科學(xué)外史II（32）

很多人將“科學(xué)是基礎(chǔ)，技術(shù)是應(yīng)用”這種觀念視為天經(jīng)地義，習(xí)以為常。在這種觀念影響下，許多技術(shù)成就都被記到了科學(xué)賬上。但實(shí)際上這種觀念并未經(jīng)過(guò)深思熟慮，而且很難經(jīng)得起歷史考察。所以許多帳目實(shí)際上是記錯(cuò)的，瓦特的蒸汽機(jī)就是這樣。

瓦特是什么人

大部分人，如果沒(méi)專門(mén)去翻查過(guò)相關(guān)專著或史料，其實(shí)都很難回答“瓦特是什么人”這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)橥咛厥且粋€(gè)非常奇怪的人，我們?nèi)绻胗贸Ｒ?jiàn)的一些社會(huì)身份，比如科學(xué)家、工程師、學(xué)者、商人、工匠……去界定瓦特，就會(huì)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有一個(gè)完全合適。

瓦特（James Watt，1736～1819）出身富人之家，父親是商人，業(yè)務(wù)廣泛。家里雖然有錢(qián)，瓦特卻沒(méi)去念大學(xué)，17歲就離家開(kāi)始自己的商業(yè)生涯，19歲在倫敦跟著摩根（J. Morgan）當(dāng)了不到一年的學(xué)徒。摩根是手工藝大師兼數(shù)學(xué)家，瓦特的學(xué)徒生活就是給大師干活，非但沒(méi)有報(bào)酬，還要交昂貴學(xué)費(fèi)20畿尼（金幣）。這種情景，很像文藝復(fù)興時(shí)期大師們的師徒關(guān)系。

這一年學(xué)徒非同小可，看來(lái)比念幾年大學(xué)厲害多了。瓦特不僅獲得了執(zhí)業(yè)資格（否則他在儀器制造行業(yè)連受雇的資格都沒(méi)有），而且他學(xué)習(xí)能力超強(qiáng)，居然學(xué)會(huì)了許多高端手藝和知識(shí)。出師后的瓦特，有點(diǎn)像中國(guó)古代小說(shuō)中的“巧手匠人”，心靈手巧能制造各種機(jī)巧玩藝。我們就這么說(shuō)吧，如果沒(méi)遇到摩根，瓦特日后根本不可能去鼓搗什么蒸汽機(jī)。

瓦特有許多故事，這些故事在中國(guó)的科普讀物中通常都被過(guò)濾掉了，這里只講一個(gè)以見(jiàn)一斑。在1760年代，瓦特在格拉斯哥的業(yè)務(wù)中包括修造和買(mǎi)賣(mài)樂(lè)器，于是格拉斯哥共濟(jì)會(huì)想讓瓦特替他們?cè)煲患芙烫糜玫墓茱L(fēng)琴。盡管瓦特的朋友們都知道他連音符也分不清，可是瓦特居然一口答應(yīng)下來(lái)，而他的依憑只是先前替人修過(guò)一次風(fēng)琴。他臨陣磨槍，先做了一架小風(fēng)琴，同時(shí)全力學(xué)習(xí)鉆研聲樂(lè)理論，不久竟將教堂的管風(fēng)琴造出來(lái)了，而且用戶的反映是“演奏效果很好”。

現(xiàn)在我們可以初步回答“瓦特是什么人”了：瓦特是18世紀(jì)一個(gè)沒(méi)念過(guò)大學(xué)、心靈手巧、有著廣泛業(yè)務(wù)的英國(guó)商人。當(dāng)然這個(gè)答案還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是全面的。

蒸汽機(jī)公案

瓦特雖沒(méi)念過(guò)大學(xué)，卻和格拉斯哥大學(xué)有著不解之緣。他19歲就已經(jīng)“永久入職”格拉斯哥大學(xué)——被大學(xué)任命為“數(shù)學(xué)儀器制造商”，并在校園里開(kāi)設(shè)了他自己的門(mén)店。在瓦特晚年的時(shí)候，格拉斯哥大學(xué)甚至向他頒授了榮譽(yù)學(xué)位。而瓦特的蒸汽機(jī)公案，也是從格拉斯哥大學(xué)開(kāi)始的。

青年瓦特在格拉斯哥大學(xué)，偶遇了和未來(lái)蒸汽機(jī)公案有密切關(guān)系的兩個(gè)人：布萊克教授（J. Black）和他的學(xué)生羅比森（J. Robison）。和這一對(duì)師生的交往開(kāi)闊了瓦特的眼界，他自學(xué)了德語(yǔ)和意大利語(yǔ)，閱讀了更多的書(shū)籍，還加入了名為“安德森俱樂(lè)部”的學(xué)生社團(tuán)。

當(dāng)時(shí)正值工業(yè)革命前夜，最初的蒸汽機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)。人類要獲得機(jī)械能，以前只能靠人力或畜力（比如拉磨），古人雖已知風(fēng)力和水力可以通過(guò)風(fēng)帆和風(fēng)車(chē)水車(chē)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但輸出的機(jī)械能既不穩(wěn)定，也不便操控。蒸汽機(jī)的革命性在于，可以將持續(xù)獲得的穩(wěn)定熱能（比如燒煤所得）轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

當(dāng)時(shí)最重要的蒸汽機(jī)是紐科門(mén)（T. Newcomen）發(fā)明的機(jī)器，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將熱能（將水加熱成為蒸汽）轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的想法，但是轉(zhuǎn)換效率非常低，主要只能用于在煤礦礦井中抽水，還經(jīng)常抽不干凈。蒸汽機(jī)迫切需要一個(gè)“量變到質(zhì)變”的過(guò)程——能夠以較高的效率將熱能轉(zhuǎn)換為持續(xù)穩(wěn)定輸出的機(jī)械能。

瓦特雖沒(méi)念過(guò)大學(xué)，但他有很強(qiáng)的將數(shù)學(xué)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的能力。在經(jīng)過(guò)反復(fù)觀察和計(jì)算之后，瓦特在蒸汽機(jī)中引入了“表面冷凝器”，大大提高了蒸汽機(jī)從熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換效率。換句話說(shuō)，瓦特實(shí)現(xiàn)了那個(gè)“量變到質(zhì)變”的過(guò)程。1769年1月5日，瓦特的專利“一種減少火力發(fā)動(dòng)機(jī)中蒸汽和原料消耗的新方法”獲得授權(quán)。

我們要討論的這個(gè)公案是：布萊克對(duì)瓦特的蒸汽機(jī)起過(guò)什么作用？傳統(tǒng)的說(shuō)法是：在布萊克教授的幫助下，特別是在他的“潛熱”理論啟發(fā)下，瓦特才發(fā)明了冷凝器。上述說(shuō)法可能發(fā)端于布萊克本人，他在1803年出版的講義中直接表示：是他本人建議瓦特改良了蒸汽機(jī)，從而“對(duì)公共利益作出了巨大貢獻(xiàn)”。這種說(shuō)法聽(tīng)上去非常符合“科學(xué)是基礎(chǔ)，技術(shù)是應(yīng)用”的觀念圖景。

然而在羅比森1822年編撰的《機(jī)械哲學(xué)體系》一書(shū)中，瓦特的信件中卻是這樣說(shuō)的：

我被這個(gè)驚人的事實(shí)震撼，并且不了解其原因，我向我的朋友布萊克博士提到了這一點(diǎn)，布萊克博士隨后向我解釋了他的潛熱學(xué)說(shuō)。……我偶然發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，竟然有美麗的理論作為依托。

讓瓦特震撼的“驚人的事實(shí)”，是他發(fā)現(xiàn)水蒸汽能將6倍于自身重量的水加熱到沸點(diǎn)。瓦特發(fā)現(xiàn)的這一事實(shí)當(dāng)時(shí)并無(wú)理論解釋，他將這一發(fā)現(xiàn)告訴布萊克時(shí)，布萊克向瓦特表明，這可以用“潛熱”理論加以解釋。由于布萊克之前顯然并不知道這一事實(shí)，所以恰恰是瓦特所發(fā)現(xiàn)的事實(shí)支持了“潛熱”理論。

至于瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)上的冷凝器，直接來(lái)源于他的觀察和實(shí)驗(yàn)，也不是布萊克的理論所能啟發(fā)的。事實(shí)上，如果我們嘗試回到史料文獻(xiàn)所描述的1760年代格拉斯哥生機(jī)勃勃的歷史現(xiàn)場(chǎng)，就有充分的理由相信，不管有沒(méi)有“潛熱”理論，作為能工巧匠的瓦特都可以發(fā)明冷凝器。

記到科學(xué)賬上

在瓦特和蒸汽機(jī)的故事中我們看到，至少在18世紀(jì)的英國(guó)工業(yè)城市，科學(xué)和技術(shù)是分別由兩群不同的人所從事的。大學(xué)教授和博士，遠(yuǎn)離世俗社會(huì)和如火如荼的商業(yè)活動(dòng)，研究科學(xué)——他們更愿意稱之為“自然哲學(xué)”（想想牛頓《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》書(shū)名就可知矣），實(shí)際上經(jīng)常只是對(duì)世界的哲學(xué)解釋。而投身商業(yè)活動(dòng)的工匠、技師、工程師和廠主、礦主、船主等等，則在火熱的商業(yè)活動(dòng)中鉆研和推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，因?yàn)檫@種發(fā)展可以立竿見(jiàn)影地為他們帶來(lái)真金白銀。

這樣的兩群人，一般情況下很少有業(yè)務(wù)交集。布萊克、羅比森與瓦特的友誼，源于他們年輕時(shí)的邂逅，是一種特殊情況，而且他們?cè)诖撕蟮臍q月里，也仍然是各自干自己的事，并無(wú)實(shí)質(zhì)上的合作。

皇家學(xué)會(huì)可以認(rèn)為是科學(xué)家的代表，是前一群人的高端俱樂(lè)部，那么后一群人除了比較嚴(yán)密的行會(huì)組織，其實(shí)也有類似的俱樂(lè)部，比如著名的“月光社”——瓦特就是月光社五個(gè)核心成員之一。

但前一群人的聰明之處在于，當(dāng)后一群人中有人做出了杰出成就時(shí)，就適時(shí)將他們吸納進(jìn)自己的群體。1785年，瓦特和月光社的另外四位成員被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。

瓦特改良的蒸汽機(jī)真正引發(fā)了工業(yè)革命，他去世后頗享哀榮，西敏寺有為他鐫刻的紀(jì)念碑文，其中說(shuō)“他是物理學(xué)研究的先行者，他改良了蒸汽機(jī)，武裝了人類，使虛弱無(wú)力的雙手變得力大無(wú)窮，他是最偉大的科學(xué)家之一”。這段奇妙的碑文，將能工巧匠瓦特變成了“科學(xué)家”，將瓦特的技術(shù)創(chuàng)新變成了“物理學(xué)研究”，一舉將蒸汽機(jī)——其實(shí)也就是將工業(yè)革命——記到了科學(xué)賬上。