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机车及其线路
从人类历史上来说，在19世纪20年代之前，没人能比奔驰的骏马跑得更快了。后来，以骏马时速的三倍行进就成了稀松平常之事，而且可以持续数个小时，这个进展的出现仅仅用了一代人的时间。有哪一种创新能像它这样实实在在又令人吃惊？相比之下，我却生活在一个运输速度很快且没有多大变化的时代。
在速度方面做出最大突破的那个人并不是这个想法的首创者，而是实实在在的改进者，也是一个和纽科门一样出身卑微的手艺人。事情发生在1810年，位于诺森伯兰郡基林沃思（Killingworth）的一座新煤矿塌陷了，该煤矿用一台崭新的纽科门蒸汽机来排水。但是这无济于事，尽管各地的机械工付出了最大的努力，在整整一年的时间里，矿井里仍然大水漫灌。年方29岁的出身卑微的乔治·史蒂芬逊伸出了援手，他当时在附近一个矿井担任提升机的司闸工。这是一个极易让人们联想到詹姆斯·瓦特的故事。以往，他因为精通修理钟表和鞋子而颇具盛名。他提出的唯一条件是，让他自己的工人来协助他。四天后，他们拆开了蒸汽机，对注入盖进行了改造，他缩短了气缸，让蒸汽机恢复了工作，矿井里的水很快就被抽干了。史蒂芬逊得到了机械师的工作，并且很快就被整个地区的人称为“发动机医生”。
史蒂芬逊的父亲是怀勒姆（Wylam）煤矿的一个“司炉工”，他的工作是把煤炭铲进熔炉，给蒸汽机提供燃料。年轻的乔治很快就到了17岁，成为在纽伯恩（Newburn）担任这种蒸汽机的“司泵工”，然后又先后在惠灵顿码头（Willington Quay）和基林沃思担任起了蒸汽驱动提升机的司闸工。到这时为止，一连串的不幸让他备受打击：他的妻子去世了，给他留下了一个年幼的儿子，他的父亲在一次蒸汽机事故中弄瞎了眼睛。他将被召进军中服役，于是不得不贿赂那个顶替他服兵役的人，这也用光了他最后一笔积蓄。不过随着他在机械领域的声誉日益增长，他很快就变得非常受欢迎了。依靠蒸汽动力的时机成熟了。
用蒸汽机拖动一串矿车的想法并不新鲜。用固定式发动机牵引装煤的矿车爬坡已经有些年头了，只不过现在改成了使用缆绳，并且理查德·特里维希克（Richard Trevithick）已经于1804年在梅瑟蒂德菲尔市（Merthyr Tydfil）用第一台蒸汽机车牵引着火车沿着轨道行进了。特里维希克意识到现在可以用现代金属加工的方式来处理高压蒸汽，从而可以提供更多的动力，这使得蒸汽机越来越轻便并且摆脱了对冷凝器的需要。不过特里维希克并没有赚到钱，他对此失去了兴趣，去海外旅行了，并且在去世时一文不名，这个试验似乎终结了。同样，他的效仿者也渐渐放弃了。蒸汽机车是不可靠的、危险的，并且无比昂贵，它会损害木制轨道或铁板轨道，也无法牵引较大的负荷或者在轮子不打滑的情况下爬坡。最好还是继续使用畜力（马）吧，每一个人都认为这是明智的。
战争改变了一切。拿破仑战争让马匹以及饲料干草的需求成了“无底洞”，因而导致二者的价格飙升。在煤矿产区，用马力牵引装煤货车去装船成为最大的制约因素，这8英里多的路程使得采矿无利可图。所以矿井所有者又开始了试验，在东北部各地的船上，满是努力提高速度的铿锵作响、带着锅炉的机器。即便如此，几乎没有人想到铁路在煤矿之外的领域会有用。它可能会给运河与驿站马车带来挑战，把人和货物运送到任何人都没有想到过的很远的距离以外。这是一个有关创新的伟大真理的例证，人们低估了这一真理的长期影响。
1812年，一个具有独创性的工程师，马修·默里（Matthew Murray）在利兹（Leeds）给约翰·布兰金索普（John Blenkinsop）制造了一台有两个气缸的蒸汽机，并以西班牙战役的名字命名为“萨兰曼卡号”（Salamanca），威灵顿公爵阿瑟（Arthur，Lord Wellington）于此击败了拿破仑一世的一支军队。然后他用船只把另外一台具有相同设计的蒸汽机运送到了东北地区，由于拼写错误，它被命名为“威灵顿号”（Willington
）。它在利用齿轮、齿条和小齿轮装置方面取得了进展，但是威廉·海德利（William Hedley）的竞争对手“普芬比利号”（Puffing Billy）于1813年在怀勒姆（Wylam）废除了这种装置，最终解决了光滑的轮子无法在光滑的轨道上不打滑的问题。足够重的机车至少可以在最光滑轨道上拖着很重的负荷沿着浅斜坡前行。但是海德利和其他人很快又遭遇到了一个新的难题：货车道的铁板无法应付机车的重量，并且不断地被压碎。显然，轮子下面和轮子上面都需要有一些创新。
到史蒂芬逊出场的时刻了，他比任何人都提前看到了发动机和轨道对创新的需求。翌年（1814年），他在基林沃思建造了一台双气缸的机车，并以获胜的普鲁士将军的名字命名为“布吕歇尔号”（Blücher），这个故事中仍然暗示着拿破仑战争的影响。他在很大程度上仿制了默里“威灵顿号”的设计。当“布吕歇尔号”开始工作时，它能够以每小时3英里的速度牵引着14节矿车行进，每个矿车装载2吨煤炭，这相当于14匹马所做的工作。在与马拉车辆竞争方面，它还不是完全可靠，更不要说跟运河竞争了。它的优势主要还是在煤矿开采领域，因为那里的燃料便宜。不过这只是一个开始，史蒂芬逊已经在改进这个设计了。
史蒂芬逊很快就与威廉·洛希（William Losh）在轨道上取得了专利，能够更好地承受机车重量的铸铁轨道的新型设计。但随后他改变了方向。他的一个朋友，迈克尔·朗里奇（Michael Longridge），最近接管了一个钢铁厂的运营权，这个钢铁厂距离基林沃思不太远，位于布莱斯河（River Blyth）沿岸的贝德灵顿（Bedlington），这个钢铁厂利用新的搅炼法来生产可锻铸（低碳）铁，朗里奇产生了一个想法，可以利用模具来铺设纯铁锻造的轨道。郎里奇的工程师，约翰·伯肯肖（John Birkenshaw）想出了一种轨道设计方法，横切面呈楔形，顶部宽大底部窄小。当1822年把它用于铺设从斯托克顿（Stockton）到达林顿（Darlington）的轨道时，史蒂芬逊放弃了铸铁，转而采用了伯肯肖的纯铁锻造的轨道，这让洛希大为光火。在写下这些文字时，我正身处达林顿火车站！
现在，乔治·史蒂芬逊和他的儿子罗伯特（Robert）做了一些异常大胆的事情。他们做了调查，并且建造了一段配有机车的长达25英里的纯铁锻造的轨道，把煤炭从斯托克顿运到了达林顿，他们最终建了40英里。在这次胜利中，机缘在某种程度上发挥了作用。贵格会（Quaker）富有的羊毛商人和慈善家爱德华·皮斯（Edward Pease）提议，为把煤炭、羊毛和亚麻制品从达林顿运到蒂斯河畔斯托克顿（Stockton-on-Tees），建设一条用马作为动力的轨道，而非开凿一条运河。但就像开凿运河一样，即便是建造一条靠马匹提供动力的轨道也需要支付给律师和代理人巨额的费用，以让他们去征地并且让议会通过法案。皮斯及其达林顿贵格会的同伴们遭到了上议院议员们的强烈反对，只有爱德华·皮斯自己意志坚决，目标坚定，在伦敦不辞辛劳地在政治家们的耳边喋喋不休，最终于1821年4月通过了一项法案，建造一条用马作为动力的轨道。
就在该方案通过的那一天，也就是1821年4月19日，皮斯见到了从斯托克顿赶过来与他会面的乔治·史蒂芬逊，史蒂芬逊显然已经听说了皮斯在策划修一条轨道。他主动请缨对线路进行调查，然后说服了皮斯既使用机车也使用马匹作为动力。这在土地所有者中引发了新一轮的愤怒，他们被轨道推广者眼中“荒谬可笑的”的流言吓坏了，在反对者看来，这是一种一小时能行进10或者12英里的“恶魔般的机器”！
罗伯特·史蒂芬逊负责建造在斯托克顿和达林顿的轨道上运行的改良机车。在1825年9月27日隆重揭幕之时，由蒂莫西·哈科沃斯（Timothy Hackworth）主要设计的第一台改良机车——“机车1号”（又译为“旅行号”）共牵引着33节车厢，其中12节满载着煤炭、1节装有面粉、20节满载着乘客。到它抵达斯托克顿时，车上已经搭载了600多人。后来“机车1号”能以每小时24英里的速度行进。这首次实现了用热做功来运载人。
实话实说，在接下来的一些年里，达林顿和斯托克顿之间的铁路严重地依赖于马力，机车只是偶尔的、不可靠而又危险的闯入者。但是史蒂芬逊父子并未就此打住。他们最著名的机车设计“火箭号”（Rocket）在1829年参加了雨丘（Rainhill）选拔赛，这是为利物浦到曼彻斯特之间的铁路选择蒸汽机车的一项赛事，而这条线路是乔治·史蒂芬逊建造的。有参赛资格的蒸汽机车的重量不能超过4.5吨，只能有四个轮子，要支撑良好，并且要牵引着一列小型列车往返运行45英里，同时中途不能停下来。史蒂芬逊又一次完成了壮举。
“火箭号”是由罗伯特设计的，但是吸收了很多独创性的改进，这些改进主要是由他们新的合作者亨利·布斯（Henry Booth）发明的。这些改进包括用锅炉中的多个炉管来提高蒸汽产生的速率，有一定角度的气缸，活塞直接与两个驱动轮相连，以及一个垂直地把蒸汽排进烟囱的鼓风管，从而增强了通过炉子的气流。简言之，它是几个人增量式的修补以及反复试验的产物，而非一个天才在想象力上的巨大突破的产物。在雨丘，“火箭号”有9个竞争者，其中有5个在一开始就无法启动。另外4个也出了各种问题，用马提供动力的“独眼巨人号”（Cycloped）解体了，“毅力号”（Perseverance）失败了，“无可匹敌号”（Sans Pareil）的一个气缸裂了，人们最看好的“新奇号”（Novelty）一开始以迅猛的速度向前飞奔，紧接着炉管就爆裂了。在跟“新奇号”进行龟兔赛跑的过程中，“火箭号”冒着蒸汽，平稳地牵引着13吨的载荷，时速达到30英里每小时。它为未来几十年的机车设计奠定基础。它还导致了一年后的第一起铁路致死事故，政治家威廉·赫斯基森（William Huskisson）给铁路揭幕的时候坠轨身亡，因为他当时正走下一列火车，打算与自己的政敌首相威灵顿公爵（Duke of Wellington）说话。
在利物浦——曼彻斯特的线路开通并且证明这是一项巨大的成功之后，接下来的几年并没有发生什么特别的事情，只是修建了一些零星的短程铁路，相关的技术也在慢慢地磨炼中。后来，在较低利率的政府债券和放开了的股票市场的驱动下，铁路项目在1840年出现了异常的繁荣，这些项目得到了手头有点积蓄的所有人的资助，他们狂热地用存款购入股票。全国各处都在开建新的铁路线路，先是连接起了城市，接下来是镇，然后又是村落。乘火车旅行成为常态、快速且甚至比较可靠的方式，虽然用今天的标准来看，它还远远谈不上安全。随着驿站马车的消失，铺满鹅卵石的道路中间长满了青草。铁路的繁荣是一个竞争性泡沫，对一些人来说是有利可图的，而对很多人来说是毁灭性的，这里充斥着炒作和欺诈，但对用户来说价值巨大，因为它让英国各地前所未有地连接了起来，从而使得贸易可以繁荣起来。
全球其他地方很快也如法炮制。美国的第一条铁路于1828年开始运行，比利时和德国是1835年，加拿大是1836年，印度、古巴和俄罗斯是1837年，荷兰则是1839年。到1840年，美国铁路的总长度已经达到2700英里，而到1850年，这个数字已经变成了8750英里。