科學史上的大謊言 ▶ 瓦特沒有發明蒸汽機 憑什麼代表工業革命?

終於有一天, 一位教授委託瓦特修理一台蒸汽機, 是的, 那時候蒸汽機早就發明了五十七年。在17世紀, 煤炭已經成為煉鋼的主要燃料, 礦山是一座座的挖, 礦井也越挖越深。為了可以正常的進行採煤就必須不斷地從礦井裡抽出湧出的地下水, 要不然就會造成礦井坍塌導致人員傷亡, 稱為「透水事故」, 直到今天仍很常發生。最早是靠馬匹拉動水車, 通過鍊條轉動把水打出來, 因此不少礦山一次要飼養幾百匹的馬, 可想而知成本是多麼的巨大。後來人們想出了「用火取水」的辦法, 想要以火力推動礦山的排水, 也就是把腦筋動到了蒸汽上。

1698年, 第一台實用的蒸汽機就此誕生, 是一位英格蘭上尉, 繼承了前人的成果而發明的, 不過效率仍不是很好。這個機器沒有活室, 容易爆炸 所以沒引起人們的重視。1705年, 蘇格蘭鐵匠紐可門發明了一種比較實用, 帶有活塞的蒸汽機, 迢個機器基本上可滿足礦山抽水的需求, 幾乎所有英國的礦坑都使用了這台機器。更精準地說, 這不過是一台蒸汽排水機, 而瓦特所要修理的正是這樣的機器。這種蒸汽機已經問世了五十年, 在英格蘭非常普及, 但除了描水, 沒有別的用途。瓦特憑藉著多年修理工經驗, 很快地把機器修好。不過殘特發現這種機器動作緩慢、效率很低, 於是著手進行蒸汽機的改造。

紐可門蒸汽機的原理大概如下, 一開始汽缸下有水, 平常穩如死狗, 但只要把這個水加熱, 水就會變成蒸汽, 進而向上頂起活塞, 活塞頂上後, 再加入冷水, 蒸汽馬上繳械, 活塞便會下移, 這時候汽缸也涼了, 但只要重新加熱又可以把活塞推上去, 然後重複這幾個步驟, 再給活塞頭上綁上工具, 那就可以工作了。但瓦特發現這種SOP有一個BUG, 汽缸好不容易熱起來, 你又卻給他潑冷水, 想要繼續工作還得重新加熱, 那麼做功效率不就減半如果能讓汽缸一直熱、一直工作, 那麼做功效率不就大增, 於是瓦特給蒸汽機加了一個獨立裝置「冷凝器」, 加熱時活塞是頂了上去, 但冷凝器也會開啟, 熱蒸汽就會在汽缸外冷卻, 這下便可以趁著汽缸還熱繼續下一波新蒸汽, 活塞就能繼續上下運動。冷凝器減少了熱量耗損, 一下子把效率提高了三倍, 這是瓦特的第一項專利, 且當時的蒸汽機是個耿直boy, 只能直上直下, 瓦特又發了了「曲柄齒輪傳動系統」, 讓活塞可以換個體位旋轉運動, 蒸汽機連上了齒輪, 慢慢變成了今天的動力系統。接著瓦特又搞出了「平面四連桿機構」, 這個機構很複雜, 總之它可以讓活室平躺著來回計動, 就可以把多個汽缸連起來, 一缸變兩缸, 效率翻倍。此外瓦特另外設計了離心式調速器以及三連桿組、氣壓示工器等...這整套combo玩下來, 瓦特的蒸汽機效率是紐可門的五倍, 生產力爆表。這下子蒸汽機不只抽水而已, 被廣泛運用在紡織、採礦、冶金與各大行業。

其實早在兩千多年前, 古希臘人就曾經發明以蒸汽為動力的裝置, 達文西也曾設計過用蒸汽推動大炮的圖樣, 當時的課本也開始講授真空、大氣壓力等物理知識, 迢些都與蒸汽機的發明有關。17世紀的科學革命, 人們發現直空、知道大氣壓力的存在, 波以耳發現在恆溫下, 氣體的壓力和體積成反比的定律, 就是在這些科學的基礎上, 18世紀才發明了蒸汽機。所有現代的發明, 只要有完整的文獻可考, 都可以發現相同的發展模式。愛迪生的燈泡、萊特兄弟的動力飛機也都是在前人的基礎上發展成功的, 因此我們可以推出兩個結論。第一個, 技術的發展都是累積的, 而不是英雄憑空創造的。第二個, 技術發明之後才會產生用途的問題, 而不是「需求為發明之母」。實際上大部分的發明, 都只是無心的產物, 發明家事前都沒有藍圖, 也沒有目標, 一旦發明了一樣器具, 就必須想辦法讓消費者「需要」這件發明。還有一些發明, 在經歷過一段時間後, 發明的初衷就被忘記了。因為消費者找到了新的用途, 這種例子多不勝數, 像是飛機、汽車、引擎還有燈泡都是, 這些東西原本的用途可不是現在這樣的。

像是有發明大王之稱的愛迪生, 至今他的很多發明都有爭議, 但這個留聲機可是不折不扣他的原創, 也是他最有創意的發明。他在1877年發明了留聲機, 但並沒有人鳥他, 覺得這東西就是一個廢物。因為發迪生發表了一篇文章, 鼓吹留聲機很有用, 例如可以記錄垂死之人的遺囑, 為盲人錄下有聲書、可以報時、教兒童拼字等...但還是沒有人鳥他, 幾年後愛迪生終於承認, 留聲機就是廢物, 沒有商業價值。但又過了幾年, 有人拿他的留聲機當作MP3使用, 只要投錢就可以播放音樂, 一開始愛迪生認為播放音樂不入流, 覺得是一種侮辱。直到二十年後, 留聲機普遍的使用在錄放音樂, 愛迪生才不得不承認留聲機主要的用途就是這個, 而不是錄製遺囑。

由於新發明的東西, 一開始大多表現不好, 很難看出有甚麼用途, 發明家往往必須堅持很久, 以改善他們的發明, 或是等到後人的改良。美國政府一年發出七萬件專利憑證, 但也只有少數能達到商業生產, 相對於找到有用途的發明, 有更多沒用的發明被束之高閣, 甚至起初能滿足原始目的的發明, 後來也可能因為發現新的用途, 而變得更有價值。像是我們前面說的瓦特的蒸汽機, 最初只是個抽水馬達, 之後卻推動了軋棉機, 連火車與輪船都用上了, 甚至推動了工業革命。同樣的例子是汽車, 汽車並非一發明就非常實用, 一開始也是很鳥。

1876年德國人奧托發明了第一具四行程的循環引擎也開始量產, 那時馬匹作為人類的陸上交通工具已經有六千年的歷史。蒸汽引擎推動的火車, 則剛被人們所接受歐洲各地都開始建造鐵路。不過當年馬匹供應沒甚麼問題, 人們對於鐵路運輸也沒甚麼不滿, 奧托的引擎力量很少但卻非常笨重, 高達兩公尺, 且當時的道路多是泥土路。這笨重的引擎如果在雨季實用性比不上馬匹。直到1885年, 另一位德國發明家戴姆勒改進了奧托的引擎, 並造出了一台三輪車。這台三輪車被認為是最早的車子, 不過並不好操作。1905年, 汽車經過不斷地改良 外型逐漸類似於今天的汽車, 不過那時的汽車非常笨重, 因而行駛緩慢, 汽車仍就是有錢人的玩具, 昂貴且不實用, 人們還是使用馬匹與火車。而汽車真的普及, 則得靠第一次世界大戰, 且還是從卡車開始。第一次世界大戰期間, 步兵的機動已經不能靠雙腳滿足需求, 可以運送人員、運輸大型三器的卡車就變得十分重要, 美國在一戰期間就把7500輛卡車送往歐洲戰場。戰爭結束前, 日本也搭上了這波軍卡風潮, 一大堆汽車製造廠陸續冒出。戰爭結束後, 許多國家開始重建, 更多的道路鋪上了硬質路面, 加上橡膠材料的進化以及充氣輪胎的問世, 汽車實用性大增, 終於讓人們覺得世界上需要汽車, 於是工業國家中卡車逐漸取代了馬車。

1853年, 日本江戶時代末期, 美國培里強迫日本開港, 幕府也在隅田川河口的石川島建了一個造船廠, 兩年後造出了日本第一艘現代化軍艦旭日丸。明治維新後, 日本產業私有化, 這個船廠也改名為石片島造船所。除了造船外 也順便研發一些火力發電、蒸汽火車之類的產品, 為日本現代化做出了貢獻。1914年一戰爆發, 石川島造船所的業務暴增, 那時賣軍火就是最賺錢的行業, 石川島造船所狠狠發了一筆戰爭財。公司賺了大錢, 滿手現金怎麼辦? 那就來玩汽車吧。由於戰爭期間軍卡需求大增, 日本陸軍馬鹿與海軍馬鹿也看好汽車的未來, 於是爭相贊助汽車的發展, 就在這種契機下, 石川島造船所成立了汽車部, 也因為當時英日同盟嘛, 日本和英國挺麻吉的, 和英國的Wolseley簽署了合作協議, 之後陸續搞出小客車與軍用卡車, 而這一家百年老店就是今天的ISUZU五十鈴汽車。ISUZU由於是造船起家的, 因此柴油引擎特別厲害, 省油非常重要嘛, ISUZU旗下的大客車與卡車也非常有名。1923年關東大地震, 由於軌道受損, 鐵路無法使用, 日本政府災後也有賴於ISUZU的卡車協助重建。二戰結束後日本百廢待舉, 直到1950年代後期經濟後甦, 日本滿血復活, 國內貨運需求激增, 擅長貨卡與商用車款的ISUZU也在1959年推出經典車款, 第一代ELF。由於駕駛性佳、馬力大、安全又省油, 一推出就廣受歡迎。除了在日本賣爆外, 還外銷全世界, 如今已出到第六代, 是全世界最長壽的貨卡車款。ISUZU已連續20年都是日本銷售第1的商用車品牌, ISUZU幾乎就是貨卡的臉。在我們台灣, ISUZU的台灣總代理, 台北合眾汽車也已經十歲了, 在咱們的大街小巷, 不管是快遞的小貨車、還是消防車, 甚至是垃圾車都可以看到ISUZU的身影。接下來台灣也要從五期環保過渡到六期環保, 台北合眾汽車也會導入日本ISUZU最新車款, 除了更環保也更安全, 提供給運將們更好的運輸工具。