05
月光协会：
瓦特巧遇“天使”

为了能相对轻松地把煤从矿里拉出来，英国人想出了一个办法，就是用木头来搭建轨道。铺设木头轨道是比较合算的事儿。就在查理一世在位期间，英国一个叫作布蒙特的人搞出了英国第一条木头轨道，就在纽卡斯尔的煤矿上，花了3万镑。钱可是花得不老少，但是收益很差，这笔钱就这么打了水漂。

木头轨道这东西很容易复制出来，况且这也不是布蒙特原创的。1530年，德国人在开采煤矿的时候，就用过这招了，因此英国各个煤矿纷纷建立木质轨道系统。

但是大家都知道，运煤的车辆非常沉重，木头轨道的耐用性非常差，用不了多久就被压烂了，所以在木头轨道旁边往往放着备用材料，一发现木头不行了马上换。后来为了提高耐用程度，搞了一层铁皮包在木质轨道的外面。

到了1750年左右，出现了铁轮子。1767～1776年，出现了生铁铸造的轨道——真正的铁轨出现了。很快，铁轨就应用到了英国大大小小的煤矿。

那时候的运煤车都是木头的，用马拉着走。即便是有了铁轨，状况仍然没有改善。一匹马能拉多少货物，大家心里都有数。一匹马，拉着一车煤，时速最高也就12千米左右，这还不包括路上堵车的情况。那年头也堵车？一根轨道上来了两辆车，方向还相反，这不就堵了嘛。那年头不仅仅有堵车，还有碰瓷的和车匪路霸呢。车上装的都是黑乎乎的煤炭，他们连煤炭也打劫？是啊，这东西也很值钱的。

不过，那年头也有其他的路径可走，为什么非要走陆地呢？能不能下河，沿着水路走呢？你别说，那时候英国人集资挖了不少的运河，但是都不太宽，一条平底船也就能装25吨煤，由牲口拉纤，走起来又稳当又舒服。可惜，这条运河是收费的。

即便是你交了买路钱，也不一定能走。因为碰上枯水期，运河水位太低就走不了。假如碰上冬天结冰，运河也是没法走的。没办法，陆地上虽然运煤少，但是起码还有保障。

所以，轨道马车就像毛细血管一样，逐渐深入到了各种各样的矿场里。铁路可比火车的出现早得多。在铁路上用马来拉货也是英国的老传统了，不值得大惊小怪。我国早期的唐胥铁路就是用马拉的。那会儿早就有火车头了，为什么还用马拉呢？后文您就知道了，现在不剧透。

在这几十年里面，纽可门的蒸汽机老老实实地在煤矿里抽水，挖出来的煤一如既往地用轨道马车来运输。这样的情况并没有什么改观。各大工厂还是集中在水力资源丰富的河谷里，乃至到了拥挤的程度。因为他们还是一如既往地使用水力驱动纺织机械来运转。

英国当时的纺织行业非常繁盛。1764年，英国的纺织工人哈格里夫斯回到家里，他开门的时候不小心踢翻了老婆的纺纱机。原先横着的纱锭变成直立的了，但是仍然在转。是啊，横着转、竖着转不都在转嘛。哈格里夫斯灵光一闪，假如带动一堆纱锭一起转，那么岂不是可以让纺纱效率翻倍吗？哈格里夫斯说干就干，敲敲打打地搞出了一个新纺纱机，一次能纺8根线。效率一下提高了8倍！后来经过改进，一次能纺80根线。他给这台机器起名叫作“珍妮纺纱机”。据说是用妻子或者女儿的名字命名的。但是现在有人考证，他老婆根本就不叫珍妮，他闺女也没有一个叫珍妮的。天知道这个名字哈格里夫斯是怎么想出来的。

一般认为，哈格里夫斯发明了珍妮纺纱机是工业革命的开端，是个标志性事件。哈格里夫斯大约到了1770年才拿到专利。他是不是就可以依靠自己的聪明才智发家致富了呢？并不是！刚刚走上正轨，他就被同行暴打了一顿。

纺纱和织布工序是上下游的关系，当时机械工人凯伊发明了飞梭技术，织布的效率大大提高了。但是织布的速度快了，棉纱就不够用了。因此棉纱的价格就大大上涨。一家一户纺纱的手工家庭作坊当然是喜笑颜开，一个个心里乐开了花。但是，好景不长，哈格里夫斯发明了珍妮纺纱机，纺纱效率也大大提高了。所以，织布机需要多少棉纱都能足量供应，棉纱的价格便开始大跳水。

于是哈格里夫斯就倒了霉。一群愤怒的男男女女冲进了哈格里夫斯家里，把他和家人统统暴打了一顿。他家里的珍妮纺织机全都被捣毁了。还有人顺手把他家房子给点着了。最后，他不得不搬家了事，老家是待不下去了。

所以，技术革命与科学革命不一样。科学革命更大程度上是思维方式的变化，是观念的变化；而技术革命往往涉及利益格局的变化，以及上下游产业的配合。就拿纺纱和织布来讲，仅仅发明了飞梭技术，纺纱机技术跟不上，那么整个系统的效率仍然是受到限制的。反过来也是一样。一个发明能够迅速被推广应用，往往是因为上下游恰好条件都已经准备好了。假如条件不满足，就很难推广开。一个技术到底在什么时候算成熟呢？周边配套的技术什么时候能跟上呢？这需要企业家的判断，需要企业家有足够丰富的知识，而且对最前沿的东西持续关注。一个人的脑袋瓜子总是有限的，彼此之间的交流可以大大促进知识的传播，更容易促进新技术的推广。

大约在1765年，一群对科学技术有着浓厚兴趣的人走到了一起，聚集在工业重镇伯明翰。伯明翰的铁匠特别多，此地就是靠小五金起家的，后来越做越大，成了钢铁工业的重镇。人口从几千人发展到了将近十万人。

这群人经常在一起高谈阔论，他们对最新的科学技术都很感兴趣。最开始的创建者是伊拉斯谟斯·达尔文和约书亚·韦奇伍德。后来这二位结了亲，他们家族互相联姻。他们家族最出名的就是查尔斯·达尔文——进化论的提出者。他是伊拉斯谟斯·达尔文的孙子，娶了韦奇伍德家族的闺女，也就是他的表姐为妻。

约书亚·韦奇伍德也很了不起。他家是制作陶瓷的，因为他从小得过天花，腿脚有残疾，而且过去制瓷拉坯需要脚蹬转轮，他的腿没办法去蹬脚蹬子，所以他最后转向设计瓷器，不参与制作。后来他娶了一位比较富有的妻子，有了第一桶金，开始自己创业生产陶瓷。他对质量要求极其严格，看见次品就用手杖敲碎。他也非常注重最新的科学技术，尽量把最新的科学技术用到陶瓷生产上。因此他们家的瓷器越做越好，最后得到女王的青睐，成了皇家专用瓷器。俄罗斯的女王还专门订购了一套，现在保存在圣彼得堡艾米塔什博物馆。

他们这伙人常常碰头聚会，不过人数并不太多，虽然后来又陆陆续续有人加入，但前后都不超过14个。他们本来就是碰头闲聊，也就没有正式记录，因此一切都模糊不清。这帮人就被称为“月光社”，也有翻译成“月光协会”的。我们这年头也有“月光族”，不过那是指每个月工资全花光的人。那么他们为啥叫月光社呢？难道他们也是每个月工资都花光？

真实原因是那时候英国还没有路灯系统，一到晚上，大街上乌漆墨黑的。为了大家行走方便，每次聚会时间都定在了月圆之夜。某位月光社成员先要夜观天象，月圆的时候，马上穿戴整齐收拾停当，拎着拐棍戴上大礼帽就出门了。他们聚会的地点就选在了实业家马修·博尔顿的索霍会馆，也就是他家的私宅。他家是开钢铁工厂的，家资巨富，而且他对新技术非常感兴趣。

我们无从考证，到底是什么时候月光协会的活动多了一个年轻人的身影，此人的名字叫作詹姆斯·瓦特。他和马修·博尔顿的黄金组合推开了蒸汽机的辉煌时代。詹姆斯·瓦特1736年出生在苏格兰的格拉斯哥附近，父亲是个小镇的官员，拥有自己的船只和造船作坊。因此我们可以想象，瓦特对这种机械加工技术是很熟悉的，毕竟从小就在厂里玩儿嘛。他母亲是贵族家庭出身，受到过良好的教育。小时候的瓦特体弱多病，因此去学校的时间不多，都是他母亲在家教他。瓦特从小就显出了超强的动手能力。

到了17岁的时候，瓦特的母亲不幸去世了，父亲的生意也走了下坡路，瓦特就去了伦敦的一家仪器修理店给人打杂，当了好几年的学徒。他后来回到苏格兰打算自己创业。当时苏格兰还没有仪器修理工，那时候开店都需要向行业协会申请，自己开店那是不行的。

那么瓦特应该向哪个行业协会申请呢？他向锤子公会申请了许可。听这名字就像游戏里的东西，怎么还有锤子公会啊？人家说了，只要你用锤子干活儿就归我们管。这个协会也管得太宽了点儿，加工制造行业、修理行业，哪个行业不用锤子啊？修理钟表弄不好也要用小锤子敲敲打打的。但是瓦特学徒的年限不够，人家规定必须学够7年才能开业。

到了1757年，格拉斯哥大学给了瓦特一个机会，让他在大学里开了个仪器修理铺，大学里的仪器坏了都找他修。瓦特算是走出了困境，生活稳定下来了。

瓦特人缘不错，因为仪器坏了都找他修，所以他跟很多教授都混熟了。开业4年之后，罗宾逊教授一看，瓦特手艺不错，就开始指导他研究蒸汽机。那个时候，瓦特根本没见过蒸汽机，对于这东西两眼一抹黑，因此他自己鼓捣了半天，也没能搞出来。瓦特当然不死心，他努力搜集一切跟蒸汽机相关的资料。

1763年，瓦特得知，格拉斯哥大学有一台纽可门蒸汽机，但是机器坏了，已经送去伦敦修理了。瓦特非常兴奋，因为他从来没有看到过能正常运行的蒸汽机，这台纽可门蒸汽机虽然是坏的，但总比自己鼓捣的强，因此他强烈要求把机器运回来，自己修理。

瓦特把机器拉回格拉斯哥大学，这个机器不算太大，气缸的直径2英寸（5厘米），活塞行程大约6英寸（15厘米）。瓦特就开始鼓捣这玩意儿。说白了这不是一个实用的蒸汽机，只是一个教学模型。瓦特发现这个机器的效率低得可怜，烧一锅水运行不了多久就不动了。

瓦特开始思考，到底蒸汽的力量都消耗到哪里去了。那时候热力学还处在萌芽状态，很多东西都没有现成的公式和单位，瓦特全靠自己鼓捣。他自己搞了个水壶做实验，他想了解一下，到底蒸汽的温度和体积有什么样的关系。他发现，把水烧成蒸汽，体积扩大了6倍。这都是在标准大气压下测试的。

他假定，1克水从0摄氏度加热到开锅，需要的热量为100单位。他发现1克100摄氏度的水变成100摄氏度的蒸汽，需要534单位的热量。现代测量的数值是537，瓦特的测试虽然有误差，但没差多少。让瓦特最奇怪的是温度完全没变化，蒸汽是100摄氏度，开水也是100摄氏度。为什么那么多的热量并没有使温度提高呢？瓦特理解不了。

瓦特就去求教了他的朋友布莱克教授。布莱克教授也发现了这个现象，他管这个现象叫“潜热”。所以布莱克教授就告诉瓦特，水变成蒸汽的过程里，因为涉及状态的变化，所以需要额外的热量。

瓦特明白了这个道理，也就明白了纽可门蒸汽机的问题出在哪儿了。

我们再来回顾一下纽可门蒸汽机的工作原理：先在下边烧一锅水，上边架个气缸，里边放个活塞。最原始版本的纽可门蒸汽机，阀门都是靠人手动控制的，后来经过不断改进才变成了自动的。

打开锅炉阀门，蒸汽冲进气缸但压力不大，活塞被顶起来，这个过程中，蒸汽机不做功。关闭锅炉的阀门，打开冷水阀门，冷水冲进气缸，蒸汽冷凝，体积急剧缩小，内部形成负压，大气压把活塞压回气缸底部，可以说活塞是被吸回来的。这个过程中是做功发力的。因此和我们想象的完全相反，纽可门蒸汽机不是靠蒸汽的膨胀做功，相反是利用冷凝收缩来做功的。因此这东西不需要承受高压，比较安全。

瓦特搞明白了这个蒸汽机的基本原理以后，差点把鼻子气歪了。因为蒸汽冲进气缸，气缸好不容易热起来了，一喷冷水，气缸全凉了，在这冷热交替的过程中不知道要损失多少热量，不管怎么调整进气和注水的过程都没办法弥补。所以瓦特气归气，一时半会儿也没有什么好办法，因为不把气缸冷下来，蒸汽就无法凝结，当然也就不会形成负压。

1765年5月的一天，天气不错，瓦特吃饱了饭在河边草地上散步。苏格兰严格规定，星期天不许工作，因此瓦特可以休息一下。他脑子当然停不下来，一直在思考，突然灵光一闪，想到一个办法，那就是设立一个独立的冷凝器。气缸里的蒸汽为什么要在气缸里冷凝呢？干脆排放到另外一个冷凝器里去冷凝算了。这样就实现了分工，气缸一直是热的，冷凝器一直是冷的。蒸汽反正是流体，为什么要在一个地方待着呢？

瓦特开始了新的实验，分离式冷凝器能不能试验成功，他自己心里也没底。他做了一个小模型，这个小模型的确是可以运行的，但是因为冷凝器太小了，温度很快就上去了，却无法有效冷凝蒸汽，所以这个小模型运行了几圈以后就停了。但是这至少证明原理可行，瓦特很受鼓舞，他就开始专心研究冷凝器。

瓦特的实验也引起了很多教授的关注，不管是不是研究物理学或者机械的。一个研究文科的教授也喜欢到这里来看看瓦特的工作；一个道德哲学教授偶尔也到瓦特这里来溜达，时不时还聊两句。日后这两个人的塑像将会并列矗立在格拉斯哥大学的校园里。一位教授的名字叫亚当·斯密。他写的《国富论》，其伟大意义怎么评价都不为过。亚当·斯密和瓦特都是苏格兰人，也算是老乡吧。另一位也将成为科学巨匠，他叫麦克斯韦。

就在瓦特鼓捣蒸汽机的时代，那个钟表匠哈里森也在研究他的航海钟。他要把计时精度提高到过去不敢想象的程度。瓦特自己也是个优秀的仪器工匠。在当时，能工巧匠是一个新崛起的阶层，他们手艺精湛，而且他们也获得了科学界的认可。他们个个都有自己的技术诀窍，轻易不告诉别人。他们鼓捣的都是桌面上小型化的精巧仪器，与工厂里的生产设备完全不是一码事。工厂里的那些工程师，听着还挺好听，说白了就是些打铁的铁匠，大型机器的加工精度是很差的。把那些机器和精巧的实验仪器摆在一起，你很难相信这是同一个时代的产品。

瓦特虽然自己做的模型还工作得不错，但是当他要生产大型化、实用化的蒸汽机的时候，他发现自己力不从心。因为找好的工匠需要花钱，自己要攻克一系列的技术难题也需要资金支持。当时瓦特遇到的一个很大的问题就是气缸活塞到处漏气，阀门也不过关，加工精度太低，难免跑冒滴漏。一提到工业革命，总是想到煤炭、钢铁，好像有了这两个就可以造蒸汽机了。其实大家忽略了另一个战略性的材料，这种材料叫作“橡胶”。在没有橡胶的年代，解决漏气的问题都是一件让人头痛不已的大难题。研读技术史，我们不难发现，一个技术的广泛应用，一定是各方面的条件全都凑齐了才行。条件凑不齐，再天才的想法也都是空中楼阁。

还有一个大问题，那就是钱。工业革命绝不是发明家工程师单打独斗就能搞定的，没钱是万万不行的。瓦特需要寻找投资人。他急切需要一位头顶光环、背后扇着翅膀的天使投资人来到身边。

很快，他就碰上了一生中的第一位贵人。布莱克教授介绍了一位朋友给瓦特，这人就是号称“苏格兰工业革命之父”的罗巴克。罗巴克是一位大企业家，而且还有博士头衔。他一开始是学医的，后来自己开业行医。不过他的主要兴趣点是在化工上。当时化工产业也开始兴起了。罗巴克开办的第一家企业是生产硫酸的化工厂，后来又开了一家更大的硫酸厂，赚了不少钱。他从伯明翰来到了苏格兰，跟人一起开钢铁厂，厂址就选在卡伦河畔，名字也由此得来。在这里，工业需要的水源、铁砂、石灰、焦炭全都不缺。

第一座高炉于1760年元旦开炉，第一年里炼出了1500吨铁，后来又有几座高炉建成投入生产，产量稳步增长。由于苏格兰的铁砂特别适合炼铁，所以实际上产出的全都是铸铁。卡伦炼铁厂后来以铸造大炮而驰名，尤其是专门制造的大口径短炮，在1779年同法国舰队的战斗中，这种炮大显神威。

罗巴克的下一步计划是要租借汉密尔顿公爵在博尼斯附近的一块地，他看中的是地下的煤炭。于是，他就在这块地上安了家。别看这个罗巴克生意越做越大，并且之前每次投资都赚得盆满钵满，这次却彻底栽了。这地方底下有煤倒是不假，可惜地下水太多了。矿井挖下去，水咕嘟咕嘟地冒出来了，连最大功率的纽可门蒸汽机都甘拜下风。所以这个罗巴克听说了瓦特在研究蒸汽机的时候，他很有兴趣。

罗巴克和瓦特一拍即合，成了合伙人。罗巴克是投资人，占了2/3的股份。1769年，瓦特拿到了第一个专利，也就是分离式冷凝器的专利。罗巴克不是有家钢铁厂嘛，瓦特到他的工厂去了一趟，看看这个工厂能不能在气缸和活塞的制造方面有个突破。可惜这个厂最好的产品都是不合格的，没办法达到瓦特的要求。瓦特最头痛的就是气缸活塞漏气，阀门也漏气。

瓦特有一次出差去伦敦，路过伯明翰，见到了达尔文的爷爷伊拉兹马斯·达尔文。双方一见如故，后来经常还通信。估计就是这一次，他和伯明翰月亮会的人接上了关系，成功进入了人家的朋友圈。

后来罗巴克经商失败，赔得倾家荡产，也就没有能力继续资助瓦特了。瓦特为了维持生计，到运河上去当测量员，改进蒸汽机的工作也就暂时搁下了。如果没有后来的机缘巧合，瓦特可能也就只能老老实实当个运河测量员了。

但是历史就是眷顾瓦特，他遇到了一生里最重要的一个贵人，此人就是马修·博尔顿。他是伯明翰的大企业家，也是月光社的成员，他家就是月光社的聚会地点。马修·博尔顿拥有一家大型工厂，当时建厂就花了2万英镑，雇佣的工人达到了1000人，当时在伯明翰都算是首屈一指了。以当时英国的世界地位，这个厂很可能是全世界首屈一指的厂家。

那博尔顿工厂生产啥呢？一方面生产钢铁煤炭之类的，另一方面生产小五金、金属纽扣、装饰品、镀金的盘子之类的。别忘了，伯明翰就是靠钢铁和小五金发家的。

博尔顿也有烦心事儿，他的工厂是建立在河边的，全靠水轮机当作动力。水轮机就是工业的原动机，通过皮带齿轮传动到各个加工机械上。每年夏天霍克利的溪流水位很低的时候，他的工厂就停滞了。博尔顿最头痛的就是这事儿。他不得不依靠马拉抽水机，用人工拉高水位的方式来维持生产。大家也知道，靠马拉的效率很低，没多久马就累得不行了，必须停下来休息吃东西。1766年，他打算安装一台纽可门蒸汽机来抽水，从朋友嘴里听到了瓦特的事儿，他认准了瓦特的想法是能成功的。

后来博尔顿见到了瓦特，带着他参观自己的工厂。瓦特简直着了迷，这座工厂的工艺水平让瓦特非常惊喜，简直是一切工艺条件都具备了。博尔顿打算和瓦特合作，但是瓦特和罗巴克是有协议的。博尔顿认为这好办，罗巴克不是破产了嘛，把他所拥有的股份都收购了，不就皆大欢喜了嘛。

博尔顿对蒸汽机非常痴迷，无条件支持瓦特，可以说没有博尔顿也就没有瓦特最后的成功。而且博尔顿很有商业头脑，先是为一座煤矿建造了一台50英寸气缸的蒸汽机，后来又帮一个铁器制造商威尔金森建造了一台30英寸的蒸汽机。巧了，威尔金森在1774年发明了一种镗床，专门用来生产高精度的炮管，刚好能满足瓦特对于气缸的加工精度要求。瓦特这两台蒸汽机由此大获成功，耗煤量不到其他蒸汽机的1/3。

瓦特蒸汽机的耗煤量下降到了这个程度，原本用蒸汽机不划算的矿山就变得划算了。要知道很多金属矿山也需要抽水，但是他们那里又不见得产煤，因此用老版本的纽可门蒸汽机来抽水是不划算的，换用瓦特的蒸汽机以后，这些矿山就变得划算了。瓦特的蒸汽机恰好跨过了一个门槛，打开了一个新的市场。博尔顿收到了一大堆来自康沃尔郡的订单。因为康沃尔郡就属于缺少煤炭的地区，博尔顿创新地提出了一种收费模式，不仅要收蒸汽机的钱，还要收专利费，毕竟瓦特的蒸汽机是有独家专利的。相对于纽可门蒸汽机，瓦特的蒸汽机能省下很多煤，少花很多钱，就按照节省量取一定的比例来收钱。说白了就是博尔顿要收月租费。

博尔顿的这个行为造成了他完全想不到的后果。要知道，后来康沃尔地区不但是盗版蒸汽机横行，还逼出了世界上第一台火车头。 r80OI3IQmgPy3Z8M/DJMUkFTpcCZ2hgfvkRovt/0y3cB1mo5YPhd7C2uTAaTWyaW