機器登上歷史舞臺（下）

張開遜

蒸汽機的發(fā)明，深刻而持久地改變了地球各大洲之間的相互關系，也改變了世界的格局。

當蒸汽機在英國進入越來越多的工業(yè)領域的時候，人們開始嘗試用它驅(qū)動車輛，因為飛速發(fā)展的工業(yè)給交通帶來了巨大壓力?？墒峭咛氐恼羝麢C對車輛不適用，因為推動活塞的蒸汽壓力不高，動作不夠快，體積和重量都很大，瓦特本人亦認為蒸汽機不適宜驅(qū)動運輸工具。

用蒸汽機驅(qū)動車輛面臨許多新問題。首先，它產(chǎn)生的力量不僅要能拖動自身，還要牽引沉重的負荷；此外，受道路限制，已有的道路難以承受蒸汽車輛的重壓。因此，必須首先實現(xiàn)大功率蒸汽機的小型化。美國人伊文思（1755-1819）和英國人特里維西克（1771-1833）不約而同地想到，可以用提高蒸汽壓力的辦法解決這個問題。從理論上分析，如果蒸汽機汽缸容積不變，提高蒸汽溫度，使蒸汽壓力提高10倍，蒸汽機的牽引力就會增大10倍。產(chǎn)生同樣的牽引力，高壓蒸汽機同瓦特蒸汽機相比，重量和體積都會小得多。后來，他們各自在美國和英國制造出了高壓蒸汽機。

伊文思出生于美國農(nóng)家，14歲時開始給修車匠當學徒。他在1789年提出高壓蒸汽機的設想，并申請了“蒸汽驅(qū)動貨車”的發(fā)明專利。1800年，他開始制造替代面粉廠水輪動力的高壓蒸汽機。1803年，伊文思受費城政府衛(wèi)生委員會委托制造挖泥船，以便迅速清除河底淤泥。他用自己的高壓蒸汽機作動力制造了一艘兩棲挖泥船，高壓蒸汽機在平地上驅(qū)動車輪前進，在水里則轉(zhuǎn)動旋槳航行，作業(yè)時可以把挖出的淤泥高高舉起拋向遠處。后來他還開著這臺怪模怪樣的高壓蒸汽機車，在費城的大街上行駛了兩千米。

兩棲挖泥船的成功，使伊文思堅信用蒸汽動力驅(qū)動車輛完全可行。他竭力主張鋪設從費城到紐約的軌道，以蒸汽機車作為交通工具實現(xiàn)兩個城市之間的快速運營。賓夕法尼亞州和馬里蘭州的權威嘲笑、反對伊文思的建議，行政當局也否決了他的主張。雖然伊文思得不到支持，但他仍執(zhí)著地認為自己的高壓蒸汽機會對人類有大用途。他又貸款制造了50臺蒸汽機。在這種機器里，汽缸中的蒸汽壓力是大氣壓力的14倍。然而，一個對他懷有敵意的雇員放火燒掉了他的工廠，使他功虧一簣。直到1830年，美國政府才決定鋪設從費城到紐約的鐵路，而此時伊文思已離世11年。

真正使蒸汽機車在軌道上運行的第一個人是特里維西克，他是一位思維縝密的機械工程師。為了安全，他加厚了高壓蒸汽機的汽缸壁，并把汽缸放進鍋爐，這不僅減少了蒸汽機部件占據(jù)的空間，而且容易保持汽缸高溫以獲得足夠高的蒸汽壓力。在他的機器里，蒸汽溫度達145℃，蒸汽壓力達每平方厘米4千克。他還取消了瓦特蒸汽機的冷凝器，讓推動活塞之后的蒸汽直接排向大氣。這種高壓蒸汽機車在前進的時候汽缸會不斷冒出白煙，并發(fā)出尖厲的嘶嘶聲，人們形容這種機車像一頭不斷打響鼻的驢。

1804年，特里維西克設計的高壓蒸汽機車開始在英國南威爾士的工廠運送鐵礦石。該車能夠拉動70個人和10噸鐵礦，最大時速可達8千米，行程14.9千米，它的力量比馬大10倍，比馬跑得快。但十分遺憾的是，當時特里維西克的機車用的是為馬車準備的鑄鐵軌道，鐵軌很脆，不久，8噸重的機車就壓斷了鐵軌。又因沒有人愿意修復鐵軌，特里維西克不得不終止試驗。后來，他又造了一批新機車，讓活塞推出的廢蒸汽通過煙囪排出，加速空氣對流，增大鍋爐的燃燒強度，進一步提高了鍋爐蒸汽的產(chǎn)量和活塞的工作壓力，使機車行駛更快。但盡管這樣，仍然沒有人愿意為他投資。

1808年，在倫敦尤斯登廣場，特里維西克在圍欄里鋪上圓形軌道，親自駕駛這種改進的機車轉(zhuǎn)著圈為觀眾表演。該軌道的直徑為30米，觀眾乘坐一次收費1先令（英國舊時貨幣單位，1先令相當于1/20英鎊）。他把這種游戲取名為“誰能抓住我”。這位杰出的發(fā)明家只能像雜耍一樣招來觀眾，而看熱鬧的觀眾的反應十分冷淡。

特里維西克在一連串失敗和冷遇之后失去了對機車的興趣，他的諸多天才發(fā)明無一成為商品。1833年，債務纏身的特里維西克逝世。

用鋼鐵制成的蒸汽機，加上必備的煤和水，使機車非常沉重，不適合在普通的土路上行進，需要堅固結實的軌道。幸運的是，當時歐洲實際上已經(jīng)為火車運輸準備了必需的道路條件。

早在15世紀，歐洲的礦山已開始使用在木制軌道上行駛的馬拉列車。木制軌道可以通過墊在下面的枕木和碎石，把車輪的壓力均勻地分散到路基上，使車輪不致陷下去；光滑的木軌能減小與車輪之間的摩擦力，使輪子轉(zhuǎn)動更加輕快；軌道在雨天不會變得泥濘不堪。由于歐洲煉鐵技術的進步，1783年以后，馬拉列車的木軌相繼改成鑄鐵軌道。

伊文思和特里維西克他們個人的失敗造就了人類的成功。1825年9月27日，第一條公共鐵路在英國北部斯托克頓至達林頓之間開通，鑄鐵軌道改為不容易斷裂的鍛鐵軌道，全長16千米。當時的火車有38節(jié)車廂，既搭乘旅客也裝運貨物，速度可達每小時23千米。機車采用特里維西克發(fā)明的高壓蒸汽機，由煤礦機械師斯蒂芬生（1781-1848）設計，并親自擔任司機。由于蒸汽機鍋爐的煙囪很高，那時的鐵路上方不能有低矮的橋梁，火車也不能穿過隧道。

第一條鐵路的成功營運，使人們看到了它巨大的商業(yè)利益。1830年9月15日，利物浦至曼徹斯特的鐵路正式開通。這一天，萬人空巷，盛況空前，英國首相也坐在車廂里。然而，意外事件不斷發(fā)生?；疖囋谛羞M中軋死了一名保守黨議員，快到終點時又被暴徒砸毀了一節(jié)車廂。而在此之前，愛爾蘭作家拉德納爾（1793-1859）就告誡人們不要乘坐火車。他寫道：“乘火車旅行是不可能的，因為乘客會因不能呼吸窒息而死?！?/p>

鐵路發(fā)展的速度完全超出人們的預料。到1850年，英國參與修建鐵路的工人已達25萬人，鋪設鐵軌的長度達1.1萬千米。在比利時，幾乎所有大城市都有鐵路貫通。這時美國鋪設的鐵路，總長度已超過其他所有國家的總和。美國通過修建鐵路開發(fā)遼闊的西部，使大西洋沿岸的東部經(jīng)濟區(qū)與太平洋沿岸連接在一起。英國在已有的城市之間修建鐵路，而美國新建的鐵路線上則出現(xiàn)了新興的城市。

隨著鐵路長度的增加，蒸汽機的功率迅速提高。1812年，特里維西克用于拖動車輛的高壓蒸汽機車功率約為50馬力；1876年，在美國費城舉辦的世界博覽會上，英國展出的蒸汽機車單臺功率已經(jīng)達到2500馬力。60年間，單臺機車的功率增大了50倍。

火車的發(fā)明，使人類能夠以前所未有的速度和規(guī)模改變自身和物質(zhì)財富的空間位置，地域和距離不再成為制約人類活動的重要因素。人們交流交往迅速增加，社會生活節(jié)奏加快。從前歐洲人一生中活動的平均半徑不到25千米，有了鐵路之后，當天就可以到達600千米以外的地方。

歷史上還沒有哪件發(fā)明能夠像火車那樣廣泛深刻地影響人類的活動方式。一位社會學家在談到鐵路對普通人的影響的時候，講了一個故事：當美國新修的鐵路穿過西部時，一位農(nóng)民打量著從他家門前經(jīng)過的鐵路，不以為然地說：“我原以為它是什么了不起的東西，不過就是兩根躺在木頭上的鐵條?！比欢恢溃瑥拇怂霓r(nóng)產(chǎn)品可能會在另外的地方賣個高價錢，也可能當晚就會面對外來農(nóng)產(chǎn)品的競爭。他的女兒可能會嫁到很遠的地方，他自己說不定會在千里之外找到一個更好的職業(yè)。

1797年出版的《不列顛百科全書》中關于航海的條目中寫道：“在18世紀，船舶的發(fā)展沒有出現(xiàn)突破性進展。如此重要，而又如此落后?！倍驮谶@部百科全書出版的時候，蒸汽機卻正在使造船業(yè)和水上交通發(fā)生深刻的變化。鐵路尚未修建的時候，人們已經(jīng)向往用蒸汽動力驅(qū)動船舶。

用蒸汽機開船遇到的問題，一點也不比用蒸汽機開車少，而且更加冒險。從18世紀初開始，到1807年美國發(fā)明家富爾頓（1765-1815）在美國紐約哈德孫河上開通第一條輪船客運航線為止，其間有不少于10人研制過蒸汽動力船。然而，他們大多以失敗告終。

1786年，美國發(fā)明家菲奇（1743-1798）制造出一艘用蒸汽機帶動12只垂直槳劃水的船，船的兩側(cè)有高高的架子，每邊裝有6只垂入水中的槳，蒸汽機活塞帶動架子上的橫梁往復運動，這些槳便像巨大的鴨蹼不知疲倦地劃水。這條船長13.7米，船身細長，就像印第安人的獨木舟。當時，美國有五個州的立法會議員代表在觀看了這艘船的行進演示后，同意給菲奇14年特權壟斷經(jīng)營蒸汽船，于是商人開始給菲奇投資。菲奇制造了三艘可以載人裝貨的蒸汽驅(qū)動明輪船，船的兩側(cè)各有一只像水車一樣翻動的輪子，固定在輪子端部的橫板周而復始地劃水推動船身前行。

1790年夏天，菲奇在特拉瓦河上開辟航線，開通了從美國費城到特雷頓之間客運。然而，坐船的乘客非常少，以致入不敷出，航行中蒸汽船又經(jīng)常出現(xiàn)故障，有時甚至停在航道上動彈不得。這時，船員們紛紛離開菲奇，投資商也撤回資金并向他追債，航運被迫終止。余下的船均在風暴中損壞，菲奇不得已而流落他鄉(xiāng)，希望在法國巴黎重新開始蒸汽船的事業(yè)。1795年，菲奇設計的蒸汽動力船獲得了法國專利，但不巧正趕上法國大革命爆發(fā)，人們沒有心思制造蒸汽船。菲奇在巴黎衣食無著，只好給一艘帆船的船主當水手，并借此再渡大西洋回到美國。不久，他服安眠藥自殺。菲奇的女兒為父親立了一塊非常小的墓碑，沒有說他是發(fā)明家，只說他是“一位參加過獨立戰(zhàn)爭的老兵”。

1802年，英國發(fā)明家賽明頓（1763-1831）制造了一艘蒸汽動力船，并用它在運河上裝運貨物。當貨運業(yè)主們知道這一消息后，唯恐蒸汽船搶走他們的馬拉船的生意，便制造輿論說：“蒸汽船的波浪會毀壞運河堤岸?！碑斁秩【喠速惷黝D的營運許可證。

同年，客居法國巴黎的美國發(fā)明家富爾頓覲見拿破侖，力陳蒸汽動力船的優(yōu)點，建議法國制造蒸汽船打敗英國海軍。拿破侖冷冷地說：“在甲板上升一堆火，噗哧噗哧冒著煙去打仗，笑話！”富爾頓的主張被斷然拒絕。由于拿破侖的偏執(zhí)，使得英吉利海峽未發(fā)生帆船和蒸汽船的決戰(zhàn)。

然而，富爾頓仍在巴黎建造了一艘蒸汽船，這艘船長21米、寬2，7米、吃水1米，用槳輪劃水。1803年8月9日，富爾頓使用借來的一臺8馬力蒸汽機，驅(qū)動蒸汽船在塞納河以步行的速度順利航行。當夜，風雨大作，巨浪把船攔腰折為兩段，蒸汽船沉入河底。

富爾頓早年曾是一位畫家，通過舉辦畫展積攢了造船的資金，并結識了瓦特。1803年，在瓦特的幫助下，富爾頓買到一批制作精良的蒸汽機零件，帶回美國繼續(xù)他的造船事業(yè)。兩年后，他制造出一艘50米長、4.2米寬、吃水0.7米的明輪蒸汽船。這艘船于1807年8月17日在哈德孫河上試航，順利航行32小時，航程240千米，航速已超過順風順水的帆船，這標志著蒸汽動力船在這一天正式誕生。

人們編造了這樣一個故事，說菲奇、賽明頓和富爾頓三人在天國偷了一條蒸汽船。菲奇先上船。魔鬼喊道：“快還我錢！”菲奇無奈下了船。接著賽明頓上船。魔鬼喊道：“波浪會毀壞堤壩！”賽明頓也只好下船。第三個上船的是富爾頓。無論魔鬼怎樣叫喊，富爾頓就是不下船，于是他成了輪船的發(fā)明者。

蒸汽動力船最大的優(yōu)勢在海上。富爾頓成功開通蒸汽船內(nèi)河航線之后14年，一艘英國蒸汽動力船開始在大西洋航行，取名“升星號”，寓意蒸汽動力船是冉冉升起的明星。不久，許多全部采用蒸汽動力的船舶開始橫跨大西洋航行。1838年4月，排水量1320噸的蒸汽動力船“大西號”從英國布里斯托港出發(fā)，15天之后到達美國紐約。此時蒸汽船問世不過幾十年，已經(jīng)比當年哥倫布的帆船快了4倍。1492年，哥倫布首航美洲，70天才越過大西洋。

人類自從發(fā)明了船，便期盼它行駛更快、裝載更多、航程更遠。在蒸汽動力出現(xiàn)之前，這種愿望很難實現(xiàn)，主要問題是：變化莫測的風力和水手有限的體能，船舶無法持久、快速地航行；在大海上遠航的船舶如果進入無風帶，無異進入死亡水域；帆和槳只適宜推動木船，而木船不能造得太大，否則船體自重和構件的拉力會使其斷裂。

蒸汽動力使這些難題迎刃而解。從原理上講，蒸汽機的動力不受限制。在19世紀，人們已經(jīng)造出單臺功率3萬馬力的蒸汽機，其動力大約相當于上萬匹馬一齊奔跑的力量。這種功率強大的機器，可以推動船舶在水上高速前進，也有足夠的力量驅(qū)動鋼鐵制造的巨大船只在海上遠航。1858年下水的英國輪船“大東方號”長207米，排水量達2萬噸，能裝載1.2萬噸煤和4000名乘客，就像一座漂浮在海上的城市。蒸汽動力船可以逆風逆流航行，可以在北極破冰而行。

由于蒸汽機的發(fā)明，人類水上交通呈現(xiàn)出全新的局面。從此，被海洋分割的陸地開始通過輪船越來越緊密地聯(lián)系在一起。鐵制的蒸汽動力船裝載著貨物、人類的欲望和野心，頻繁地穿梭于大洋之上，深刻而持久地改變了地球各大洲之間的相互關系，也改變了世界格局。

蒸汽機的發(fā)明亦不可逆轉(zhuǎn)地改變了人類文明進程，世界由傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)社會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)社會，人類活動開始越來越緊密地依賴化石燃料。在宇宙演化進程中只能出現(xiàn)一次的煤，成為世人爭奪的特殊財富，人們?nèi)找岳^夜地把它們挖出來，毫不猶豫地將其送進鍋爐變成灰渣和二氧化碳。蒸汽機使人們獲得從未有過的創(chuàng)造財富的能力，也使地球開始遭受從未有過的環(huán)境和生態(tài)破壞。人們產(chǎn)生了一種錯覺，以為化石燃料是用之不竭的自然資源，全然沒有思慮有一天它們耗盡之后怎么辦。

當蒸汽機掀起的浪潮席卷世界的時候，科學家正在默默地揭示一個又一個未知領域的奧秘，醞釀著新的變革。