Local EPUB Text
发明家和他们的发明
全世界人类创造才能的普遍性表明，没有任何一个国家、种族或大陆可以锁住这些创造力。阿拉伯人和中国人在科学方面的关键进步远比欧洲要早。他们甚至还开发了复杂的液压系统。在撒哈拉以南的非洲地区，工匠们可以熟练地采矿，并用金、铜、锡和铁制作器物。哥伦布发现美洲大陆之前，玛雅人、印加人、阿兹特克人在没有利用铁骑或轮子的情况下，已经修建了宏伟的建筑。这些例子都是为了告诉我们，不是文明的智力，而是技术好奇心和经济机会的顺利结合，再加上有利的社会环境，工业革命才会出现。简言之，社会为智力和知识应用于生产过程提供了动力。环境也为个人实验提供了行动范围。或者更准确地说，官方没有运用权力转移研究领域的好奇心，也没有动用法律惩罚或歧视那些进行创新，扰乱传统工作场所的人。
两位有创造力的铁匠塞维利和纽科门最早利用了大气重量的新知识，使得蒸汽带动了发动机。矿井抽水使用蒸汽机非常有效，1705年，纽科门的发明为一些没什么赚头的煤矿注入了活力。有些明白人建议矿主购买蒸汽机，这些矿主可能来自英国国教，或者牛津大学，再或者是地头上有矿藏的贵族。差不多同一个时间，亚伯拉罕·达比（Abraham Darby）想出了如何使用焦炭，这种燃煤的固体衍生物可以代替木炭在高炉里使用。这是很不错的共生关系，蒸汽机的锅炉里使用煤，反过来，它又可以用来从生产煤的矿井里泵水。和其他许多发明一样，过了差不多半个世纪，铸铁才可以容易地使用焦炭，才可以利用蒸汽机的抽吸把空气鼓入熔炉。[33]
纽科门的蒸汽机在采矿和炼铁上替代了水轮机和风箱，这是无止境替代的第一波。这些机器需要耗费大量的化石燃料，但是英国有很多煤。这就意味着蒸汽机必须在英国中心靠近煤田的地方使用。经济学家把这种企业集中在煤矿周围的现象称为集聚经济。他们的意思是说，如果这些工房聚集在一起，它们就可以利用同一批技术工人、同一项专业服务，还有价格更低的原材料，这是燃料限制产生的一个意外但有益的后果。[34]1800年，英国共有1600台纽科门发动机在运转；比利时有100台；法国有45台。荷兰、俄罗斯和德国有一些，葡萄牙和意大利没有。[35]在煤炭稀缺的地方，如果想让蒸汽机在经济上具有可行性，需要一些新要素，但在此期间，纽科门机器成功地解决了煤矿的排水问题，使英国因其81%的开采量，成为欧洲主要的矿业中心。
苏格兰的仪器制造商瓦特因为修理纽科门发动机，而进入了我们的历史画面。这次遭遇激发他成了一名机械工程师。瓦特自学成才，消化吸收了他从认识的格拉斯哥学者那里学到的所有知识。他一生都热衷阅读和收藏图书。[36]瓦特以实验科学家的精准度要求不断尝试，苦思冥想如何解决纽科门发动机的气缸在加热、冷却、再加热的过程中产生可怕的蒸汽浪费的问题。针对这个问题，他设计了一个冷凝器，可以把蒸汽排到一个独立但连通的小室内。1769年，他为这项发明申请了专利。与利用蒸汽的力量移动物体一样，冷凝器也利用了自然的一个基本属性，就是大气压力。在漫长的职业生涯中，瓦特一直都在制造蒸汽机，培训蒸汽工程师，他的大部分时间都是在伯明翰的工厂里度过，不断优化改良他的设计，正如一位学者近期的评论，他说瓦特把蒸汽机从“粗笨的装置变成了工业动力的通用来源”。
18世纪晚期，瓦特模型的平均容量是水轮机的五倍，而且它们可以放置在任何地方。[37]一匹马的力量是一个人的十倍多。瓦特从这个统计数据入手，确定了人工能源的计量单位。一马力相当于在1秒内将550镑的重物举高1英尺，约为750瓦特。瓦特的儿子是看出蒸汽发动机发展潜力的实业家。凭借父亲在数学和物理方面对他的勤勉指导，小瓦特专心致志地为船舶设计引擎，19世纪10年代，一群美国人正在急切地寻找可以载运旅客和货物沿哈德逊河逆流而上并且通过密西西比河下游的方法。从蒸汽船到铁路是明显的接续步骤，19世纪20年代，乔治·斯蒂芬森（George Stephenson）发明了铁路。瓦特和他的合伙人马修·博尔顿（Matthew Boulton）为各种可能的工业应用生产了数百种发动机，到1819年，瓦特去世的那一年，他们生产发动机的种类已经过千。他们对自己的专利极力保护，而且与许多发明家不同，他们成功地依靠自己的独创性设计赚到了钱。获取专利的过程常常就像是一场超越障碍的训练。更令人吃惊的是，瓦特同时代的人看出了他成就的征兆。