張開遜

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

當(dāng)蒸汽機(jī)在英國進(jìn)入越來越多的工業(yè)領(lǐng)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。可是瓦特的蒸汽機(jī)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(rèn)為蒸汽機(jī)不適宜驅(qū)動運(yùn)輸工具。

用蒸汽機(jī)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(fù)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(jī)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(jī)汽缸容積不變，提高蒸汽溫度，使蒸汽壓力提高10倍，蒸汽機(jī)的牽引力就會增大10倍。產(chǎn)生同樣的牽引力，高壓蒸汽機(jī)同瓦特蒸汽機(jī)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(jī)。

伊文思出生于美國農(nóng)家，14歲時開始給修車匠當(dāng)學(xué)徒。他在1789年提出高壓蒸汽機(jī)的設(shè)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(jī)。1803年，伊文思受費(fèi)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(jī)作動力制造了一艘兩棲挖泥船，高壓蒸汽機(jī)在平地上驅(qū)動車輪前進(jìn)，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(yuǎn)處。后來他還開著這臺怪模怪樣的高壓蒸汽機(jī)車，在費(fèi)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(shè)從費(fèi)城到紐約的軌道，以蒸汽機(jī)車作為交通工具實現(xiàn)兩個城市之間的快速運(yùn)營。賓夕法尼亞州和馬里蘭州的權(quán)威嘲笑、反對伊文思的建議，行政當(dāng)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(rèn)為自己的高壓蒸汽機(jī)會對人類有大用途。他又貸款制造了50臺蒸汽機(jī)。在這種機(jī)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(shè)從費(fèi)城到紐約的鐵路，而此時伊文思已離世11年。

真正使蒸汽機(jī)車在軌道上運(yùn)行的第一個人是特里維西克，他是一位思維縝密的機(jī)械工程師。為了安全，他加厚了高壓蒸汽機(jī)的汽缸壁，并把汽缸放進(jìn)鍋爐，這不僅減少了蒸汽機(jī)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(jī)器里，蒸汽溫度達(dá)145℃，蒸汽壓力達(dá)每平方厘米4千克。他還取消了瓦特蒸汽機(jī)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(jī)車在前進(jìn)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(jī)車像一頭不斷打響鼻的驢。

1804年，特里維西克設(shè)計的高壓蒸汽機(jī)車開始在英國南威爾士的工廠運(yùn)送鐵礦石。該車能夠拉動70個人和10噸鐵礦，最大時速可達(dá)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(dāng)時特里維西克的機(jī)車用的是為馬車準(zhǔn)備的鑄鐵軌道，鐵軌很脆，不久，8噸重的機(jī)車就壓斷了鐵軌。又因沒有人愿意修復(fù)鐵軌，特里維西克不得不終止試驗。后來，他又造了一批新機(jī)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(qiáng)度，進(jìn)一步提高了鍋爐蒸汽的產(chǎn)量和活塞的工作壓力，使機(jī)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(jìn)的機(jī)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(fèi)1先令（英國舊時貨幣單位，1先令相當(dāng)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(yīng)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(jī)車的興趣，他的諸多天才發(fā)明無一成為商品。1833年，債務(wù)纏身的特里維西克逝世。

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

早在15世紀(jì)，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(shù)的進(jìn)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(dá)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(dāng)時的火車有38節(jié)車廂，既搭乘旅客也裝運(yùn)貨物，速度可達(dá)每小時23千米。機(jī)車采用特里維西克發(fā)明的高壓蒸汽機(jī)，由煤礦機(jī)械師斯蒂芬生（1781-1848）設(shè)計，并親自擔(dān)任司機(jī)。由于蒸汽機(jī)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(yùn)，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(jìn)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(yù)料。到1850年，英國參與修建鐵路的工人已達(dá)25萬人，鋪設(shè)鐵軌的長度達(dá)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(shè)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(jì)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(jī)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(jī)車功率約為50馬力；1876年，在美國費(fèi)城舉辦的世界博覽會上，英國展出的蒸汽機(jī)車單臺功率已經(jīng)達(dá)到2500馬力。60年間，單臺機(jī)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(dāng)天就可以到達(dá)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(xué)家在談到鐵路對普通人的影響的時候，講了一個故事：當(dāng)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?，從此他的農(nóng)產(chǎn)品可能會在另外的地方賣個高價錢，也可能當(dāng)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(yuǎn)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(guān)于航海的條目中寫道：“在18世紀(jì)，船舶的發(fā)展沒有出現(xiàn)突破性進(jìn)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(jī)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(jī)開船遇到的問題，一點也不比用蒸汽機(jī)開車少，而且更加冒險。從18世紀(jì)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(yùn)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(jī)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(jī)活塞帶動架子上的橫梁往復(fù)運(yùn)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(xì)長，就像印第安人的獨木舟。當(dāng)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(jìn)演示后，同意給菲奇14年特權(quán)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(fù)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(fèi)城到特雷頓之間客運(yùn)。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(yùn)被迫終止。余下的船均在風(fēng)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(shè)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(dāng)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(yùn)河上裝運(yùn)貨物。當(dāng)貨運(yùn)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(yùn)河堤岸?！碑?dāng)局取締了賽明頓的營運(yùn)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(jī)，驅(qū)動蒸汽船在塞納河以步行的速度順利航行。當(dāng)夜，風(fēng)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(jié)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(jī)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(fēng)順?biāo)姆?，這標(biāo)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(dá)美國紐約。此時蒸汽船問世不過幾十年，已經(jīng)比當(dāng)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(yuǎn)。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(fēng)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(yuǎn)航的船舶如果進(jìn)入無風(fēng)帶，無異進(jìn)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(gòu)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(jī)的動力不受限制。在19世紀(jì)，人們已經(jīng)造出單臺功率3萬馬力的蒸汽機(jī)，其動力大約相當(dāng)于上萬匹馬一齊奔跑的力量。這種功率強(qiáng)大的機(jī)器，可以推動船舶在水上高速前進(jìn)，也有足夠的力量驅(qū)動鋼鐵制造的巨大船只在海上遠(yuǎn)航。1858年下水的英國輪船“大東方號”長207米，排水量達(dá)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(fēng)逆流航行，可以在北極破冰而行。

由于蒸汽機(jī)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(guān)系，也改變了世界格局。

蒸汽機(jī)的發(fā)明亦不可逆轉(zhuǎn)地改變了人類文明進(jìn)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(jìn)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(jìn)鍋爐變成灰渣和二氧化碳。蒸汽機(jī)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(dāng)蒸汽機(jī)掀起的浪潮席卷世界的時候，科學(xué)家正在默默地揭示一個又一個未知領(lǐng)域的奧秘，醞釀著新的變革。