一次無意的偉大改良，讓人類社會進入工業文明

作者：我方特邀作者李金鍚

人類的科技文明發展到現在，科學家將其歸納為三個階段的工業革命。第一次工業革命是以蒸汽機作為動力機械被廣泛使用為標誌的，其代表人物就是瓦特。一些細心的人會注意到瓦特並沒有發明蒸汽機，而是改良了蒸汽機。

單憑瓦特的改良就把最初的發明者掩蓋掉了，從側面說明初始的蒸汽機有多麼的糟糕，那麼蒸汽機誕生的過程有多麼曲折呢？

一、採礦需要

「人和動物的根本區別在於人能夠使用工具。」這是哲學家的定義。早期的人類開始嘗試用石頭或骨頭作為工具和武器。但這種玩意大自然遍地都是，所以那時候打仗幾乎沒有什麼成本，只要人夠多就可以了。

經過無數年的較量，人類偶然發現了銅。銅不僅迅速成為社會的主要資源，而且還催生了早期的採礦業和金屬加工業。人類繼而進入到鐵器時代、火器時代，隨著火炮的大規模應用，鋼成為各國最重要的軍事物資。

在那個時候，鋼鐵生產多少都是不夠用的。因為大炮生產需要鋼鐵，堡壘加固也需要鋼鐵，西方正處於對外擴張的時期，需要大量的軍事資源。英國甚至有過規定：全國生產的鋼鐵二分之一必須用于軍事建設。

可是鋼不是采出來的，是冶煉出來的，那麼就需要源源不斷的鐵礦石。由於社會對鐵的需求持續增長，為了收益，鐵礦只能越挖越深。

挖著挖著，地下水就被挖出來了，這樣礦井只能廢棄掉。為了保住礦井，就必須抽水，想要抽水，就需要水泵。水泵終於讓一些人開了竅。

1654年，德國人奧托·格里克依靠水泵的原理造出了真空泵。它的工作原理就是一個有活塞的圓柱體，活塞由底部燒開的水產生蒸汽進行推動。水被冷卻後，活塞被它下邊的真空拉動，折返並縮回原位。

這個真空泵配合滑輪可以用以提升重物，更快地將礦中水提取上來。後經英國人湯馬斯·塞弗里的改進大規模應用到鐵礦採集上，被人們稱之為「礦工之友」。

不過結果顯而易見，「礦工之友」只是解決了早起的蒸汽機械問題，但完全沒有達到改變世界的程度。

二、紐科曼的改良者

英國的五金商人紐科曼對機械非常愛好，他和一個名叫約翰·加利的管道工一起改良「礦工之友」。1705年前後，兩人建造了一台巨大的蒸汽驅動的機器。

與之前的蒸汽真空泵不同的是，圓柱的頂部密封著一層冷水，蒸汽從一個巨大的泵房穿過導入圓柱體，頂部會噴出一股冷水，活塞即可上下運動。活塞連接著一個拉杆，這樣可以將礦井裡溢出的水抽取上來，還可以送入新鮮的空氣。

有些中小學教材上說：瓦特通過觀察開水壺的蒸汽，繼而發明了蒸汽機。這個故事比蘋果砸中牛頓繼而發現萬能引力的故事還要荒謬。

牛頓好歹還有多年的物理知識做功底，而瓦特出生時蒸汽機早就應用到採礦業了，完全不用其小時候費盡心思地琢磨蒸汽是如何工作的。

在1763年的時候，英國斯塔福德郡的一架紐科曼式蒸汽機壞掉了，有人托瓦特去修理一下。當時的瓦特完全沒有把蒸汽機放在眼裡，27歲的他時任格拉斯哥大學的機械設備養護負責人，修理蒸汽機只是幫忙而已。

當他拆開紐科曼式蒸汽機時，瓦特當即發現這套設備的生產效率實在是太低下了，運行速度緩慢到令人髮指。有過數年維修機械經驗的他當時設想，如果讓蒸汽在圓柱體旁邊的汽室里冷凝，效率一定會更高。

於是瓦特在紐科曼式蒸汽機的基礎上，加了一個分體式汽室，以便冷卻蒸汽；同時就是將圓柱體內的活塞重新製造，因為之前那個不是那麼嚴絲合縫。不久，世界上第一台龐大、能夠有效應用的蒸汽機，經過瓦特的改良誕生了。

紐科曼的傑作經過巧手改裝之後爆發了巨大威力，威力之大可以拉動火車，足見最初設計的功底。可惜但凡全世界上過學的孩子都知道瓦特的大名，極少有人再注意紐科曼這個名字。

三、進入工業文明

然而瓦特真正的幸運並不是這次改良，他與外國武器製造商的一次相遇終於將自己推上了歷史的巔峰。

歐洲在18世紀之前製造火炮都是將鐵進行翻砂處理，然後倒入模具成型。可是這種加工出來的炮筒不盡如人意，經常發生災難性的炮筒爆炸。

蘇格蘭王詹姆斯二世就是因為炮身爆炸而身亡。甚至到了1844年，美國國務卿在戰艦參觀時，也因火炮自爆而身亡。那個時候炮兵是西方死亡率最高的兵種。

終於之前的鑄炮方式被瑞士的吉恩·馬里茲火炮工程師推翻，他認為應該將火炮鑄造成實心圓柱，通過鑽孔的方式將炮筒打通。現代火炮的生產方式正是應用了馬里茲的理念。然而遺憾的是，當時並沒有鑽孔機來滿足馬里茲的設想。

到了1773年，法國軍隊趕上了「幸運年」，軍中火炮成批量的自爆，為此軍事高層專門成立了委員會來調查爆炸事故，用以改善設計，提高火炮的可靠性。接到任務的馬錢特·德拉霍利埃爾結合馬里茲理論，自己開發出一套通過導軌移動，精度非常高的鑽孔機。

鑽孔機發明的當年，德拉霍利埃爾跑到英國去尋求合作。當時瓦特正為大規模生產嚴絲合縫的活塞、圓筒而發愁。於是二者一拍即合，經過幾年的努力，瓦特造出第一台往複式蒸汽機，將人類社會帶入工業文明。

只可惜在瓦特的光環之下，格里克、紐科曼、德拉霍利埃爾等人都埋藏在史料的角落之中……

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