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马车已经成为欧洲的一种文化记忆。在荷兰阿姆斯特丹水坝广场的皇宫旁边，就停了一辆豪华的马车（见图4-2），不过，主要的用途已经是供人们观赏和拍照留念了。
图4-2 荷兰阿姆斯特丹水坝广场上的马车
我们通常认为，是人类对于更快速位移的需求终结了马车时代。但从科技发展的角度看，应该把原因归结到一些具体的科技发明上去，例如蒸汽机和内燃机的发明。马车的动力来自马，马是一种食草性动物，奔跑速度有限，也容易疲劳。那么是否可以将马匹替换为一种能够提供动力、实现自我推进的机械设备呢？没错，那时候人们就已经在脑海中憧憬着汽车了。科技的发展，让人类告别了马车，开始进入汽车时代。
这一过程并非是一蹴而就的，要追溯到瓦特发明蒸汽机的18世纪中叶。1712年，英国人托马斯·纽科门（Thomas Newcomen）发明了不依靠人和动物来做功而是靠机械做功的蒸汽机，被称为纽科门蒸汽机。1757年，木匠出身的技工詹姆斯·瓦特（James Watt）被英国格拉斯戈大学聘为实验室技师，有机会接触纽科门蒸汽机，并对这种蒸汽机产生了兴趣。1769年，瓦特与马修·博尔顿（Matthew Boulton）合作，发明了装有冷凝器的蒸汽机。1774年11月，他俩又合作制造出了真正意义上的蒸汽机。蒸汽机的伟大之处在于点燃了工业革命的熊熊烈火，而工业革命让人类社会实现了一次伟大飞跃。
可以这样粗浅地描述一下蒸汽机的原理：水被加热以后，产生蒸汽，蒸汽被导入一个有活塞的密封的气缸中，随着蒸汽的增多，气缸内的蒸汽压力不断增大，最终推动了活塞的运动。当活塞运动到一定位置时，触发一个排气的机关，将气缸内的蒸汽排出，气缸气压恢复初始状态，活塞也随之运动回到原来的位置。通过上面两个步骤的重复，实现了活塞的往复运动。蒸汽机就这样实现了水的热能到活塞的动能的转换。再通过机械装置，将活塞的往复运动变成轮子的转动，这就完成了蒸汽机对轮子转动的驱动。图4-3是蒸汽机核心原理的一个示意图。
图4-3 蒸汽机核心原理
在詹姆斯·瓦特研究蒸汽机时，不知道他是否想到这个发明的重要意义，但我相信他的初心应该是希望这个装置能够实现物体的自我推动。1769年，法国人尼古拉斯·居纽（Nicolas Joseph Cugnot）制造了一辆用蒸汽机驱动的车，该车车长7.32米，车高2.2米，车架上放置着一个像梨一样的大锅炉，前轮直径1.28米，后轮直径1.50米，前进时靠前轮控制方向，每前进15分钟需停车加热15分钟，行进速度最快3.9千米／小时。这辆车被认为是世界上第一辆蒸汽机驱动的汽车。 [4.7]
蒸汽机无疑是一个充满智慧的伟大发明，但是其缺点也是非常明显的，那就是工作时离不开锅炉。而锅炉往往很庞大，这样笨重的装置移动非常不方便。一辆轻巧的汽车不可能配上如此笨重的驱动设备。除此之外，蒸汽机的压力和温度不能过高，排气压力不能过低，热效率难以提高。它是一种往复式机器，惯性力限制了转速的提高，工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。
在蒸汽机被用于制造汽车的过程中，曾经出现过一个有趣的插曲。就在以蒸汽机驱动的汽车问世不久的1865年，英国议会讨论通过了一部《机动车法案》。这部法案规定，每辆在道路上行驶的机动车必须由三个人驾驶，其中一个人必须在机动车前方50米以外做引导，并且要用一面红旗不断摇摆为机动车开道。该法案还规定，机动车行驶时，速度不得超过每小时4英里（约等于6.4千米）。这部法案被嘲笑为“红旗法案”。显然，这部法案之所以成为了一个笑柄，原因在于机动车技术进步非常快。据说，正因为这部法案，使得英国对汽车技术的研发严重落后。到1896年，“红旗法案”才被废止。当然，在科学技术飞速发展的今天，也许我们也正在制定一些在未来看起来愚不可及的法案。
针对蒸汽机的缺点，发明家的智慧被进一步激发。从蒸汽机输出动力的过程来看，气缸内气压的膨胀推动活塞的运动是一个核心原理。蒸汽机是用水蒸汽来促使气缸内的气压增大的。那么要改进蒸汽机，首先要考虑的就是有没有什么替代的方法来增大气缸内的气压。围绕这个要点，科学家和发明家同样经过了长时间的探索。荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）尝试过用火药爆炸获取动力的研究，但因火药燃烧难以控制而未获成功。1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞做功的设计。显然，赖特的研究切中了关键点，如果将可燃气体（或燃料和空气混合物）注入气缸内并使之燃烧，就会导致气缸压力增大，然后推动活塞的运动，这样，笨重的蒸汽机锅炉就不再需要了。19世纪中期，科学家不断完善了通过燃烧煤气、汽油和柴油等产生的热转化机械动力的理论，最终在19世纪60年代产生了活塞式内燃机。
然后，就像历史上任何一项重要的发明一样，站在前人肩膀上的集大成者就出现了。1876年，德国发明家奥托（Otto）研制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦（4.4马力）的四冲程内燃机，它以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为156.7转／分，压缩比为2.66，热效率达到14%，运转平稳。在当时，无论是功率还是热效率，它都是最高的。在此之后的技术改进，主要是燃料的不同，例如使用汽油、柴油等作为燃料。
接下来的发明者主要就是致力于将内燃机应用于汽车发动机的研制，从而实现对汽车的驱动。1879年，德国工程师卡尔·本茨（Karl Friedrich Benz）首次实验成功了一台二冲程试验性发动机。1883年，本茨创立了“本茨公司和本茨莱茵发动机厂”。1885年，他在曼海姆制成第一辆本茨专利发动机汽车。该车为三轮汽车，采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机，具备了现代汽车的一些特点，如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动、前轮转向和制动把手。但该车的性能并不十分完善，行驶速度、装载能力、爬坡性能也不十分如意，而且在行使中经常出故障。但是，它的巨大贡献不在于其本身所达到的性能，而在于观念的变化，就是自动化的实现以及内燃机的使用，因为这种车能自己行走，所以人们用希腊语中“Auto（自己）”和拉丁语中的“Mobile（会动的）”构成复合词来解释这种类型的车，这就是“Automobile”一词的由来。本茨的第一辆三轮汽车是世界上最早的汽车雏形，这辆汽车被收藏在德国的本茨汽车博物馆内。
至此，汽车的关键技术——自我驱动技术已经获得了突破。之后的一百多年里，汽车技术在发动机、车身、悬挂系统、轮胎等方面不断得以改进，最终成为了帮助人类出行的有力助手。从白马啸西风的时代，到今天的日行千里，这就是科技的力量。