瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，制造順利嗎?看看牛津版《技術(shù)史》，該書寫道：“早期的機(jī)器制造商為熟練工程師的匱乏所困。他們的蒸汽機(jī)正如其設(shè)計(jì)所清楚表明的那樣，是由鐵匠、修造輪子的工匠和木匠各色人等湊在一起制造的。當(dāng)把零部件裝配起來時(shí)，很容易發(fā)生某些零部件不能工作的情況。瓦特發(fā)現(xiàn)，在格拉斯哥可以找到的由最好的工人制作的汽缸，其直徑誤差也達(dá)3/8英寸。”④
最終，英國(guó)工程師約翰·威爾金森于1775年發(fā)明大型鏜床，解決了瓦特蒸汽機(jī)汽缸的關(guān)鍵技術(shù)難題。原來，瓦特于1765年發(fā)明的著名分離冷凝器，要求汽缸具備良好的氣密性，當(dāng)時(shí)由于缺乏鏜床，瓦特的第一臺(tái)蒸汽機(jī)的缸體是用錫紙緊貼在硬木塊上鍛打而成的，制成的汽缸內(nèi)壁粗糙，誤差大，活塞與缸體的間隙需以氈或油布等物填充，致使漏氣嚴(yán)重，新發(fā)明難以應(yīng)用。威爾金森經(jīng)營(yíng)煉鐵廠，由于經(jīng)常接受鍛造火炮的訂單，他接觸到各種鏜孔工具，當(dāng)時(shí)鏜床在加工大型工件時(shí)，刀具在進(jìn)給中會(huì)因重力影響而下垂，導(dǎo)致偏離基準(zhǔn)。威爾金森通過研究，解決了這一問題，他把鏜桿支托在兩端的軸承上，并將工件固定于托架，使鏜床和工件都獲得足夠的剛性。工作時(shí)，鏜刀始終與中心軸平行，這樣就可鏜削出光滑的圓柱形內(nèi)表面。據(jù)瓦特的合伙人博爾頓描述，由威爾金森鏜床鏜制的50英寸直徑的汽缸，其誤差不到1先令(舊制英幣)的厚度。蒸汽機(jī)試驗(yàn)也因汽缸性能的提高而獲成功，以此為開端，瓦特蒸汽機(jī)順利進(jìn)入市場(chǎng)，它的明顯優(yōu)勢(shì)很快被社會(huì)接受。此后20年，瓦特蒸汽機(jī)的汽缸基本上都由威爾金森的工廠提供。
由這一史實(shí)可得出認(rèn)識(shí)，一項(xiàng)重大發(fā)明，必須要有先進(jìn)制造技術(shù)為保證。不然就只是樣品，或圖紙。
輪船和火車的發(fā)明是第一次技術(shù)革命的重要表征。輪船和火車所用的蒸汽機(jī)并不是瓦特蒸汽機(jī)的簡(jiǎn)單搬用，而是經(jīng)過其他發(fā)明家的若干改進(jìn)。以火車為例，真正使火車成功運(yùn)行的是英國(guó)發(fā)明家喬治·史蒂文森(George Stephenson)。史蒂文森生長(zhǎng)于礦區(qū)，從當(dāng)蒸汽機(jī)司爐助手起步，自學(xué)成為技術(shù)員，最后成為鐵路公司總工程師，可謂是一個(gè)奮斗成功的典型。
1814年，史蒂文森造出了他的第一臺(tái)火車頭“布盧徹號(hào)”，此后十幾年間，史蒂文森建造了大小十幾輛機(jī)車，而真正使他揚(yáng)名的是“火箭號(hào)”。1829年4月，為參加公開的火車比賽，史蒂文森在兒子羅伯特的協(xié)助下制成新的機(jī)車——“火箭號(hào)”。該機(jī)車有幾個(gè)重要的創(chuàng)新：一是使用多管鍋爐，增加了動(dòng)力，設(shè)置了25條直徑均為3英寸的銅制水管貫通鍋爐的兩端，從而增大了鍋爐內(nèi)水的受熱面積，獲得更多的蒸汽，這種設(shè)計(jì)后來在一百多年間(直到蒸汽機(jī)車時(shí)代結(jié)束)，成為所有機(jī)車鍋爐的基礎(chǔ);另一個(gè)創(chuàng)新是采用排氣管，將廢氣從氣缸中引入煙囪后再放出去，這就大大增加了煙囪的抽力和所保持的壓力。1830年9月15日，世界上第一條客運(yùn)鐵路(利物浦——曼徹斯特鐵路)正式開通，史蒂文森的“火箭號(hào)”率先在這條線路上運(yùn)行，由此標(biāo)志著人類進(jìn)入了鐵路時(shí)代。
在史蒂文森之前，已有人發(fā)明火車，但所用路軌為生鐵鑄造，被沉重的機(jī)車壓裂，直接影響機(jī)車運(yùn)行。史蒂文森與前人不同，為了解決這個(gè)問題，他到朋友的鐵工廠去試驗(yàn)鍛鐵軌道。取得成功后，史蒂文森專門申請(qǐng)了鐵軌的專利。同時(shí)，史蒂文森非常關(guān)注鐵路的標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用化建設(shè)，他提出的軌道間距、碎石枕木路基，拐彎半徑等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，后來都成為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，被許多國(guó)家采納。由此可見，一項(xiàng)因其他發(fā)明而導(dǎo)致的重大發(fā)明，自身又需要若干創(chuàng)新。
產(chǎn)業(yè)革命與科技革命
嚴(yán)格地說，世界歷史迄今共發(fā)生過兩次科學(xué)革命。第一次科學(xué)革命發(fā)生于16世紀(jì)到17世紀(jì)末，從伽利略到牛頓的力學(xué)研究是第一次科學(xué)革命的主線;第二次科學(xué)革命發(fā)生于20世紀(jì)初，相對(duì)論和量子論的建立為自然科學(xué)理論帶來了深刻變革。⑤
從第一次產(chǎn)業(yè)革命看，當(dāng)時(shí)與科學(xué)、科學(xué)革命沒有什么聯(lián)系，只用到少量科學(xué)知識(shí)(真空與大氣壓、動(dòng)力測(cè)定、比熱理論等)，更多是工匠憑借經(jīng)驗(yàn)的發(fā)明活動(dòng)。而到第二次產(chǎn)業(yè)革命，情況發(fā)生了很大變化，科學(xué)明顯起到了引領(lǐng)的作用，特別是電磁學(xué)的創(chuàng)立為電的開發(fā)和應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。不過，若從前述嚴(yán)格的“科學(xué)革命”界定看，第二次產(chǎn)業(yè)革命與第一、二次科學(xué)革命都沒有交集。為了強(qiáng)調(diào)科學(xué)技術(shù)對(duì)產(chǎn)業(yè)的重要影響，故有不少學(xué)者取其他視角，采納“第×次科技革命”的說法。
按科技革命的范疇理解，第二次產(chǎn)業(yè)革命與第二次科技革命(或說電力技術(shù)革命)聯(lián)系緊密。19世紀(jì)70年代起，電的諸多用途得到開發(fā)，先是照明系統(tǒng)(局域電弧光照明)，繼之電力運(yùn)輸系統(tǒng)(有軌電車、地鐵)發(fā)展起來。電力更重要的運(yùn)用體現(xiàn)在新興產(chǎn)業(yè)，如電解鋁、氯、乙炔等化工產(chǎn)業(yè)直接與電力應(yīng)用有關(guān)。
1825年，丹麥科學(xué)家奧斯特(H.C.Oersted)通過鉀汞齊還原無水氯化鋁，第一次得到了粉末狀金屬鋁，不過僅有幾毫克。鋁因稀缺，被視為貴重金屬。拿破侖三世認(rèn)為鋁輕而硬，可以帶來武器裝備的革命，慷慨出資支持法國(guó)化學(xué)家圣·德維爾(Saint Deville)進(jìn)行工業(yè)制鋁的研究。1854年，德維爾用還原氯化物的方法制得金屬鋁，建起世界上第一座鋁廠，生產(chǎn)出鋁制頭盔、餐具和工藝品，因產(chǎn)品少，多供皇室貴族享用。當(dāng)時(shí)，1千克鋁高達(dá)3000多法郎，幾近黃金價(jià)格。其后30年間，世界上煉得鋁的總量有200多噸。隨著小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，鋁的價(jià)格有所下降。
