瓦特蒸汽機與工業革命

江玉安

以前的小學課本有一篇課文——《瓦特與茶壺的故事》。瓦特（見圖1）小時候看到火爐上的水燒開。蒸汽把水壺蓋頂開。瓦特把壺蓋放回去但很快又被頂開了。瓦特就這樣反復地做想找出原因，后來他發現這是蒸汽的力量，通過研究發明了蒸汽機。瓦特是人類歷史上最著名的發明家之一。在美國作家查爾斯·穆雷的《人類成就》一書中，介紹了他曾經做過的一個調查，在歷史上最知名的229位發明家中。瓦特與愛迪生并列第一位。

瓦特是與英國工業革命聯系在一起的。第一次工業革命又被稱為蒸汽革命。1776年。瓦特改進的蒸汽機的廣泛使用被認為是工業革命正式開始的標志。瓦特在英國留下了很多印記：倫敦威斯敏斯特大教堂有瓦特的紀念碑：瓦特家鄉漢茲沃斯的圣瑪麗教堂里建有瓦特、博爾頓與默多克三人的紀念像，他們三人是蒸汽機公司的合伙人：曾經最著名的學術團體之一“月亮社”的紀念碑上也有瓦特與一臺蒸汽機的雕刻：當然，最為世人傳誦的還是國際單位制中功率的單位“瓦特”以及F系列50英鎊背面的瓦特與博爾頓像。

1736年1月19日。瓦特出生于蘇格蘭格拉斯哥附近的港口小鎮格林諾克。家境殷實。瓦特小時候和愛迪生一樣。主要由母親在家里進行教育。瓦特17歲的時候。母親去世。家道中落，瓦特開始外出打工養家。1757年。瓦特回家。在格拉斯哥大學開設了一間機械修理店。當起了小老板。科學家布萊克教授成了瓦特的朋友與導師。布萊克比瓦特大8歲。最早發現“固定空氣”。即二氧化碳。瓦特與布萊克經常一起參加“月亮社”的學術團體活動。“月亮社”每個月在月網之夜活動一次。以便活動結束后大家可以借助月光回家。“月亮社”的成員是熱衷科學技術的實業家、實驗家與哲學家等。如實業家馬修·博爾頓、達爾文的外祖父韋奇伍德（陶瓷家）、實驗家普里斯特利（發現氧氣）以及達爾文的祖父伊拉斯謨。達爾文（自然哲學家，醫生）都是重要成員。

1763年。瓦特得知格拉斯哥大學有一臺紐科門蒸汽機。正要送往倫敦修理。他請求學校取回這臺蒸汽機并親自進行了修理。瓦特反應敏捷，這很像當年的伽利略。當年，伽利略聽說有人準備帶望遠鏡到威尼斯出售時，馬上行動，造出性能更優的望遠鏡，結果不但獲得一筆豐厚的報酬。而且從此獲得長期訂單。通過修理這臺蒸汽機。瓦特增長了見識。也磨礪了技術。在1765年取得關鍵性進展。他把蒸汽機的冷凝器與氣缸分離開來。制成“分離式”蒸汽機樣機。氣缸與冷凝器的分離。可以使氣缸維持較高的溫度。提高了效率，節省了能源。

科學家布萊克、實業家博爾頓看好瓦特蒸汽機的前景。及時給予了瓦特精神鼓勵與資金支持。瓦特與博爾頓更是開始了他們長達25年的成功合作。瓦特與博爾頓的合作。使得瓦特得到了更好的設備、充足的資金以及持續的工藝支持。1776年。經過不斷嘗試與改進。第一批實用型蒸汽機制造成功并應用于實際生產。這批蒸汽機由于只能提供往復直線運動。因此主要應用于抽水泵上。在博爾頓的要求下。瓦特開始研究如何將蒸汽機的直線往復運動轉化為圓周運動。以便使得蒸汽機能夠為絕大多數機器提供動力。

1781年。瓦特公司的雇員威廉·默多克發明了一種稱為“太陽與行星”的曲柄齒輪傳動系統。并以瓦特的名義成功申請了專利。后來。瓦特又發明了雙向氣缸。瓦特新型蒸汽機的效率是過去紐科門蒸汽機的3倍。1794年，瓦特與博爾頓合伙組建了專門制造蒸汽機的公司。不但享有多種專利保護，而且享有像出版業那樣的“版稅”（每位安裝蒸汽機的客戶都要繳納一定數量的費用）。就像我國現在的“初裝費”。在博爾頓的成功經營下。到1824年。公司共生產了1165臺蒸汽機。瓦特與博爾頓賺得盆盈缽滿。雖然瓦特對商業經營缺乏興趣。但他有優秀的合作伙伴——博爾頓。他們的合作一直延續到下一代。成為世交。博爾頓與小詹姆斯·瓦特繼續合作。同時吸收了威廉。默多克為合伙人。保證了公司的持續成功。

瓦特改進的蒸汽機是一項偉大發明。是第一次工業革命的主要標志。推動了社會及科學的進步。蒸汽機成為幾乎所有機器的動力。使手工業逐步進化為機器大工業。

與瓦特的幸運相比。英國另一位發明家、礦業工程師理查德·特里維希克就是一位悲劇英雄。特里維希克不愿交納瓦特蒸汽機的“版稅”。決定自己改進蒸汽機。引入高壓蒸汽。特里維希克在1804年發明了世界上首輛可以實際運作的蒸汽機車。但他的蒸汽機過于笨重。也沒有吸引到足夠的投資。無法及時投入商業運行。他在1805年至1809年間曾聯合同鄉的礦工嘗試挖掘穿越泰晤士河的水底隧道。也因為沒有做好處理河床下松軟泥土的準備而宣告失敗。實用的蒸汽機車由史蒂芬森于1814年試制成功。

總結一下蒸汽機的改進與商業成功。下列兩大因素非常關鍵：一是“月亮社”的組建，實業家與實驗家、哲學家等志同道合者定期相聚交流。強強聯合：二是有風險投資、專利保護與稅收分紅。這保證了技術進步與發明創造的可持續性。

責任編輯 彭德利