瓦特是如何改进蒸汽机的?最好是短篇,细节。英语,请300字左右。非常感谢!
其实我一直固执地认为,瓦特对蒸汽机的改进,使之真正成为一种可以大规模制造、大规模使用的机械动力,是人类历史上最伟大的发明。是可以替代人力、畜力、风力、水力,形成一个自我封闭的可控的自我循环系统的发动机,彻底解放了人类,使人类利用巨大的动力来利用和改造自然成为可能。
如果没有实用的蒸汽机,就无法想象后来火车、汽船和本茨的内燃机会是什么样子。蒸汽机的改进和大规模应用促使纯理论学者沿着这条线索去总结和发现深刻的真理。比如因为蒸汽机的使用,法德学者发现了热力学,从理论上把蒸汽机的力学问题变成了可计算的数学物理问题。
正是实用蒸汽机的出现,使人类告别了只依靠自然动力的时代,开始走向自制动力的机械时代。蒸汽机的引擎对人类历史的进程产生了巨大的影响,从此开创了人类社会科技文化艺术飞速发展的新时代。这就是人们一直在谈论的工业革命。
那是一个伟大的时代,一个充满激情的时代。即使在今天,在火箭发动机和核能创造的新时代,我们仍然会想起200多年前的瓦特、莫德莱、焦耳、法拉第和本茨等伟大但真正普通的人。仔细观察那个时代形成的原因和条件,很有意思。同时,我们也可以做一个深入的检讨,为什么像我们这样一个伟大的民族,有着如此丰富的历史文化传统,却不能发明创造出这些在今天的人们眼中已经成为常识的东西?
从蒸汽机的改进过程来看这个问题,或许能给你一些答案,至少是一些启示。
中国的学生津津乐道一个故事:小瓦特看到水壶烧开了,掀开了水壶的盖子。他惊叹于蒸汽的力量,于是陷入沉思,沉迷其中,努力工作,终于发明了蒸汽机。其实这是善意的谎言,不符合历史事实。我不知道中国的教育工作者是从哪里得到这些资料的。只要他们有一点基本的奖学金精神,知道基本的奖学金规则,查查西方史书,马上就能得到答案:早在瓦特出生之前,英国就有蒸汽机,而且已经在矿山等企业使用。
谁发明了蒸汽机?未知;目前已知英国的帕潘、萨弗里和纽科门开创了英国矿山企业制造和改进蒸汽机的先河,其中萨弗里制造出了第一台可以使用的蒸汽机。这就好比在人类历史进程中,是谁发明了很多技术。其实已经很难考证了。毕竟文化的传承是一个历史的过程,它本身也是一个提升的过程。比如中国人普遍认为太监蔡伦发明了造纸术,但这也是无稽之谈。早在蔡伦之前,中国人就已经有了造纸术,远早于中国的埃及也有了造纸术;蔡伦只是把这些技术综合起来,用在宫中,所以被载入史册。他的发明创造了构图几何吗?真的很难计算。
即便如此,改革者帕潘、萨维里和纽科门还是留在了历史中,他们也在当时获得了自己的专利。可想而知,如果没有一个可靠的制度来保障这些专利权人的利益,未来的瓦特机的发明会不会出现真的是个问题。
所以,第一条就是:有好的制度,才能有好的结果。每个人都是现实的,需要利益才能生存;当他的利益处于不安全状态时,无论他的道德水平有多高,也不能饿着肚子,饿着自己去搞发明。
瓦特只是一个革新者,而不是蒸汽机的发明者。在他的一生中,没有什么伟大的理论创造。其实他是一个有经验的高级技师或者工程师,有数学和物理的基础知识。他第一次接触蒸汽机的时候,只是仪器厂的一个修理工。那时候,正是使用纽科门蒸汽机的时候。当时,纽科门改进的这种蒸汽机用于从矿井中取水,但热效率很低,而且消耗大量的煤。瓦特因擅长技术改进而受到一位富有企业主的重视,接受了改进纽科门蒸汽机的任务。瓦特发现纽科门蒸汽机有几个缺陷导致其热效率低:一是汽缸外壁散热太大,蒸汽被浪费;二是冷却系统不合理,蒸汽浪费;第三,活塞与气缸的间隙过大,可达半寸。为了密封活塞,活塞是用水密封的,这就造成了蒸汽的浪费。
这些问题具体而真实,可以说,没有什么深刻的。但是,当我们深入细节,仔细研究,就会发现各种各样的问题。从理论上讲,蒸汽的功率是巨大的,所以用它来推动活塞做往复直线运动并不是什么高深的理论。可以投入应用,但是经过这么多优秀的人这么多年的改进,瓦特还是发现了这么多的缺陷。瓦特是怎样的天才?他怎么能看到这些人们习以为常的东西背后的缺陷呢?
就是因为他深入细节,不相信历史流传下来的经验。具体问题具体分析的本质是试图摆脱经验主义。中国工匠的传承过程,大多是经验性的历史传承。所谓的绝活代代相传,以至于后人把上一代奉为神,甚至把最初的发明者放在神龛里当作不可侵犯的神仙,完全神话化了,好像那个祖先什么都知道。同时,弟子的自我创造和提高受到各种流派的严格限制。一旦发现变化,就称之为“奇技淫巧”,所在学校禁止甚至开除。
这是典型的农耕国家农民的思维方式。
所以,第二条规则是:不要被别人的理论和历史经验所迷惑,而要深入具体问题,思考传统经验的本质和不足,把它变成自己的,然后勇敢地改造以前的经验。不要被那些迷人的文字和口号吓倒。他们说得这么好,虽然可能是因为历史的局限,无法揭开更深层次的问题,但更多的时候,他们可能是骗子,目的是迷惑你。世界上的一切都需要经过自己大脑的过滤,你才能相信。当你不明白的时候,你最好的办法就是先看,再思考。想不通,不妨质疑,但切不可当作真理,处处适用。那样的话,你会害了自己。
在这方面,瓦特对蒸汽机进行了卓有成效的、有针对性的改造。他给圆筒的外壁加了隔热层;发明了汽缸外的独立冷凝器来冷却汽缸的废气。安装双进气系统,将纽科门蒸汽机活塞单向做功变为双向做功(纽科门蒸汽机进汽后顶起活塞做功一次,回程不做功,再进汽再顶起做功);提出了一种新的紧配合活塞尺寸。遗憾的是,在那个年代,加工制造紧密配合的活塞是不可能的。直到多年以后,加工制造技术有了很大的进步,人们才发明了活塞环,彻底解决了这个问题。
瓦特的发明获得了专利。在这方面,蒸汽机的热效率大大提高,耗煤量减少,成本大大降低,让煤价高的地区的企业也能用上蒸汽机。然而,瓦特并没有停止技术研发。事实上,此时的他已经陷入了技术的沉醉状态,思维深度和创造性思维活跃度已经处于火热状态。在随后的时间里,瓦特用了20年的时间,将一台只做往复直线运动的蒸汽机改造成了一台可以通过连杆机构旋转的机构。原来蒸汽机是蒸汽向上推时活塞的直线运动,所以它们被广泛用于矿山提水;而瓦特则把目光放得更远,思考如何把这个笨拙的东西应用到更广泛的行业。比如当时的纺织工业是靠河流来建造的,为了利用水力来转动纺织机。瓦特发明了将直线往复运动转化为旋转运动的蒸汽传动机构后,纺织业开始大量使用瓦特蒸汽机,从而开始了伟大的纺织革命时代。
然而,更复杂的思维让瓦特发现了更多的缺点,发明了更多的东西。这些都是他不迷信传统经验的伟大之处。比如他发现,虽然瓦特蒸汽机在使用时热效率有所提高,但一旦加大火力,活塞就会越来越快地运动,这是非常危险的,而且很难控制。我们做什么呢通过艰苦的实验,瓦特发明了一种离心调速器来自动控制转速。简单来说,通过远心档位的控制,当车速较高时,会自动减速;另一方面,速度低的时候会自动加速。这样,稳定的速度是可能的。
如果瓦特没有一个稳定的环境,我们无法想象他如何继续深入发明。同时,如果瓦特不能获得历史知识和经验,我们无法想象他如何改进蒸汽机。如果,当时英国发生了类似反右、文革的事情,纽科门蒸汽机被砸了当禀赋,帕潘、萨维里、纽科门等历史人物被定为反动人物进行批判——就像当年我们特批了一大批孔老二,禁止传播他们的知识一样。你认为瓦特还能发明这些东西吗?
所以第三条规律是,一切文化科技成果都具有传承的特性,都需要专门的人去深入研究、总结、转化。当社会发生知识相亲的悲剧,这个社会,这个民族就该自杀了。如果这个社会、这个民族甚至强烈反对知识分子的专业化、特殊化的生活方式,用“知识分子也是工人,应该和工农结合”的农民式小农思维来限制知识分子的崇高,恶毒攻击知识分子不辨五谷,说明这个社会是反知识的农民社会,是经验主义社会,是落后的低级农业社会。
后来,瓦特成就斐然,进入皇家学院,成为英国著名人物,享有很高的社会声誉,成为技术权威。然而,技术进步总是不停的。人们沿着瓦特的成就继续前进,相继发明了更先进的蒸汽机,并将蒸汽机应用于更广泛的行业。然而这时候瓦特的自卑就出来了——这可以称之为每个人的自卑:嫉妒,阻止别人超越自己。他曾经阻挠过双筒蒸汽机和高压蒸汽机的发明和普及,也嘲笑过别人用蒸汽机驱动车辆的努力。当然,他最后没有成功,这些东西都是发明制造出来的。而且,小锅炉和更密封的蒸汽机的出现,宣告了汽船和火车发明的可能。
他为什么不阻止成功?因为社会制度。毕竟他没有成为国王,也没有轻易杀死别人的可怕的绝对权力。所以,归根结底,一切都是因为体制。