瓦特与蒸汽机:一次改良,怎么掀翻了整个社会

从病弱少年到大学修理工

瓦特与蒸汽机:一次改良,怎么掀翻了整个社会

一七三六年,詹姆斯·瓦特出生在苏格兰的格里诺克小镇。父亲是个造船木工,后来转行做商人,母亲出身贵族家庭,受过良好教育。瓦特从小体弱多病,经常发烧头痛,没怎么正经上学,大部分时间待在家里,靠母亲教他读书写字。

这个孩子的动手能力却出奇地强。他喜欢拆东西,父亲作坊里的工具他摸得门儿清,八岁就能自己做小机器。十五岁时,他读了一本《物理学原理》,翻来覆去看了好多遍,几乎能背下来。母亲去世后,家道中落,瓦特不得不早早谋生。一七五五年,十九岁的他只身前往伦敦,在一家仪器制造店当学徒。

别人学四年的东西,他一年就学完了。

回到格拉斯哥后,瓦特想开个自己的仪器店,可当地行会不答应,说他学徒期不够。正在这时,格拉斯哥大学抛来橄榄枝——学校缺个仪器修理工,问他愿不愿意来。瓦特一口答应。这份工作薪水不高,但好处是能接触到大学里最聪明的脑袋,还有满屋子的科学仪器。

他修过望远镜,修过天平,修过各种奇奇怪怪的实验装置。教授们都喜欢这个安静、手巧的年轻人。谁也没想到,这个修理工将来会把整个世界都给修"动"了。

一台破机器和一个闪念

一七六三年,格拉斯哥大学收到一台纽科门蒸汽机的模型,坏了,没人会修。有人说,找瓦特试试。

纽科门蒸汽机是什么东西?说穿了就是个抽水机。矿坑里积水,矿工们用水桶往上提太慢,就用这台机器抽水。它的原理很简单:烧开水产生蒸汽,蒸汽进入汽缸推动活塞上去,然后往汽缸里喷冷水,蒸汽冷凝成真空,大气压把活塞压下来,这样一上一下,带动水泵抽水。

问题是,这玩意儿太费煤了。每做一次功,汽缸就要被冷水浇凉一次,下一次又得重新把汽缸烧热。大部分热量都浪费在加热汽缸上了,真正用来干活的没多少。矿场老板们算了账,只有在煤特别便宜的地方才用得起这机器。

瓦特把模型拆开,琢磨来琢磨去。他发现了关键:汽缸一会儿热一会儿冷,热量全白费了。能不能让汽缸一直热着?

一七六五年春天的一个下午,瓦特在格拉斯哥草坪上散步。走着走着,他脑子里突然"咔哒"一声——让蒸汽到另一个容器里去冷凝不就行了?汽缸保持高温,冷凝器一直冷着,两头各司其职,热量不就保住了?

这个想法就是分离式冷凝器。听起来简单,但之前没人想到。

瓦特算了算,效率至少提高四倍。他兴奋得不行,立刻回去做实验。实验成功了,但困难才刚刚开始。要把这个发明变成真正能用的机器,需要钱,需要工厂,需要精密的加工技术。瓦特那点工资,连买材料都不够。

博尔顿和全世界都渴望的东西

瓦特先是找了个叫罗巴克的商人合作,结果罗巴克破产了。后来,他遇到了马修·博尔顿——伯明翰的一个大工厂主,有钱,有野心,也有眼光。

博尔顿看了瓦特的设计,当场拍板:干。

他们的合作模式很简单:博尔顿出钱、出工厂、出工人,瓦特出技术。赚了钱,按比例分。博尔顿给瓦特写过一封信,说他相信这台机器会有大用处。瓦特回信里说了一句后来很有名的话:先生,我在这里出售的是全世界都渴望的东西——动力。

这话一点不夸张。

在此之前,人类的动力来源就那几样:人力、畜力、水力、风力。水能 mills 得建在河边,风得看天吃饭。蒸汽机不一样,烧煤就行,想放哪儿放哪儿,想什么时候开什么时候开。

瓦特的蒸汽机先是卖给矿场抽水。老板们一算账,虽然机器贵,但省下来的煤钱几年就回本了,后面纯赚。订单开始越来越多。

然后是纺织厂。以前的纺织厂必须建在河边,靠水车带动织布机。有了蒸汽机,工厂可以建在任何地方。英国的纺织业像被点了火一样,产量翻着跟头往上涨。

再然后,有人把蒸汽机装到船上——富尔顿的蒸汽轮船。有人把蒸汽机装到车上——史蒂芬森的蒸汽火车。

整个世界的运行方式被改写了。

人类第一次拥有了不受自然条件限制的稳定动力源。工厂不必临河而建,运输不必仰仗风和水流。生产方式从家庭作坊变成了大工厂,城市化进程加速,工人阶级出现,全球贸易格局大变。这一切的起点,就是那个苏格兰修理工在草坪上散步时冒出的一个念头。

不止是蒸汽机

很多人以为瓦特只发明了蒸汽机,其实他搞出来的东西远不止这个。

他发明了"马力"这个功率单位。当年为了向矿场老板们解释一台蒸汽机能顶多少匹马,瓦特算了又算,最后定了个标准:一匹马每秒能把五百五十磅的重物提高一英尺,这就是一马力。这个单位一直用到今天,汽车发动机还在用。

他还搞出了最早的复印技术。那时候工程师画图,要抄一份得重新画一遍,太麻烦。瓦特琢磨出一种方法:用特殊的墨汁在纸上写字,然后压到另一张湿润的纸上,墨迹就会转印过去。这就是最早的复印机雏形。

他还研究过气压计,改进过望远镜,甚至还发明过一种复制雕塑的机器。这个人的脑袋里装的东西实在太多了。

一八一九年,瓦特去世,享年八十三岁。他活得够长,亲眼看到了自己的发明如何改变了英国,改变了欧洲,改变了整个世界。

后来,国际电工委员会把功率的基本单位命名为"瓦特",符号是W。从电灯泡到发电厂,从手机充电器到火箭发动机,所有跟功率有关的东西,都用着他的名字。

一个没怎么上过学的修理工,把一台笨拙的抽水机器,变成了驱动整个人类文明的工业心脏。