你一定在课本上学过:瓦特小时候看到水壶里的水烧开,盖子被蒸汽顶得“啪啪”直响。他就一直琢磨,长大后就发明了蒸汽机。

这故事,讲得活灵活现、十分励志:

瓦特发明蒸汽机的故事

在瓦特的故乡格林诺克小镇上,家家户户都是生火烧水做饭。对这种司空见惯的事,有谁留过心呢?瓦特就留了心。他在厨房里看祖母做饭。灶上坐着一壶开水,开水在沸腾。壶盖啪啪啪地作响,不停地往上跳动。瓦特观察好半天,感到很奇怪,猜不透这是什么缘故,就问祖母:“什么玩艺使壶盖跳动呢?” 

祖母回答说:“水开了,就这样。” 

瓦特没有满足,又追问:“为什么水开了壶盖就跳动?是什么东西推动它吗?”

可能是祖母太忙了,没有功夫搭理他,便不耐烦地说:“不知道。小孩子刨根问底地问这些,有什么意思呢。”

瓦特在他祖母那里不但没有找到答案,反而受到了冤枉的批评,心里很不舒服,可他并不灰心。 

科学故事NO.4 |瓦特发明蒸汽机的故事

连续几天,每当烧水做饭时,他就蹲在火炉旁边细心地观察着。起初,壶盖很安稳,隔了一会儿,水要开了,发出哗哗的响声。蓦地,壶里的水蒸汽冒出来,推动壶盖跳动了。蒸汽不住地往上冒,壶盖也不停地跳动着,好象里边藏着个魔术师,在变戏法似的。

瓦特高兴了,几乎叫出声来,他把壶盖揭开盖上,盖上又揭开,反复验证。他还把杯子、调羹遮在水蒸汽喷出的地方。瓦特终于弄清楚了,是水蒸汽推动壶盖跳动,这水蒸汽的力量还真不小呢。 

就在瓦特兴高采烈,欢喜若狂的时候,祖母又开腔了:“你这孩子,不知好歹,水壶有什么好玩的,快给我走开!”

祖母过于急躁和主观了,这随随便便不放在心上的话,险些挫伤了瓦特的自尊心和探求科学知识的积极性。她根本不理解瓦特的心,不知道水蒸汽对瓦特有多么大的启示!水蒸汽推动壶盖跳动的物理现象,不正是瓦特发明蒸汽机的认识源泉吗? 

一七六九年,瓦特完成了蒸汽机的试制工作,蒸汽机发明成功了。 

[空行]

可惜这个生动的故事,就像你小时候学过的很多东西一样,是个彻头彻尾的假货,每一个细节都是编造的。无论是故事主体,还是故事的情节和插图,你都能看出,它完全是一个中国式假故事,不可能发生在英国,也不可能发生过。

事实上,瓦特的蒸汽机,不仅灵感并非来自什么壶盖,他甚至根本没有发明蒸汽机。

詹姆斯·瓦特(1736–1819),作者卡尔·布雷达。来源:维基百科

瓦特,全名詹姆斯·瓦特(James von Breda Watt)。他于1736年1月19日生于苏格兰格拉斯哥的港口小镇格林诺克(Greenock)。他的父亲是镇上的财务主管和治安官,还经营着造船和房屋建造业务。瓦特的母亲出身贵族,受过良好的教育。

瓦特小时候体弱多病,主要的教育由母亲在家里进行。瓦特从小就表现出了精巧的动手能力和过人的数学天分,并且受到很多苏格兰民间传说与故事熏陶。

父亲的工作坊也是瓦特教育的重要部分,他在那里用自己的工具、工作台和锻造机制作模型,并逐渐熟悉船上的仪器。

瓦特17岁时,母亲去世了,父亲的生意也朝不保夕。瓦特先去了格拉斯哥、然后去了伦敦,在一家仪表修理厂当学徒。一年后,他回到格拉斯哥,打算自己开一家修理店。由于他没有按要求学徒7年,开店申请被行会拒绝了。1757年,格拉斯哥大学提供给瓦特一个机会,让他在大学里开设一家小修理店,这帮助瓦特走出了困境。

小店开业4年后,瓦特开始实验蒸汽机。此时,瓦特从未亲眼见过蒸汽机。初步的实验失败了,但他继续努力,阅读了所有他能找到的蒸汽机资料。

瓦特发明了用于蒸汽机的独立冷凝器,1765年。来源:Britannica

1763年,瓦特听说学校有一台蒸汽机正在伦敦修理,他请求学校取回机器,亲自进行了修理。修理后,这台蒸汽机勉强可以工作,但是效率很低。

经过大量实验,瓦特发现效率低的原因是,活塞每推动一次,气缸里的蒸汽都要先冷凝,然后再加热进行下一次推动,使80%的热量都耗费在维持气缸的温度上。

1765年,瓦特取得了关键性进展,他想到将冷凝器与气缸分离开来,使得气缸温度可以持续维持在注入的蒸汽的温度,并在此基础上很快建造了一个可以运转的模型。

瓦特尝试改进的纽科门蒸汽机。来源:维基百科

但这时候,瓦特遇到了最大的困难:他没钱了。为了做实验,他四处找人借钱,已经负债1000英镑。这在当时可是一笔巨款。瓦特的实验无法继续进行了。

瓦特遇到了一生中最大的“贵人”。成功企业家、卡伦钢铁厂老板约翰·罗巴克愿意支持他。

罗巴克不是做慈善,他可以说是最早的风险投资人。他资助瓦特继续试制新式蒸汽机,但他要收获2/3的未来收益。瓦特没有资金,却能以专利作为无形资产,成为拥有1/3股权的合伙人,瓦特当然答应了。

试制新式蒸汽机的主要困难,在于制造工艺。当时的工艺水平很低,工人更像是铁匠而不是机械师,制造的结果很不满意。

机器造不出来,却花光了所有的资金。罗巴克也破产了。为了生存,瓦特只好找了一份运河测量员的工作,一干就是8年。

后来,瓦特的专利都被伯明翰铸造厂老板马修·博尔顿相中。瓦特于是与博尔顿开始了长达25年的合作。

博尔顿是更成功的风险投资人。他不仅为瓦特提供了资金支持,更在加工工艺方面带来了巨大的帮助。制造新型蒸汽机,最难的地方在于活塞与气缸的密合。约翰·威尔金森在改进加农炮时,提出了一种新型精密镗孔加工技术,这可以用于蒸汽机制造。

1776年,新型蒸汽机终于制造成功,并应用于实际生产。之后5年,瓦特赢得了大量的订单,终日奔波于各个矿场之间,安装他的新型蒸汽机。

博尔顿独具慧眼。他要求瓦特,将蒸汽机的直线往复运动转化为圆周运动,使蒸汽机可以为更多机器提供动力。1781年,瓦特公司的员工威廉·默多克发明了一种“太阳与行星”曲柄齿轮传动,并以瓦特的名义申请了专利。这一发明,极大地扩展了蒸汽机的应用。

带有太阳与行星齿轮的旋转蒸汽发动机,来源:Britannica

之后6年,瓦特对蒸汽机继续进行改进,取得了一系列专利。这些革新结合到一起,使新型蒸汽机效率大大提高,高达过去的老式蒸汽机的5倍。

1794年,瓦特与博尔顿合伙组建了专门制造蒸汽机的公司。在博尔顿的经营下,到1824年,公司已经生产了1165台蒸汽机。瓦特与博尔顿联合创业,终于获得成功。

1859年的瓦特蒸汽机,它推动了工业革命。来源:维基百科

1800年,瓦特与博尔顿的合作到期,他于同年退休。但他们的合作延续到下一代,马修·博尔顿与小詹姆斯·瓦特继续合作,保证了了公司的持续经营。

一枚1871年的纪念章,庆祝瓦特和博尔顿的合作。来源:Britannica

瓦特还有很多其他发明。他发明了一种利用望远镜测距的方法、一种透印印刷术、一种蒸汽碾压机,以及延续至今的机械图纸着色法。

但他最重要的贡献还是蒸汽机。他发明的蒸汽机结构,之后50年几乎没什么改变。瓦特蒸汽机被广泛地应用在工厂,成为几乎所有机器的动力,改变了人们的工作生产方式,极大地推动了技术进步,拉开了工业革命的序幕。

因此,瓦特成为工业革命的重要人物。他是人类历史上最著名的发明家之一,功率的国际标准单位以他名字命名(他提出了“马力”的概念)。

但必须强调,和爱迪生一样,瓦特并不只是发明家。瓦特首先是创业家,是成功的企业家。

伯明翰中心图书馆前的瓦特雕像。来源:维基百科

瓦特心思细腻,做事动作迟缓,容易着急焦虑。他常常会灰心丧气,将工作丢到一边,好像就要彻底放弃了。但他想象力丰富,总是能想到新的改进方法。瓦特的动手能力很强,可以完成系统的科学测定,以量化自己的创新效果,促进产品的进一步改善。

瓦特喜欢新东西,总是对新领域表现出极大的兴趣。但作为公司“CTO”,对公司的经营基本一窍不通,讨厌与有兴趣使用蒸汽机的人讨价还价。他为人诚恳,与合作者和朋友都是意气相投的伙伴,并能保持长久的友谊。

蒸汽机驱动的火车。来源:Wikimedia

四川的嘉阳小火车,至今仍在运行,被称为工业革命的活化石。来源:蚂蜂窝