很多人将“科学是基础,技术是应用”这种观念视为天经地义,习以为常。在这种观念影响下股票配资APP下载,许多技术成就都被记到了科学账上。但实际上这种观念并未经过深思熟虑,而且很难经得起历史考察。所以许多帐目实际上是记错的,瓦特的蒸汽机就是这样。
瓦特是什么人
大部分人,如果没专门去翻查过相关专著或史料,其实都很难回答“瓦特是什么人”这个问题。因为瓦特是一个非常奇怪的人,我们如果想用常见的一些社会身份,比如科学家、工程师、学者、商人、工匠……去界定瓦特,就会发现没有一个完全合适。
瓦特(James Watt,1736~1819)出身富人之家,父亲是商人,业务广泛。家里虽然有钱,瓦特却没去念大学,17岁就离家开始自己的商业生涯,19岁在伦敦跟着摩根(J. Morgan)当了不到一年的学徒。摩根是手工艺大师兼数学家,瓦特的学徒生活就是给大师干活,非但没有报酬,还要交昂贵学费20畿尼(金币)。这种情景,很像文艺复兴时期大师们的师徒关系。
这一年学徒非同小可,看来比念几年大学厉害多了。瓦特不仅获得了执业资格(否则他在仪器制造行业连受雇的资格都没有),而且他学习能力超强,居然学会了许多高端手艺和知识。出师后的瓦特,有点像中国古代小说中的“巧手匠人”,心灵手巧能制造各种机巧玩艺。我们就这么说吧,如果没遇到摩根,瓦特日后根本不可能去鼓捣什么蒸汽机。
瓦特有许多故事,这些故事在中国的科普读物中通常都被过滤掉了,这里只讲一个以见一斑。在1760年代,瓦特在格拉斯哥的业务中包括修造和买卖乐器,于是格拉斯哥共济会想让瓦特替他们造一架教堂用的管风琴。尽管瓦特的朋友们都知道他连音符也分不清,可是瓦特居然一口答应下来,而他的依凭只是先前替人修过一次风琴。他临阵磨枪,先做了一架小风琴,同时全力学习钻研声乐理论,不久竟将教堂的管风琴造出来了,而且用户的反映是“演奏效果很好”。
现在我们可以初步回答“瓦特是什么人”了:瓦特是18世纪一个没念过大学、心灵手巧、有着广泛业务的英国商人。当然这个答案还远远不是全面的。
蒸汽机公案
瓦特虽没念过大学,却和格拉斯哥大学有着不解之缘。他19岁就已经“永久入职”格拉斯哥大学——被大学任命为“数学仪器制造商”,并在校园里开设了他自己的门店。在瓦特晚年的时候,格拉斯哥大学甚至向他颁授了荣誉学位。而瓦特的蒸汽机公案,也是从格拉斯哥大学开始的。
青年瓦特在格拉斯哥大学,偶遇了和未来蒸汽机公案有密切关系的两个人:布莱克教授(J. Black)和他的学生罗比森(J. Robison)。和这一对师生的交往开阔了瓦特的眼界,他自学了德语和意大利语,阅读了更多的书籍,还加入了名为“安德森俱乐部”的学生社团。
当时正值工业革命前夜,最初的蒸汽机已经出现。人类要获得机械能,以前只能靠人力或畜力(比如拉磨),古人虽已知风力和水力可以通过风帆和风车水车转化为机械能,但输出的机械能既不稳定,也不便操控。蒸汽机的革命性在于,可以将持续获得的稳定热能(比如烧煤所得)转化为机械能。
当时最重要的蒸汽机是纽科门(T. Newcomen)发明的机器,已经实现了将热能(将水加热成为蒸汽)转化为机械能的想法,但是转换效率非常低,主要只能用于在煤矿矿井中抽水,还经常抽不干净。蒸汽机迫切需要一个“量变到质变”的过程——能够以较高的效率将热能转换为持续稳定输出的机械能。
瓦特虽没念过大学,但他有很强的将数学应用于实际问题的能力。在经过反复观察和计算之后,瓦特在蒸汽机中引入了“表面冷凝器”,大大提高了蒸汽机从热能到机械能的转换效率。换句话说,瓦特实现了那个“量变到质变”的过程。1769年1月5日,瓦特的专利“一种减少火力发动机中蒸汽和原料消耗的新方法”获得授权。
我们要讨论的这个公案是:布莱克对瓦特的蒸汽机起过什么作用?传统的说法是:在布莱克教授的帮助下,特别是在他的“潜热”理论启发下,瓦特才发明了冷凝器。上述说法可能发端于布莱克本人,他在1803年出版的讲义中直接表示:是他本人建议瓦特改良了蒸汽机,从而“对公共利益作出了巨大贡献”。这种说法听上去非常符合“科学是基础,技术是应用”的观念图景。
然而在罗比森1822年编撰的《机械哲学体系》一书中,瓦特的信件中却是这样说的:
我被这个惊人的事实震撼,并且不了解其原因,我向我的朋友布莱克博士提到了这一点,布莱克博士随后向我解释了他的潜热学说。……我偶然发现的实验结论,竟然有美丽的理论作为依托。
让瓦特震撼的“惊人的事实”,是他发现水蒸汽能将6倍于自身重量的水加热到沸点。瓦特发现的这一事实当时并无理论解释,他将这一发现告诉布莱克时,布莱克向瓦特表明,这可以用“潜热”理论加以解释。由于布莱克之前显然并不知道这一事实,所以恰恰是瓦特所发现的事实支持了“潜热”理论。
至于瓦特发明的蒸汽机上的冷凝器,直接来源于他的观察和实验,也不是布莱克的理论所能启发的。事实上,如果我们尝试回到史料文献所描述的1760年代格拉斯哥生机勃勃的历史现场,就有充分的理由相信,不管有没有“潜热”理论,作为能工巧匠的瓦特都可以发明冷凝器。
记到科学账上
在瓦特和蒸汽机的故事中我们看到,至少在18世纪的英国工业城市,科学和技术是分别由两群不同的人所从事的。大学教授和博士,远离世俗社会和如火如荼的商业活动,研究科学——他们更愿意称之为“自然哲学”(想想牛顿《自然哲学之数学原理》书名就可知矣),实际上经常只是对世界的哲学解释。而投身商业活动的工匠、技师、工程师和厂主、矿主、船主等等,则在火热的商业活动中钻研和推进技术的发展,因为这种发展可以立竿见影地为他们带来真金白银。
这样的两群人,一般情况下很少有业务交集。布莱克、罗比森与瓦特的友谊,源于他们年轻时的邂逅,是一种特殊情况,而且他们在此后的岁月里,也仍然是各自干自己的事,并无实质上的合作。
皇家学会可以认为是科学家的代表,是前一群人的高端俱乐部,那么后一群人除了比较严密的行会组织,其实也有类似的俱乐部,比如著名的“月光社”——瓦特就是月光社五个核心成员之一。
但前一群人的聪明之处在于,当后一群人中有人做出了杰出成就时,就适时将他们吸纳进自己的群体。1785年,瓦特和月光社的另外四位成员被选为皇家学会会员。
瓦特改良的蒸汽机真正引发了工业革命,他去世后颇享哀荣,西敏寺有为他镌刻的纪念碑文,其中说“他是物理学研究的先行者,他改良了蒸汽机,武装了人类,使虚弱无力的双手变得力大无穷,他是最伟大的科学家之一”。这段奇妙的碑文,将能工巧匠瓦特变成了“科学家”,将瓦特的技术创新变成了“物理学研究”,一举将蒸汽机——其实也就是将工业革命——记到了科学账上。
举报 文章作者江晓原
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