让世界走向蒸汽时代

在18 世纪的欧洲，瓦特无疑是一颗耀眼的明星。他靠着改进蒸汽机，不仅使自己获得了丰厚的物质回报并跻身于英国皇家学会会员的行列，同时也开启了一个时代，这个时代被称为工业革命时代，正是这场工业革命使世界的整体面貌发生了翻天覆地的变化。

少年工匠

1736年1月，一个男婴出生在了英国苏格兰西部的格里诺克镇的一个造船技术工人家里，他的父亲为他取名叫瓦特。瓦特的父亲是造船技术工人，祖父和叔叔也是当地有名的机械工匠。瓦特出生在这样的家庭里，从小就受到了技术方面的熏陶，因此对摆弄各种小物件，制作各种小工具产生了浓厚的兴趣。

瓦特幼年时体弱多病，所以迟迟没有上学。幸好瓦特的母亲学养比较高，给了瓦特良好的家庭教育。后来瓦特进入了一所文法学校学习，但是没过多久又因为身体的原因辍学了，整个家庭都为这个孩子的未来担忧。然而瓦特的好学和毅力却弥补了他身体上的孱弱。他不仅仔细观察祖父、父亲工作中的细节，还努力学习各种知识。据说在他15岁时就已经读完了当时颇为难懂的《几何学原理》等著作，还系统阅读了化学、物理学、天文学等多种学科的书籍，视野十分广阔。1753年，由于父亲的经营失败，家里的经济压力骤然加大，瓦特只好到格拉斯哥的一个手工工场里去当学徒，赚些钱贴补家用。后来他又转到伦敦的一家钟表修理厂去当工人。在那里，瓦特凭着自己以前对于技术和科学知识的积累，以及自身的勤奋，很快就学会了制造难度较高的经纬仪、罗盘和象限仪等，但是由于劳动强度过大，瓦特在工作了一段时间后，患上了严重的风湿病，只好回到家中休养。等病痛好了一些之后，瓦特又以其之前出色的工作成绩幸运地进入了格拉斯哥大学，担任教学仪器的制作工。在格拉斯哥大学里，瓦特大开眼界，见到了很多从未见到的仪器，也向其他教师和工人学习到了更多的机械制造技术和知识。

在格拉斯哥大学的经历，为瓦特以后改进蒸汽机，引领工业革命时代的到来奠定了良好的基础。

瓦特像
詹姆斯·瓦特是英国著
名的发明家，也是工业
革命时期的重要人物。

瓦特曾经工作过的工作间

划时代的技术改进

人类对于蒸汽动力的认识，经历了一个漫长的历史过程。据说在公元前2世纪的时候，埃及人和希腊人就已经开始认识到蒸汽可以作为动力，希腊人甚至还发明了一种利用蒸汽转动圆球的装置。不过由于当时条件的限制，对于蒸汽动力的探索并没有实质性的进展。

到了17世纪初，当人类的技术一步步前进，对于蒸汽作为动力的认知和尝试才变得越来越具有实际意义。1601年，意大利人设想用蒸汽压力作为动力来提水；1690年，法国技师在利用蒸汽动力的过程中，第一次采用了活塞。虽然取得了这些重要进步，但这些器械还在试验之中，没有用于生产。1698年，英国人又发明制造出一种蒸汽泵。1712年，一位原本籍籍无名的英国技术工人纽可门发明了第一台实用的蒸汽机，一下子名声大噪。这种蒸汽机开始应用在采矿业中，但效率很低，所耗费的原料煤的量也很大。节约成本是矿场主们最大的渴求，因此他们迫切希望有人能够提高蒸汽机的效率，并降低煤的消耗量。这时，瓦特登场了。

在后人对于瓦特的记述中，曾经有这样一个故事，说是在瓦特小的时候，有一天，他在家里看见一壶水烧开了，蒸汽把壶盖冲得上下直跳。这种别人习以为常的现象引起了瓦特的浓厚兴趣，他开始冥思苦想蒸汽的奥秘。这个故事杜撰的成分极大，因为这个故事似乎要告诉我们是瓦特小时候的这个奇思怪想，开启了他发明蒸汽机之路，就像牛顿通过苹果落地推导出万有引力一样，但实际上瓦特并不是蒸汽机的发明者，而是改良者。也许是因为他的这次改良作用太为显著了，所以很多人竟把他说成了蒸汽机的发明者。

当社会，尤其是那些矿场主们呼唤改良蒸汽机的时候，瓦特也意识到了改良蒸汽机，使其效率和功能都大幅提高，不仅能够扬名，一旦申请专利还会获得巨额的财富回报。因此，瓦特从1761年开始着手改良蒸汽机的实验。从1761年到1762年，瓦特做了无数次的实验，但都宣告失败，瓦特颇为头疼。

瓦特雕像

1763年，瓦特接受了格拉斯哥大学委托的修理两台纽可门式蒸汽机的任务，在这次工作中，瓦特的收获颇丰。通过拆卸这两台纽可门式发动机，瓦特深入地了解了纽可门式发动机的内部构造和工作原理，并认识到了纽可门式发动机效率低下的原因所在：一、活塞动作不连续而且运动缓慢；二、冷凝的温度不够低，导致蒸汽利用率低，浪费原料。既然找到了症结所在，那么对症下药，问题不就迎刃而解了吗？瓦特也是这样想的，他打算设计出一种带有分离冷凝器的蒸汽机。据瓦特计算，这种蒸汽机的效率将是纽可门式蒸汽机的三倍。但是好事多磨，瓦特研制了一年左右，几乎将自己的所有研究经费耗尽，也没有研制出自己理想中的蒸汽机。就在这时，一位颇有战略眼光的企业家罗伯克认识到了瓦特研究的巨大意义，于是慷慨资助瓦特的研究。有了足够的经费之后，瓦特认认真真寻找自己改良蒸汽机过程中的纰漏并一一改正，终于在1769年使自己改良后的蒸汽机面世。瓦特所改良的蒸汽机不仅工作效率较纽可门式蒸汽机提高三倍以上，所需的原材料煤还只是纽可门式蒸汽机的四分之一。至此，人类历史上一项伟大的技术革新终于完成了，它将把人类带往蒸汽时代！

蒸汽机的影响

1769年11月，瓦特改进的蒸汽机获得了专利证书。瓦特由一个几乎一贫如洗的小人物，一下子变成了英国乃至整个欧洲的耀眼明星，此后名和利纷至沓来。

不过瓦特并没有被成功蒙住双眼，他仍在改进蒸汽机之路上前行。1781年，瓦特在一次聚会中听到了一些天文学者们探讨行星绕日作圆周运动的谈话，回到家中又观察了钟表中齿轮的圆周运动，从中得到了启发，随即对蒸汽机进行了进一步改进。1782年，瓦特经过多次实验，研制了一套齿轮联动装置，发明了意义重大的联动式蒸汽机，使活塞的直线往返运动变为齿轮的旋转运动。这一次革新使瓦特式蒸汽机真正成为了能带动一切工作机械的动力机。

马克思就曾高度评价瓦特，说他的伟大在于没有将蒸汽机限于一种特殊的目的或者用途，而是使它成为能够在多个领域得到应用的通用发动机。事实上也的确是这样，瓦特的蒸汽机首先应用在采矿业中，但不久就进入了其他各行各业，在纺织、冶金等行业得到大规模利用，也刺激了众多产业的技术革新，从而推动了整个欧洲的工业发展，成为第一次工业革命的最为重要的标志性的技术成果，将人类带入了一个前所未有的蒸汽时代。

由于瓦特的突出贡献，他在英国和欧洲各国科学界中的地位越来越高。1784年，瓦特当选为爱丁堡皇家学会的会员；1785年，瓦特当选为伦敦皇家学会会员；1814年，瓦特成为法国科学院的8名外籍院士之一。各种光环与荣耀毫不吝啬地罩在瓦特身上。

1819年，在荣耀中安度晚年的瓦特，走完了自己多彩的人生。在他的讣告中，人们这样表述瓦特式蒸汽机的重要作用：“它武装了人类，使虚弱无力的双手变得力大无穷，健全了人类的大脑以处理一切难题。它为机械动力在未来创造奇迹打下了坚实的基础，将有助并报偿后代的劳动。”

意外的灵感

据说瓦特改良蒸汽机的灵感是在散 步中获得的。那是1765年春末夏初的一个早晨，天气晴朗，阳光明媚，瓦特在格拉斯哥大学的校园里悠然散步，他一会儿望望蓝天，一会儿听听鸟鸣，忽然他站住不走了，因为一个想法突然跃进了他的脑海：既然纽可门式蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢？由此，瓦特产生了采用分离冷凝器改良蒸汽机的最初设想。