到1800年,由畜力拉动的木制交通工具已经发明了5000多年,但依然是地球上最先进的陆路交通工具。不可否认,19世纪的coach拥有早期马车所没有的一些特征,比如金属镶边的辐条车轮、转向系统、钢制弹簧悬挂系统和玻璃窗等。但几千年来推动人类移动的基本逻辑并没有发生变化:用木轮支撑起一个长方形的木质结构,再用木杆和轭系住一匹或多匹人类驯化的牲畜,以拉动整个木质结构前进。但是到了19世纪,随着新型材料和推进技术的出现,全新的交通工具呼之欲出,人类的交通技术在这100年内的变化比过去5000年还要大。出现于19世纪上半叶的蒸汽火车和19世纪下半叶的自行车重新定义了人们对快速出行和个人自由的态度。
早在古希腊时期,人们就已经掌握了蒸汽动力的概念,但是利用蒸汽动力来做工的实用装置直到18世纪才出现。1712年,英国发明家托马斯·纽科门在前人实验的基础上建造了第一台固定式蒸汽机,用来从发生透水事故的矿井中抽水。早期的蒸汽机体积很大(纽科门蒸汽机通常需要安装在三层楼高的建筑物中),效率也低,但这并没有影响蒸汽机的使用,因为蒸汽机是由煤炭驱动的,只要靠近煤矿就可以获得足够的燃料。
在接下来的几十年里,发明家对纽科门的设计进行了不断改进,其中最著名的当数苏格兰工程师詹姆斯·瓦特的设计。1763年的一天,有人请瓦特去修理一台纽科门蒸汽机,瓦特很快就看出纽科门热量浪费的关键点,并着手进行改进。他给发动机增加了一个单独的冷凝室,以减少运行过程中的热量损失,因此大大提高了效率。瓦特蒸汽机使用的煤炭只有相应规格的纽科门蒸汽机的一半。值得一提的是,瓦特还改进了发动机的运转方式。纽科门蒸汽机的活塞是来回抽动的,瓦特蒸汽机则以旋转的方式运转。在工业革命后如雨后春笋般涌现的各种工厂和作坊中,各种各样的机器都可以用瓦特蒸汽机来驱动。这些机器以前都是由水车驱动的。瓦特蒸汽机的出现,意味着工厂不再必须建在河边,只要有煤就行。瓦特的改进设计也促进了人们开发一种更小型的蒸汽机,小到让人类以机械代替畜力驱动轮式车辆的努力得以实现。
第一个尝试制造蒸汽动力车辆的,是法国发明家尼古拉-约瑟夫·屈尼奥。1769年,他为法国军队制造了一辆拉大炮用的蒸汽动力车,能以大约每小时3英里的速度拖拉四五吨的重物。按比例缩小(但仍然很大)的蒸汽机安装在车辆的单前轮上,用以驱动车轮,驾驶员则通过操纵舵柄让前轮转向。车辆有两个后轮。但是,前轮转向需要带动整个蒸汽机,因此需要费很大的力气,这就让车辆难以控制——这也许就是它在测试时撞到了墙上,损坏严重的原因。法国政府一看此项发明并不灵光,就果断收回了资助基金。
炮兵蒸汽车,1769年由法国发明家尼古拉-约瑟夫·屈尼奥建造。前轮转向需要带动整个蒸汽机装置,使得车辆难以控制
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1801年,英国发明家理查德·特里维西克用另一种方法制造了一辆蒸汽动力车。蒸汽机安装在四个轮子上,后轮由活塞的往复运动驱动,前轮较小,通过舵柄控制转向。1801年12月24日,这台机器在康沃尔郡的坎伯恩山上首次运行,特里维西克操作蒸汽机,他的助手安德鲁·维维安操纵方向盘,作为乘客的另外五六个人,则是紧紧抓着车身前后的站立平台。虽然他们只行进了1英里左右,但并不妨碍这趟旅程成为机械动力载人的首创之举。圣诞节当天,这台机器再次出行,一位女士看到后神秘地形容说这是一个“会走路、能喘气的魔鬼”,自此这个名字便被传了下来。首次测试几天后,在一条车辙不平的道路上,“喘气的魔鬼”翻车了。特里维西克几个人在路人的帮助下,把“魔鬼”费力翻了过来,之后把它停在了一家酒馆的院里。当他们享用“烤鹅和美酒”时,发动机突然起火,“魔鬼”被焚毁了。
当然,这已然证明了,将蒸汽动力应用在车辆上,在技术层面是完全可行的。特里维西克决定不再制造被烧掉的那种车,而是转向一种新的、旨在载客的三轮设计,即所谓的“伦敦蒸汽马车”。车辆由蒸汽机驱动,乘客舱安装在直径8英尺的巨大后轮上,坐在乘客舱前面的驾驶员通过舵柄来操纵车辆的单前轮。这一奇妙设计在伦敦进行了几个月的测试,通常是在清晨道路畅通的时候,其速度最高可达每小时12英里。但问题来了,这辆车驾驶起来非常不舒服。由于重量太大,还会对路面造成损害。而且很难驾驶,最终会撞上栏杆。批评者说,相比之下,马车反倒更安静,操作成本更低。特里维西克想把自己的发明卖给驿站马车服务公司的希望破灭了。在当时看来,用蒸汽动力来驱动公路车辆,似乎是不切实际的。
但是特里维西克并不甘心。考虑到蒸汽驱动的车辆在公路上驾驶起来很困难,尤其是在崎岖不平的道路上,他意识到,这样的车辆更适合在轨道上行驶,就是矿上使用的那种轨道。使用固定轨道为矿车引路,这种做法,最早出现的确切时间和地点已经模糊不清,不过到16世纪的时候,使用木质轨道在欧洲已经很普遍。19世纪早期,矿车开始使用铁轨,并获得“矿车轨道”这样一个专门称呼。英国的煤矿和铁厂开始使用轨道矿车来运输煤炭和矿石。矿车在地下的隧道里是人工手推的,到地面上改用马拉。用蒸汽来拖拉矿车的想法不无道理,因为轨道不需要转向装置,而作为燃料的煤更是触手可及,拖拉一列由几辆相连的矿车组成的车队,对蒸汽机来说绝非难事。
理查德·特里维西克于1803年建造的“伦敦蒸汽马车”
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1804年,在南威尔士经营一家铁厂的英国实业家塞缪尔·霍姆弗雷与其竞争对手,另一位实业家理查德·克劳谢打了个赌。某财团修建了一条从梅瑟蒂德菲尔采矿中心到附近运河的10英里长的矿车轨道,霍姆弗雷作为财团的成员之一,雇用特里维西克建造一辆能在轨道上行驶的蒸汽机车。他们赌了500基尼
。霍姆弗雷赌机车可以把10吨重的铁拖到运河,然后把空车拖回到铁厂,克劳谢则认为不可能。经过几次短距离测试后,赌局终于在1804年2月21日开始了,在现场的除了霍姆弗雷和克劳谢,还有一位前来观察的政府工程师。第二天,特里维西克写信给一位朋友说:“我们用5节车厢驮着10吨铁,车厢里还搭载了70个人……那位用500基尼赌我们不会成功的绅士,跟我们一路相伴,他输掉赌局后还兴致勃勃。”这是人类历史上的首次蒸汽火车旅行。
然而对矿车轨道来说,机车的重量太大了,霍姆弗雷后来重新使用了马车。至今还不清楚他是否真的得到了赌金,因为赌局的裁判认为,铁轨受损,而且机车的锅炉在回程中已经漏水,这意味着演示活动并未完全成功。但是对特里维西克来说,最重要的是他已经证明了蒸汽火车的可行性,以及机车取代马匹的可能性。他在给朋友的信中自豪地写道:“之前公众一直说我在耍花活,但是现在他们的调子变了很多。”
为了宣传自己的想法,以及显示自己在设计蒸汽机车方面的高超技术,1808年夏,特里维西克在伦敦的布鲁姆斯伯里区成立了一个“蒸汽马戏团”。游客只需支付1先令,就可以乘着他最新推出的机车“有本事就追上我”(Catch Me Who Can)在环形轨道上兜圈子,时速可达12英里。这是首辆运载付费乘客的机车。特里维西克的目的原本是要证明火车比马车快,但是机车的重量(约8吨)超出了铁轨的承受能力,机车最终脱轨。特里维西克被迫关闭了马戏团,由此造成的经济损失导致他在第二年破产。特里维西克最终放弃了研制蒸汽动力车的想法,转而专注于将固定式蒸汽机应用于抽水和其他有强烈需求的工业用途。
然而,其他致力于蒸汽机车应用的工程师仍在继续实验,尤其是在运煤方面。在随后的几年里,蒸汽机车的动力和可靠性得到稳步提升。1825年9月,位于英格兰东北部的斯托克顿——达灵顿铁路开通,成为第一条使用蒸汽机车的公共铁路。煤炭由英国工程师乔治·斯蒂芬森建造的蒸汽机车沿着这条25英里长的铁路运输(尽管在早期同时使用了马拉火车)。客车最初只有马拉火车(这条铁路的所有者自己并不经营客运服务,而是向其他使用铁路的人收费)。但是,在铁路上混合使用马拉火车和蒸汽机车危险又低效。1828年,铁路所有者做出决定,完全改用蒸汽机车。该决定立刻引发了争议:蒸汽机车是否快速、廉价、可靠到足以取代马匹?这些质疑声在那几年里一直存在。
为了彻底解决这些问题,1829年10月,英国人举行了一场名为“雨山测试”的比赛。当时,一条联结英国工业城市利物浦和曼彻斯特的铁路正在建设中。人们常开玩笑说,把货物从美国运到利物浦(总共3300英里)花费的时间,比通过运河把货物从利物浦运到曼彻斯特(总共35英里)的时间还短。建设一条双轨铁路就可以解决这个问题。斯蒂芬森被任命为项目工程师,他做出的决定是,这条铁路将使用蒸汽机车来进行货物和人员的运输。并不是所有人都认为这是个好主意。所以人们决定在雨山村附近一段2英里长的直线铁轨上举行一场为期一周的比赛,胜出的机车重量不能超过4.5吨,成本不能超过550英镑,并且要能够承载超过自身重量3倍的货物超过35英里,行驶速度不低于每小时10英里。10辆机车报了名,但是真正参赛的只有5辆。
获胜者是由乔治·斯蒂芬森与其子罗伯特设计的“火箭号”。它在测试中的平均时速为12英里,但实际过程中最高时速达到了30英里。在各种技术故障导致所有竞争对手(包括一辆马拉火车,测试时马不是真的在轨道上拉车,而是在一个被称作踏车的平台上面原地行走)退出后,“火箭号”成为唯一完成测试的机车。这条新铁路在1830年9月15日开通,斯蒂芬森如期签下了为该铁路供应机车的合同。但是,由8列火车组队完成的首次运行仪式,虽然有首相亲临,却因一场悲剧而蒙上阴影:当地颇受欢迎的一位政治人物威廉·赫斯基森在仪式现场不幸被“火箭号”撞倒,一命呜呼。虽然开局不利,这条铁路却在经济上迅速获得成功。修建这条铁路的初衷是运货,结果客运服务却出人意料地获得了巨大利润。这是第一条城际服务铁路,第一条为一日游旅客提供打折车票的铁路,也是第一条速递邮件和报纸的铁路。
利物浦——曼彻斯特铁路取得的巨大成功引发了英国铁路投资热潮,议会很快又批准了50多条新的线路,覆盖距离长达1600英里。19世纪三四十年代,其他国家也开始效仿英国修建城际铁路,并在主要城市周边延长了通勤线路。铁路使进出市中心更加便捷,这刺激了城市的快速扩张。这是人们第一次在没有自己的马匹的情况下可以每天通勤,而不再需要住在离工作地点很近的地方。铁路线路也使工业品和农产品的配送更加容易,铁路城市便因此诞生。四通八达的铁路是这些城市经济蓬勃发展的根基,尤其是在美国,到1860年,美国铁路的总长度达到3万英里,这一数字比世界其他地区的总和还要大。这些新兴铁路城市成为新的工业中心,并由此提供了大量就业机会,对欧洲移民产生了巨大的吸引力。
铁路改变了城市。既改变了现有城市的面貌,也孕育了更多新的城市。由铁路连接起来的城市之间的距离突然变近了,这实际上也重新定义了国家地理。例如,1834年,纽约和费城之间的铁路修通,将美国两个最大城市之间的旅行时间从两天缩短到5小时。为了规范统一的火车时刻表,各个国家采用了标准化的国家计时系统。这一切都发生在19世纪中叶的几年内。但当时最令人震惊的,还是铁路前所未有的行驶速度。1825年,英国杂志《每季评论》发出这样的惊叹:“看着比驿站马车还要快两倍的机车高速奔跑,还有什么比这更荒谬可笑的情景呢?”没有人知道高速旅行会不会给人体带来影响,如果有,它会阻碍人们正常呼吸,正常思考吗?1830年,当“大拇指汤姆号”蒸汽机车载着36名乘客,在巴尔的摩——俄亥俄的铁路线上进行测试运行时,一位目击者观察到,“乘客中有一些先生兴奋不已,他们拿出自己的记事本,在火车行驶到每小时18英里的最高速度时,写下自己的名字和一些连贯的句子,目的就是要证明,即使在那样的高速下,也有可能做到这一点”。
在城际线路上,铁路很快取代了驿站马车。但是如前所述,城市之间更快、更有效的交通,反而增加了城市内部的人员与货物快速运送的需求。也就是说,对马车的需求反而更大了。英国各城市的铁路公司购买了大量的马匹,以提供城市内部的货运服务。一些主要车站分配给马厩和机车车棚的空间几乎一样大。1873年,一位伦敦的马厩管理员回忆道,“铁路刚刚出现时,我们以为我们应该无事可做了,但事实并非如此……每出现一条新的铁路,就会需要新的马匹……因为取货送货的工作随之而来”。从1850年到1873年,一匹强壮的拉货健马的价格上涨了25%到30%。铁路旅行也增加了城市内部对马车客运服务的需求,人们需要乘坐公共马车赶往车站或离开车站,或是从一个车站赶到另一个车站。从1830年铁路时代开启到1900年,伦敦的马车数量总共增长了10倍。铁路运输使乘客和货物可以以前所未有的速度到达目的地,但这非但没有把城市从对马匹的依赖中解放出来,反而增加了这种依赖。正如历史学家F.M.L.汤普森说的那样:“所谓铁路时代,也是显示马的能力最伟大的时代。”