hanko 1873, Kerava–Porvoo 1874, Hämeenlinna–Tampere 1876 ja Turku–Toijala 1876. Savon rata avattiin vuonna 1889.
Liikennemuodot ja niiden ohjaus pienoiskuva|Raideopastin Keravan rautatieasemalla. Liikennettä rautateillä ohjataan opastimilla sekä radiopuhelimitse annettavilla suullisilla luvilla. Rautatieliikennepaikan eli yleiskielessä rautatieaseman sisäistä liikennettä nimitetään vaihtotyöksi, ja kahden liikennepaikan välistä liikennettä junaliikenteeksi riippumatta siitä, minkälainen yksikkö liikkuu.
Liikenneohjaaja huolehtii tarvittavan kulkutien muodostamisesta kääntämällä radan vaihteet, varmistamalla raiteiden käytön ja asettamalla opastimet vaadittavaan asentoon. Tässä työssä liikenneohjaajalla on yleensä käytössään turvalaitejärjestelmä, joka automaattisesti estää junaa tai vaihtotyöyksikköä joutumasta vaaralliselle, toiselle yksikölle varatulle raidealueelle.
Vaihtotyötä johtaa vaihtotyönjohtaja, ja sen suorittamiselle tulee olla liikenteenohjauksen lupa. Junan päällikkönä toimii veturinkuljettaja. Tavarajuna voi lähteä liikennepaikalta toiselle silloin, kun sillä on lähtölupa. Matkustajajunan lähtö edellyttää aikatauluaikaa, ja liikenneohjaajan annettua lähtöluvan kuljettajan on odotettava vielä konduktöörin antamaa ”valmis lähtöön” -opastetta.
Luokittelu Rautatiet voidaan jakaa tärkeytensä ja käyttötarkoituksensa mukaan pääratoihin, yhdysratoihin eli poikkiratoihin, rinnakkaisratoihin, sivuratoihin ja pistoratoihin.Tiet ja maakulkuneuvot, s. 251 Kaupunkirata on ainoastaan kaupungin lähiliikenteeseen käytetty rautatien osuus, jossa ei kulje kaukoliikennettä, kuten tavara- tai pikajunia. Metrorata on yleensä yleisestä rautatieliikenteestä täysin erillinen, suurten kaupunkien sisäiseen matkustajaliikenteeseen suunniteltu ja rakennettu rautatie. Metrorataa käyttävä liikennejärjestelmä on yleisnimeltään metro.
Maaston mukaan rautatiet voidaan jakaa tasanko-, mäkimaa-, vuoristo- ja vuoriratoihin. Rakenteen perustella erotetaan tartunta- eli adheesioradat ja hammasradat.Tiet ja maakulkuneuvot, s. 248 Suurkaupunkien alueella kulkevat radat rakennetaan usein joko tunneleihin (maanalainen rata) tai maan pintaa ylemmäksi (ilmarata tai korkorata).
Rakentaminen pienoiskuva|Kerava–Lahti-oikoradan rakennustyömaa Mäntsälässä vuonna 2005.
Rautatielinjan suunnan määräämiseksi tehdään ensin taloudellinen ja tekninen tutkimus, jossa selvitetään rautatien kannattavuus ja rakennustöissä huomioon otettavat ympäristöseikat. Sen jälkeen seuraa linjan avaaminen ja raivaaminen, ojittaminen ja kuivaaminen, tasaus- ja pengerrystyöt, sepelöinti, kiskotus, siltojen ja tukimuurien rakennus sekä asemarakennusten, laiturien ja muiden rautatien käyttöön liittyvien rakennusten rakentaminen. Radan alusrakenne koostuu väli- ja eristyskerroksesta sekä mahdollisista suodatinkerroksesta ja routalevystä. Radan päällysrakenne koostuu tukikerroksesta ja raiteesta. Raide koostuu ratapölkyistä, ratakiskosta, kiinnitys- ja jatkososista sekä vaihteista ja muista erikoisrakenteista. Ratapenger sisältää radan rakennekerroksien lisäksi mahdollisen pengertäytteen.