蒸汽機到底是不是瓦特發(fā)明的（蒸汽機早就被發(fā)明出來）

發(fā)布時間：2025-06-15閱讀(22)

導(dǎo)讀本文約4360字閱讀需要11min對于18世紀(jì)的英國甚至世界而言，沒有什么比蒸汽機的問世更具有劃時代意義。而蒸汽機的“發(fā)明者”，也一直被公認(rèn)為是蘇格蘭人詹姆....

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對于18世紀(jì)的英國甚至世界而言，沒有什么比蒸汽機的問世更具有劃時代意義。而蒸汽機的“發(fā)明者”，也一直被公認(rèn)為是蘇格蘭人詹姆斯·瓦特（James Watt）。

詹姆斯·瓦特。來源/秒懂百科視頻截圖

事實上，瓦特或許是史上最被誤讀的發(fā)明家，其發(fā)明家的身份首先就需要打一個問號：與其說是瓦特發(fā)明蒸汽機，不如說是改良了蒸汽機。即便在蒸汽機的改進進程中，人們也只看重其在技術(shù)上的貢獻，而忽視了他在吸引資本、完成技術(shù)轉(zhuǎn)化方面的貢獻。

可以說，蒸汽機得以在18世紀(jì)末問世，除了瓦特的天賦外，還離不開工廠主的傾囊相助，產(chǎn)業(yè)革命帶來的環(huán)境變化。蒸汽機的問世從最初的雛形到瓦特改良完畢，究竟是技術(shù)問題還是經(jīng)濟問題？

瓦特改良的蒸汽機亮相。來源/節(jié)目《解碼科技史》截圖

蒸汽機的不斷改良過程

蒸汽機的發(fā)明并非一蹴而就，而是經(jīng)歷了幾代人的共同努力，在一次次技術(shù)迭代后，最終形成了具有市場價值的蒸汽機。瓦特并非“發(fā)明者”，也非“終結(jié)者”，他的歷史貢獻在于極大地改良了蒸汽機，提升了蒸汽機的熱效率。這在蒸汽機的迭代升級過程中具有里程碑意義。

一般認(rèn)為，英國人薩弗里（Thomas Savery）制成了世界上第一臺實用的蒸汽提水機。這臺機器形似雞蛋。它的運作原理是：先在其中充滿蒸汽，然后關(guān)閉進汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內(nèi)蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經(jīng)進水管吸入容器中；關(guān)閉進水閥，重開進汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經(jīng)排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時，關(guān)閉進汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復(fù)循環(huán)，用兩個蛋形容器交替工作，可連續(xù)排水。薩弗里的提水機依靠真空的吸力汲水，汲水深度不超過六米。為了從幾十米深的礦井汲水，須將提水機裝在礦井深處，用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上，這在當(dāng)時無疑是困難而又危險的。

18世紀(jì)初，托馬斯·紐康門(Thomas Newcomen)發(fā)明了一臺大氣蒸汽機，主要用于在礦山中抽水。紐氏蒸汽機有一個汽缸和活塞。當(dāng)蒸汽進入氣缸時，活塞向上運動；活塞到達氣缸頂部時，一個裝置用冷水對氣缸降溫，充滿蒸汽的汽缸冷卻后，蒸汽凝結(jié)，在氣缸內(nèi)制造出真空，將活塞拉回底部，由此循環(huán)往復(fù)，通過一個杠桿拉動另外一側(cè)的抽水機。由于活塞每推動一次，氣缸里的蒸汽都要先冷凝，拉回活塞后再加熱，進行下一次推動，從而使得蒸汽80%熱量都耗費在維持氣缸溫度上，使得這款蒸汽機的效率很低。

瓦特對于蒸汽機的最大貢獻在于提升了機器的熱效率，他敏銳地意識到，理想的蒸汽機必須具備兩個條件：一是始終保持氣缸恒熱；二是要將蒸汽完全冷凝到100℃以下，確保其釋放全部熱量。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，他創(chuàng)造性地設(shè)計了分離式冷凝器，這一裝置最重要的突破就是將蒸汽的冷凝過程與氣缸分離，使蒸汽通過排氣管進入冷凝器冷凝，從而維持氣缸熱度。

瓦特與蒸汽機模型。來源/節(jié)目《解碼科技史》截圖

此外，瓦特還設(shè)計了一個封閉式氣缸，氣缸上配備了圓形的活塞，活塞桿下端通過填充料，可以有效防止蒸汽溢出。這種改良看似簡單，卻在紐氏蒸汽機問世半個世紀(jì)以來一直沒人想到過。瓦特對此也感到不可思議，他問自己：“這就可以了嗎？也太簡單了吧？怎么一切看起來都是那么順理成章？”卡內(nèi)基在《瓦特傳》對此的評價是：現(xiàn)實就是這樣，沒有冷凝器，沒有封閉式氣缸，就沒有現(xiàn)代蒸汽機。[1]

比發(fā)明更難的經(jīng)營推廣問題

相比較對于蒸汽機的改良，過往的論者往往忽略了其對于蒸汽機的推廣和經(jīng)營。就筆者看來，他對蒸汽機產(chǎn)業(yè)化的貢獻，絲毫不亞于改良蒸汽機本身。對于這兩者的關(guān)系，保爾·芒圖(Paul Mantoux)說得很清楚：“發(fā)明是一回事，會經(jīng)營利用發(fā)明物卻是另一回事。”[2] 幸運的是，在這方面瓦特遇到了多位貴人相助。

瓦特的第一位貴人是物理學(xué)家與化學(xué)家約瑟夫·布萊克（Joseph Black）。瓦特和布萊克的友情始于格拉斯哥大學(xué)工作期間，瓦特曾為布萊克制作過一臺風(fēng)琴，布萊克對瓦特的幫助則猶如“及時雨”，正如前文所述，他不僅給瓦特講授了“潛熱”理論，每當(dāng)瓦特在遭遇瓶頸或是走投無路時，他總是給予最慷慨和無私的幫助。

格拉斯哥大學(xué)。攝影/John Sammon，來源/圖蟲創(chuàng)意

瓦特的第二位貴人是企業(yè)家約翰·羅巴克（John Roebuck）。1765年，經(jīng)格拉斯哥大學(xué)教授布萊克的介紹，瓦特結(jié)識了羅巴克。那時的瓦特幾乎一文不名。由于負(fù)擔(dān)不起蒸汽機昂貴的研制費用，他幾乎放棄了對蒸汽機的改良，改行在卡爾多尼亞運河工地當(dāng)一名測量員。在這一過程中，他結(jié)識了羅巴克，后者當(dāng)時剛剛?cè)〉昧烁Ｋ购佑野恫┝_斯托內(nèi)斯煤礦的開采權(quán)。正如前文所說，當(dāng)時蒸汽機最主要的用途就是在煤礦抽水。羅巴克敏銳地嗅到了蒸汽機未來的市場前景，他與瓦特簽訂了一份合同，羅巴克負(fù)責(zé)向瓦特的債權(quán)人償付1000英鎊債務(wù)。作為交換，瓦特將未來蒸汽機利潤的三分之二交給羅巴克。保爾·芒圖稱，“這份合同在蒸汽史上創(chuàng)造了一個時代，蒸汽機正是從那個時候走進了實驗室”。這位《十八世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命》的作者稱，瓦特總是遲疑、猶豫、不滿意自己，他需要一個人去鼓勵、鞭策他前進，羅巴克以無比的熱情扮演了這個角色。

瓦特的第三位貴人是馬修·博爾頓（Matthew Boulton）。就像布萊克將瓦特介紹給羅巴克一樣，瓦特是通過羅巴克結(jié)識了博爾頓。相比羅巴克，博爾頓此時已經(jīng)是英格蘭頗為顯赫的實業(yè)家。當(dāng)他通過羅巴克獲悉了瓦特正在改良蒸汽機時，很快對這個項目產(chǎn)生了濃厚的興趣。彼時，博爾頓也在為如何提升蒸汽機在礦山中的效率發(fā)愁，先后請教過本杰明·富蘭克林和伊拉茲馬斯·達爾文博士，但都未能如愿。

馬修·博爾頓畫像。來源/紀(jì)錄片《大國崛起》截圖

1767年，瓦特路過伯明翰時，參觀了博爾頓在索霍的工場，對當(dāng)?shù)氐囊苯鸸I(yè)印象深刻，兩人一拍即合。而陷入經(jīng)營困難瀕臨破產(chǎn)的羅巴克也愿意成人之美，在羅巴克的見證下，博爾頓成為了瓦特此前專利技術(shù)的受讓人。對于蒸汽機的發(fā)展前景，博爾頓看得更長遠，他說：“我的意見是在我的運河邊上建立一個工廠，在那里我想安置制造機器所必需的全套設(shè)備，而且這個工廠可以提供給世人各種大小的機器……僅僅為是哪個郡制造，那就不值得費事了。值得費事的，是為全世界制造。”而瓦特一如既往地癡迷于改良蒸汽機，就像他之前在寫給朋友的信中所說：“我的全部精力都集中在這臺蒸汽機上，對其他事情毫無興趣。”[3]當(dāng)一個癡迷于設(shè)計的“發(fā)明家”與一個堅信其市場前景的實業(yè)家相結(jié)合，兩者的合力是巨大的，無怪乎50英鎊背面將二位并列，分別引用了兩人的一句名言，瓦特：“除了這臺機器，我別無所思”。博爾頓：“先生們，我在這里出售的是全世界都渴望得到的——動力。”

50英鎊背面將二位并列。攝影/Maksym Kapliuk，來源/圖蟲創(chuàng)意

不是煤炭，而是經(jīng)濟

有趣的是，經(jīng)歷了瓦特的改良后，蒸汽機并沒有如想象中那樣迅速在英國和歐洲世界鋪開，而是經(jīng)歷了近半個世紀(jì)的踟躕，最終在19世紀(jì)中期才逐漸取代原先的動力模式，成為英國工業(yè)革命的引擎。

之所以蒸汽機不受當(dāng)時英國人待見，也不難理解，因為蒸汽機的效率太低，比不上18世紀(jì)英國普遍使用的水能動力，但耗費又非常高昂。舉例而言，在瓦特改良蒸汽機之前，蒸汽機每產(chǎn)生1馬力需要消耗30磅煤，在瓦特改良蒸汽機后，這一數(shù)字下降到12.5磅，渦輪蒸汽機則進一步減少到5磅。對于資本家來說，產(chǎn)出與成本的比例是生命線。瓦特蒸汽機產(chǎn)生1馬力的成本達到33英鎊，經(jīng)過30年改進下降到20英鎊，而渦輪蒸汽機只有4英鎊，終于超越了水能等其他動力來源。

這其中最生動的案例莫過于在紡織領(lǐng)域蒸汽機對于水能的替代。

1765年，詹姆斯·哈格里夫斯（James Hargreaves）發(fā)明了多軸紡紗機（即珍妮紡紗機），并很快在英格蘭北部流傳開來。在技術(shù)革新的刺激下，英國的紡織業(yè)完成了從小作坊生產(chǎn)向大工廠生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型。但無論是小作坊還是大工廠，紡織機的運轉(zhuǎn)都離不開驅(qū)動力，這種動力必須能驅(qū)動數(shù)臺、數(shù)十臺，乃至數(shù)百臺的紡織機同時工作，在18世紀(jì)中期，瓦特改良的蒸汽機尚不成熟，主要的動力來源仍是水力。

位于瓦特家鄉(xiāng)蘇格蘭低地的拉納克恰好蘊藏著豐沛的水力資源，克萊德河從拉納克南邊流過，上游處有幾處落差頗大的瀑布，河水順流而下，為拉納克提供了豐沛的水能資源。

在18世紀(jì)末，歐洲三大空想社會主義者羅伯特·歐文決定建設(shè)新拉納克的時候，水力仍是紡織機最主要的動力來源，但這時，“蒸汽機”已經(jīng)開始進入到了他的視野。一開始，蒸汽機只是水力機的輔助工具。1780年左右，理查德·阿克萊特在他曼徹斯特的工廠內(nèi)開始使用紐康門的抽水機。兩年后，一些英格蘭的紗廠主請求瓦特給他們提供一批蒸汽機。當(dāng)時瓦特對待這批訂貨相當(dāng)冷淡。他在寫給博爾頓的信中寫道：“這些人寫給我的信以及他們派到這里的人，使我懷疑他們的能力。如果你經(jīng)過曼徹斯特回來，請你不要尋找紗廠的訂貨，我聽說那么多的工廠設(shè)在北部水流的岸邊，這項工業(yè)不久就一定會過多了。我們會有徒勞無獲的風(fēng)險。”但僅僅兩年后，瓦特就不得不承認(rèn)：“當(dāng)工廠能對燃料的消費量和成本做出抵償時，蒸汽機就一定能用于紗廠”。[4]到了19世紀(jì)初期，蒸汽機不僅在經(jīng)濟發(fā)達的英格蘭大行其道，就連在蘇格蘭也漸趨流行。這樣一來，僅憑水能為動力的新拉納克棉紡廠在蒸汽機驅(qū)動的工廠面前變得毫無優(yōu)勢，從此一蹶不振。

新拉納克。攝影/Constantin Stanciu，來源/圖蟲創(chuàng)意

從這個案例中我們不難發(fā)現(xiàn)，無論是蒸汽機的改良還是后期的推廣，其核心問題并不是技術(shù)問題，而是經(jīng)濟學(xué)問題：發(fā)明蒸汽機固然不是一件容易的事，但在18世紀(jì)中后期，限制其發(fā)展的所有技術(shù)瓶頸其實都已經(jīng)解決。制約蒸汽機改良和推廣的，已經(jīng)不再單純是技術(shù)因素，而是成本與產(chǎn)出的關(guān)系。

當(dāng)外部的經(jīng)濟環(huán)境發(fā)生改變，新技術(shù)在經(jīng)濟上的應(yīng)用價值對傳統(tǒng)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)造成沖擊時，新技術(shù)和新設(shè)備推廣的臨界點就已經(jīng)到來。這就像一顆火星一樣，點燃了技術(shù)革命的引擎，從而帶動了蒸汽機時代的到來。

因此，蒸汽機的問世，與其說是一個技術(shù)問題，不如說是一個經(jīng)濟學(xué)問題。從這個角度看，推動蒸汽機發(fā)展的“燃料”不是煤炭，而是資本。