瓦特蒸汽机与工业革命

江玉安

以前的小学课本有一篇课文——《瓦特与茶壶的故事》。瓦特（见图1）小时候看到火炉上的水烧开。蒸汽把水壶盖顶开。瓦特把壶盖放回去但很快又被顶开了。瓦特就这样反复地做想找出原因，后来他发现这是蒸汽的力量，通过研究发明了蒸汽机。瓦特是人类历史上最著名的发明家之一。在美国作家查尔斯·穆雷的《人类成就》一书中，介绍了他曾经做过的一个调查，在历史上最知名的229位发明家中。瓦特与爱迪生并列第一位。

瓦特是与英国工业革命联系在一起的。第一次工业革命又被称为蒸汽革命。1776年。瓦特改进的蒸汽机的广泛使用被认为是工业革命正式开始的标志。瓦特在英国留下了很多印记：伦敦威斯敏斯特大教堂有瓦特的纪念碑：瓦特家乡汉兹沃斯的圣玛丽教堂里建有瓦特、博尔顿与默多克三人的纪念像，他们三人是蒸汽机公司的合伙人：曾经最著名的学术团体之一“月亮社”的纪念碑上也有瓦特与一台蒸汽机的雕刻：当然，最为世人传诵的还是国际单位制中功率的单位“瓦特”以及F系列50英镑背面的瓦特与博尔顿像。

1736年1月19日。瓦特出生于苏格兰格拉斯哥附近的港口小镇格林诺克。家境殷实。瓦特小时候和爱迪生一样。主要由母亲在家里进行教育。瓦特17岁的时候。母亲去世。家道中落，瓦特开始外出打工养家。1757年。瓦特回家。在格拉斯哥大学开设了一间机械修理店。当起了小老板。科学家布莱克教授成了瓦特的朋友与导师。布莱克比瓦特大8岁。最早发现“固定空气”。即二氧化碳。瓦特与布莱克经常一起参加“月亮社”的学术团体活动。“月亮社”每个月在月网之夜活动一次。以便活动结束后大家可以借助月光回家。“月亮社”的成员是热衷科学技术的实业家、实验家与哲学家等。如实业家马修·博尔顿、达尔文的外祖父韦奇伍德（陶瓷家）、实验家普里斯特利（发现氧气）以及达尔文的祖父伊拉斯谟。达尔文（自然哲学家，医生）都是重要成员。

1763年。瓦特得知格拉斯哥大学有一台纽科门蒸汽机。正要送往伦敦修理。他请求学校取回这台蒸汽机并亲自进行了修理。瓦特反应敏捷，这很像当年的伽利略。当年，伽利略听说有人准备带望远镜到威尼斯出售时，马上行动，造出性能更优的望远镜，结果不但获得一笔丰厚的报酬。而且从此获得长期订单。通过修理这台蒸汽机。瓦特增长了见识。也磨砺了技术。在1765年取得关键性进展。他把蒸汽机的冷凝器与气缸分离开来。制成“分离式”蒸汽机样机。气缸与冷凝器的分离。可以使气缸维持较高的温度。提高了效率，节省了能源。

科学家布莱克、实业家博尔顿看好瓦特蒸汽机的前景。及时给予了瓦特精神鼓励与资金支持。瓦特与博尔顿更是开始了他们长达25年的成功合作。瓦特与博尔顿的合作。使得瓦特得到了更好的设备、充足的资金以及持续的工艺支持。1776年。经过不断尝试与改进。第一批实用型蒸汽机制造成功并应用于实际生产。这批蒸汽机由于只能提供往复直线运动。因此主要应用于抽水泵上。在博尔顿的要求下。瓦特开始研究如何将蒸汽机的直线往复运动转化为圆周运动。以便使得蒸汽机能够为绝大多数机器提供动力。

1781年。瓦特公司的雇员威廉·默多克发明了一种称为“太阳与行星”的曲柄齿轮传动系统。并以瓦特的名义成功申请了专利。后来。瓦特又发明了双向气缸。瓦特新型蒸汽机的效率是过去纽科门蒸汽机的3倍。1794年，瓦特与博尔顿合伙组建了专门制造蒸汽机的公司。不但享有多种专利保护，而且享有像出版业那样的“版税”（每位安装蒸汽机的客户都要缴纳一定数量的费用）。就像我国现在的“初装费”。在博尔顿的成功经营下。到1824年。公司共生产了1165台蒸汽机。瓦特与博尔顿赚得盆盈钵满。虽然瓦特对商业经营缺乏兴趣。但他有优秀的合作伙伴——博尔顿。他们的合作一直延续到下一代。成为世交。博尔顿与小詹姆斯·瓦特继续合作。同时吸收了威廉。默多克为合伙人。保证了公司的持续成功。

瓦特改进的蒸汽机是一项伟大发明。是第一次工业革命的主要标志。推动了社会及科学的进步。蒸汽机成为几乎所有机器的动力。使手工业逐步进化为机器大工业。

与瓦特的幸运相比。英国另一位发明家、矿业工程师理查德·特里维希克就是一位悲剧英雄。特里维希克不愿交纳瓦特蒸汽机的“版税”。决定自己改进蒸汽机。引入高压蒸汽。特里维希克在1804年发明了世界上首辆可以实际运作的蒸汽机车。但他的蒸汽机过于笨重。也没有吸引到足够的投资。无法及时投入商业运行。他在1805年至1809年间曾联合同乡的矿工尝试挖掘穿越泰晤士河的水底隧道。也因为没有做好处理河床下松软泥土的准备而宣告失败。实用的蒸汽机车由史蒂芬森于1814年试制成功。

总结一下蒸汽机的改进与商业成功。下列两大因素非常关键：一是“月亮社”的组建，实业家与实验家、哲学家等志同道合者定期相聚交流。强强联合：二是有风险投资、专利保护与税收分红。这保证了技术进步与发明创造的可持续性。

责任编辑 彭德利