工艺
直到19世纪,工业给科学的刺激,还比科学给工业的大。直到20世纪,工厂和农田里出现的发明,还比实验室里得到的多。以一切工艺表面最重要的东西——蒸汽引擎的创造为例,这两种程序也许是一直携手前进的。
3世纪或更早,亚历山卓城的海罗(Hero of Alexandria,译按:约1世纪)就做了几个蒸汽引擎,但是就我们所知,这些东西是玩具,或用作取悦群众的奇物,而用作以机械代替人力的可能性小。早在16世纪,达·芬奇绘制过一支枪的设计图,它用蒸汽推动,能把一支铁弩箭射出1200码远,可是这份科学原稿直到1880年才出版。有些海罗的希腊文作品在1575年被翻成拉丁文,1589年被翻成意大利文。杰尔姆·卡登(Jerome Cardan,1550年)和波尔塔(Giambttista della Porta,1601年)都指出:利用蒸汽的凝结,可以造成真空;波尔塔又在纸上设计了一座机器,要用蒸汽的压力激起一股水柱。蒸汽膨胀类似的应用法也在1615年被巴黎的高斯(Salomon de Caus),1629年被罗马的布兰卡(Branca)提出。1630年,戴维·拉姆齐(David Ramsay)从英王查理一世得到一份专利,准他制造“用火从低矿坑里抽水……不用风、waite或马的协助,在静水上会继续运动的水车”。1663年,武斯特侯爵萨默塞特从国会得到一份99年的专利,就是“全世界最伟大的工作”——一个能把水激起40英尺高的水动引擎。他打算利用这机械来经营伦敦一大片地区的给水系统,可是在他把这计划付诸实施之前就去世了。大约1675年的时候,查理二世的机匠领班莫兰(Samuel Morland)发明了柱塞唧筒,1685年他把蒸汽扩张的力量做了第一次公开的描述。1680年,惠更斯造出第一个气体引擎,有汽缸、活塞,用火药爆炸的张力推动。
惠更斯的法国助手帕潘(Denis Papin)到英国去,和玻意耳一起工作,在1681年出版了一份“蒸笼”——一个压力锅——的说明,就是在一个紧闭的容器里把水烧开,以煮烂骨头。为了预防爆炸,他在锅顶上加了一根管子,它能在压力到达一定限度的时候打开,这第一个“保险阀”在蒸汽引擎的发展里,扮演了一个保护安全的角色。帕潘继续这工作,显示出蒸汽膨胀的力量可以像气体一样地用管子从一个地方输送到另一个地方。搬到日耳曼的马堡(Marburg)之后,他第一次示范(1690年)在一个引擎表面利用蒸汽凝结所造成的真空来推动一个活塞。他建议这机器或许可以用来丢炸弹,抽矿坑里的水和推动明轮船只;1707年(恰好在富尔敦的克莱蒙特[Clermont]号溯哈德逊河而上的100年前),他利用他的蒸汽引擎推动一条明轮船,航行在卡塞尔地方的富尔达(Fulda)河上。然而这条船却被人破坏了,而且日耳曼官方安于现状,或许是害怕失业扩大,阻止了机械能力的发展。
一种类似的装置也曾在1700年左右由托马斯·萨弗里(Thomas Savery)提供给英国海军部,可是被经断定为评注的这段话拒绝了:“是什么使得这些和我们没有关系、又爱侵犯别人权利的人,一定要妄想为我们发明或创造东西?”沙威里在《泰晤士报》上提出他的发明,但海军部又拒绝了它。1698年,沙威里终于替第一架蒸汽引擎取得专利——受雇去抽出矿坑的积水。1699年,他被颁给一张专利证书,允许他在14年里可以“独一无二地运用一种新发明……以火为动力,去抽水和带动其他运动。这对矿坑排水、城市给水和运转各种磨子,将有很大的用处”。虽然如此,沙威里的引擎却昂贵而危险:它们有示水旋塞而没有保险阀,又容易发生锅炉爆炸,虽然它们被一些矿坑用来排水,但矿场老板们不久就又用马了。
说到这里,我们又得谈到胡克了。大约在1702年的时候,根据一个可靠的当代人士所说,他和一个达特茅斯地方的铁商兼铁匠托马斯·纽科门(Thomas Newcomen)合作,试着运用空气帮浦的原理,来产生机械动力。他写道:“如果你能在你第二个汽缸下面造成一个迅速产生的真空,你的工作就完成了。”显然纽科门已经尝试过蒸汽引擎,这明白地表示科学和工业接触了。可是胡克却怀疑起来,停止了这件事,于是机会又错过了。纽科门又和一个铅管匠约翰·考利(John Cawley)合作,去制造一个蒸汽引擎(1712年)——装有摇摆杠杆、活塞和保险阀——那可以放心地做重工作,无虞爆炸,又能全自动控制。纽科门直到去世(1729年)都一直在改进他的引擎,当时虽不理想,但是我们却可以用沙威里在1699年的专利,和纽科门1712年的引擎来确定一个时间:从此开始,并在下两个世纪里发生的工业革命,会改变世界的面貌和风格。