1．瓦特与蒸汽机

从手工制造到大机器生产的演进，在当时的英国人看来，一切都是自然而然发生的，并没有什么特别。现在的人们“事后诸葛亮”式地总结了很多内因和外因，但就当时的人来说，那只不过是他们的日常生活，一切都在不知不觉即缓慢又急促地发生。从每个人的日常生活来看，过程是缓慢的。但从历史来看，又是急促的，短短几十年就颠覆了几千年发展的一切。

很多时候，包括发明者本人往往都以为解决了一个小问题，但回过头来看，却是一场翻天覆地的革命。前文提到，在瓦特发明蒸汽机之前，英国纺织业已经在纺纱和织布的效率冲突当中发明了大量的机器，甚至这些机器的组合还导致了最早工厂的出现。但所有的这一切都是序曲，蒸汽机才是关键。

在说明蒸汽机的伟大价值以及瓦特发明的蒸汽机的过程之前，先插入一个小故事：在瓦特大约6岁的时候，他的妈妈和一个亲戚聊天，而瓦特一直盯着火炉上的水壶发呆，一会儿把壶盖揭开又盖上，水开了就拿着钥匙和水杯挡住壶嘴，然后盯着壶盖出神。据说当时他的妈妈很生气，以为他无所事事，指责他太贪玩了。但如果他妈妈能预见到瓦特后来的成就，她也许会说：“你就尽情地看着水壶吧”。无论这篇故事是否真实，但天才总有异于常人之处，瓦特也不例外。

马克思认为瓦特是伟大的天才，并在他著作的《资本论》一书中对蒸汽机的重要性做了大量论述，例如，他论述道：“单个的机械，在尚由人力推动时，必非常微小。在蒸汽机尚不能代替动物、风、水那种现成的动力之前，机械体系是不能自由发展的；同样，在大工业引为特征的生产手段（机械），尚以个人力量和个人熟练为基础时……大工业也不能有完全的发展。”这段话也论证了即便纺织机器广泛使用的手工工场，与真正的大工业，或者称为大机器生产还是有根本性区别的。可以说，蒸汽机在从手工工场到大机器生产的范式转变中起到了画龙点睛的作用。没有蒸汽机，手工工场与工厂制度之间距离就无法逾越，大机器生产范式就不能完全建立，这也是后来蒸汽机被普遍认为是第一次工业革命标志的根本原因。

蒸汽机发明之前，创造工厂的阿克莱特在1768年发明了水力纺纱机。而且，在蒸汽机广泛应用以前，水力利用的时间还比较长。但使用水力作为动力，工厂就只能设在河流的旁边，对水流速度也有要求，不能随便建设。这种要求在英国只有少数地区具备条件，而大多数地方水流缓慢。而且即便在合适的地方，水动力也往往会出现动力不足的情况。怎么办？造人工瀑布，创造激流。但这又需要把水抽到高处的蓄水池中，蒸汽机的最早作用就是从这里开始的。

从历史来看，一切都是必然的，但对创造者个人来说，大多数情况下都是偶然的。最早的蒸汽机并不是作为通用动力出现的，主要用途是用来抽水。包括最早瓦特发明的更有效率的蒸汽机，目标市场也是矿山抽水。例如，1775年，瓦特所在的索霍工厂交付给一家煤矿一架蒸汽机，就是用来抽水。它与上一代蒸汽机——纽科门蒸汽机相比，在相同燃料消耗下，效率提高两倍。瓦特卖出的第一台不是用来抽水的蒸汽机也不是用于工厂动力，而是用于高炉鼓风机。

1781年，瓦特宣布已经“设计出多种新方案用于实现将发动机的直线往复运动转化为持续的围绕一条轴或以一点为中心的圆周运动。而且这种设计方案完全可以用在碾磨机和其他机器上。”这一点很重要，这是通向通用动力的关键一步。同年，他为“太阳和行星”齿轮联动装置（实现圆周运动）申请专利保护。1782年，瓦特获得了圆周运动的专利证书。同年，瓦特还提出了动力的标准单位马力。一切都在向把早期蒸汽机转向通用动力的方向前进。但这个时候，蒸汽机还是没有与工业革命的中心——纺织工业关联起来，瓦特蒸汽机当时的市场还主要是各种碾磨机。瓦特在1782年甚至专门写信给自己的合伙人博尔特说：“如果你经过曼彻斯特，请你不要寻找纱厂的订单。我听说那么多的工厂设在北部水流的岸边，这项工业不久就一定会过多了，我们会有蹈冒徒劳的危险。”直到两年后他才认识到如果工厂设在城市中，能够对燃料的消费量和使用费做出抵偿时，蒸汽机就一定能够用于纱厂。这个预见是准确的，后续的发展也证实了这一点。这件事说明一个事实，具体到一个个人和一个企业，生存和利益永远是第一位的，其次才是时代的宏伟蓝图，如图2-1所示是瓦特蒸汽机模型。

图2-1 瓦特蒸汽机模型

1784年，瓦特生平最为得意的机械发明“平行传动装置”获得了专利，这套装置能够极大地提高蒸汽机工作的稳定性和平稳性。在这套装置的专利申请文件中，瓦特已经写上了这样的内容：“使用蒸汽动力使之移动”，基本上与授予瓦特发明蒸汽车辆的权利等同。虽然瓦特最终没有发明火车和汽船，这也为后来的运输工具革命创造了可能性。1785年，瓦特一系列的伟大创造已经完成，并获得了一生中最后一项专利——一种改良的新型熔炉，可以用作蒸汽机高压锅炉。至此，瓦特发明蒸汽机最终大功告成，蒸汽机最终成为工厂的动力机，推动了制造范式的彻底革命。从1785年开始，瓦特就收获了大量的纺织工业的订单。据说1802年，有人到英国各个工业区旅行，对几乎到处都能碰到的蒸汽机感到十分惊奇。

在瓦特发明蒸汽机的过程中有一个小插曲。在机床发明之前，人们主要依靠手工和铸造的方式生产机器。瓦特在1769年制作蒸汽机第一台样机时，关键部件汽缸就是粗糙铸造的产物。瓦特费了很多力气都没有从根本上解决密封性差的问题。精密制造必须要精密的生产工具才能实现，虽然熟练的手工工匠也可以达到很高的精密程度，但仍难以与机器无法相比。汽缸精密性的问题困扰了瓦特8年，一直没有得到解决。如果瓦特一生都没有遇到约翰·威尔金森（见图2-2）的话，他的设想也许只能留在纸上，而不能把蒸汽机真正的创造出来。1776年，瓦特遇到了威尔金森，历史就此顺畅下来。威尔金森是英国最顶尖的铁匠，也是一个伟大的发明创造者。他不仅仅为瓦特铸造了一个18英寸的铁质汽缸，还发明了一种精度非常高的新型镗床，这种镗床的发明为瓦特创造蒸汽机发挥了巨大的作用，一下子就解决了困扰瓦特8年的汽缸精密性问题。这种更加结实的铁质气缸代替了瓦特此前一直使用的锡锭铸造的汽缸，大大提升了蒸汽机的性能，为最终蒸汽机的发明奠定了巨大基础。这个故事告诉我们一个事实，大机器生产时代，机器的制造和生产成为一个不可或缺的行业。当然除了镗床，还有更多的制造机器的机器发明，读者可以参考《智能爆发：新工业革命与新产品创造浪潮》。

图2-2 镗床发明家约翰·威尔金森

瓦特发明蒸汽机的过程还有一个与以往手工时代不同的地方在于，他把科学发现与技术创造紧密结合起来。例如，他通过大量实验，并根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进行分析，发现了旧式的纽科门蒸汽机效率低的主要原因：除漏气、散热等造成热量的浪费外，主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次，从而耗了大量热量，使绝大部分蒸汽没有被有效利用。结合这个发现，瓦特发明了分离冷凝器，走出了通向通用动力的关键起点。很简单，作为通用动力，首先得效率足够高才行。从此以后的任何创造发明，都要建立在科学之上，而不是经验式的摸索。

瓦特发明蒸汽机为大机器生产的到来装上了最后的动力系统，一个全新的时代就开始了。在更新的范式革命到来之前，人们只需要做一些修修补补的工作，或者叫解谜的工作就已经非常优秀。后续大约100年的时间中，蒸汽机普及了几乎所有领域，地球上任何的地方。瓦特的伟大怎么评价都不过分，正如在他的碑文中所说：“他改良了蒸汽机武装了人类，使虚弱无力的双手变得力大无穷，他是最伟大的科学家之一，他施恩于全世界……”