本期提要
木材危機致使英國人大量使用煤炭，並利用氣壓等科學原理髮明蒸汽機解決煤礦的排水問題。後來瓦特對蒸汽機進行改良，使其得以廣泛應用於工業生產的各個領域，使英國實現了工業革命，極大推動了社會生產力的進步。由此，資本主義生產完成了從工場手工業向機器大工業過渡，實現了歐洲從傳統農業社會轉向現代工業社會的重要變革。
中外大事記
中 國
公元1720年
康熙皇帝派兵安定西藏。
公元1722年
康熙皇帝逝世，雍正繼位。
公元1723年
清朝開始實行「攤丁入畝」政策。
公元1726年
清朝在西南地區實行「改土歸流」。
公元1727年
清朝設立駐藏大臣。
公元1728年
中俄兩國正式籤署《恰克圖條約》。
西 方
公元1720年
英國南海公司破產，又稱「南海泡沫事件」，與密西西比泡沫及荷蘭鬱金香泡沫並稱歐洲早期的三大經濟泡沫。
公元1725年
彼得一世逝世。後來，馬克思評價他：彼得大帝用野蠻制服了俄國的野蠻。
公元1727年
英國皇家學會會長、英國著名的物理學家牛頓逝世。
公元1728年
丹麥探險家維他斯·白令發現白令海峽。
行走在18世紀20年代的英國原野上，人們會對眼前的景色大吃一驚：中世紀英國鄉村那種一望無垠的田園風光已然一去不返，大地上出現了無數大大小小的挖煤礦坑。
一些煤礦還使用一種冒黑煙、吐白氣的奇怪機器，推動著形狀像蹺蹺板的抽水機日夜不停地上下做功，把礦坑裡的積水抽出地面，使得原先碧綠平坦的原野變成一個到處汙泥濁水、坑坑窪窪的大工地。
從木材到煤炭
這種變化是從16世紀早期開始的。從那時起，英國經歷了長達二百餘年的經濟增長，人口不斷增加，海外貿易和戰爭規模不斷擴大，整個國家欣欣向榮。
然而，木材不足的陰影始終威脅著這一片繁榮景象：人口和製造業的增長需要越來越多的木材作為生產、生活的原料和燃料，迅速消耗了原先遍布英國各地的大片森林。到16世紀晚期英國已經出現了「木材危機」。
木材短缺造成木頭價格高漲，嚴重影響了英國人的日常生活，他們不得不尋找一種替代的燃料做飯取暖，冶鐵煮鹽。
在英國，替代木材的燃料是現成的：煤炭。英國是世界上煤炭儲量最豐富的國家之一，它的煤不僅質量好，而且埋藏較淺、易於開採；八大礦區遍布英國各地，到處都能以便宜的價格買到煤炭。英國人很早以前就發現了煤炭可以作為燃料使用，但是煤炭燃燒時會發出刺鼻的氣味，留下難以清掃的粉塵，嚴重破壞室內環境、影響人體健康，人們對它敬而遠之。
16世紀以後隨著木材稀缺、價格高漲，人們已經顧不得燒煤禁令，紛紛改用便宜的煤炭生火，同時煙囪的應用大大改善了室內燒煤的條件，把煤煉成焦炭用於冶鍊金屬的技術也逐漸成熟，使得煤炭迅速成為英國人生產、生活的主要燃料，普及開來。煤炭需求的迅猛增長推動了英國採煤業蓬勃發展。
《魯濱遜漂流記》的作者笛福在倫敦看到煤炭已經堆積成山，運煤船在泰晤士河上來回穿梭運送不停，不禁感慨「他們不會是掏空了整個國家吧」「哪裡的人能用完這麼多煤呢？」
煤礦挖過地下水位之後，地下水不斷湧入礦坑造成礦內積水，甚至會淹沒整個礦坑，導致停工停產。17世紀初，英國盛產煤炭的紐卡斯爾地區的礦主驚慌地向國會報告說，由於煤礦滲水問題越來越嚴重，紐卡斯爾的煤礦再過20年就會被地下水完全淹沒。
從水車到蒸汽機
為了解決排水問題，人們絞盡腦汁想出各種辦法。17世紀早期，人們把原先澆灌農田用的工具——鏈式水車拿來給礦坑排水，使得採煤作業的深度能夠超過地下1000多米，於是開始大規模應用。但問題是：使用成本太高。使用人力驅動水車，需要支付的工資將是一筆天文數字，使用畜力進行驅動同樣花費不菲。
如何才能讓水車不分季節、不分氣候地有效運轉呢？有人指望發明一種能夠不藉助外力連續運轉的「萬能機」解決這一難題，但這是徒勞的，解決礦坑排水難題需要真正科學的助力。
1643年，伽利略的學生託裡拆利用水銀代替水進行試驗，成功地在玻璃管中造出真空，由此證實空氣有重量，發現了氣壓。
託裡拆利的試驗結果翻越阿爾卑斯山傳播到北歐，引起各國科學家的濃厚興趣。在英國，科學家波義耳對空氣壓力進行了科學的分析，1662年提出了著名的波義耳定律：理想氣體的壓力與體積成反比。至此，人們對於空氣乃至一切氣體的壓力性質已經具備了比較科學的認識。
法國科學家帕潘曾經擔任波義耳的助手，他利用液體沸點隨氣壓升高而升高的原理，於1679年發明出世界上第一臺高壓鍋。
帕潘由此構思出蒸汽機的工作原理，並於1690年發表。之後帕潘試想了多種在實踐中運用蒸汽機的方式，比如推動船隻、發射炮彈等，都沒有獲得成功，他本人於1712年在窮困潦倒中去世。
英國軍隊工程師薩弗裡是把氣壓原理與礦坑抽水聯繫在一起的第一人。薩弗裡注意到家鄉德文郡煤礦的排水難題，於是借鑑帕潘的蒸汽機原理髮明了一種抽水機，取名為「礦工之友」，1698年取得專利。但是這種抽水機控制閥門全靠手工，操作複雜、使用不便，抽水高度有限，安全性堪憂，只能作為自然力抽水機的補充，沒有獲得推廣。
不斷改良的蒸汽機
薩弗裡的同鄉、五金商人紐科門和科裡曾經幫助薩弗裡製作蒸汽抽水機模型，他們按照帕潘的構思改進了薩弗裡的機器，由此製造出世界上第一臺可以全天候連續運行、運行成本相對低廉的蒸汽排水機——紐科門機，並於1712年獲得專利，後來還成立專利公司推廣銷售這種機器。
到18世紀中期，英國各地的煤礦已經普遍使用紐科門蒸汽機進行排水，由此解決了煤礦積水的難題，推動著英國經濟繼續繁榮增長。
紐科門蒸汽機並非沒有缺點：它在運行過程中需要燃燒大量的煤，以至於完全無法離開煤礦，一旦距離稍遠，運煤速度就無法跟上燒煤速度，只能停火歇工。此時蒸汽壓力問題乃是科學研究的熱點，1763年冬天，英國格拉斯哥大學購買了一臺紐科門蒸汽機模型用於物理學實習，負責維護它的乃是實驗員詹姆斯·瓦特。
瓦特研究之後發現，如果把加熱和冷卻過程分離，在氣缸之外設置一個單獨的冷凝器專門用來冷卻蒸汽，就能有效解決這一問題。
通過反覆試驗，瓦特終於在1768年研製出樣機，次年取得專利。瓦特蒸汽機的工作效率是紐科門機的三倍，耗煤量卻只有後者的四分之一，很快就在各個煤礦取代了紐科門蒸汽機的位置。
此後瓦特不斷改進他的蒸汽機，在二十年中相繼發明了能夠實現圓周運動的齒輪傳動裝置、前後都由蒸汽推動做功的雙衝程氣缸、調節蒸汽機轉速並能穩定輸出動力的離心調速器，以及能夠指示氣缸壓力的氣壓計，不斷取得專利，從而完成了改良蒸汽機的全過程。
蒸汽機推動工業革命
瓦特的改良蒸汽機既安全又穩定，不僅運行成本低廉，還是一種廣泛適用於各種製造業領域的「萬能機」，除了在煤礦中抽水、運煤，還迅速被應用到冶金、麵粉、鑄幣、紡織等行業，在英國全面建立起以大機器生產為標誌的近代工業，使英國實現了工業革命，生產力水平獲得質的增長，國力猛增，最終成為世界霸主。
考察蒸汽機發明、發展的歷史不難發現：英國的資源稟賦限定了它解決社會生產危機的路徑；英國社會對新能源、新動力的需求乃是蒸汽機發明的最大推動力；科學知識的進步需要廣泛的交流傳播，它必須與現實生產活動相結合才能發揮最大威力；專利權等制度的建立則為新發明的出現提供了充分保障。
自然資源、社會需求、科學技術和制度保障四種因素共同作用，促成了蒸汽機的出現和英國工業革命的完成，實現了社會生產力的跨越式增長，這一歷史經驗是值得注意的。
作為推動工業革命的主要因素之一，蒸汽機可謂居功至偉。工業革命的主要標誌就是以機器取代人力、以大規模工廠化生產取代個體手工生產。瓦特改良蒸汽機後，帶來了一系列技術革命，推動著手工勞動向動力機器生產飛躍。
一言以蔽之，資本主義生產完成了從工場手工業向機器大工業過渡，實現了歐洲從傳統農業社會轉向現代工業社會的重要變革。
工業革命是翻天覆地的，所創造的巨大生產力，極大改變了社會面貌，並帶來深刻的社會關係變革。從此，社會上出現了兩大對立的階級：工業資產階級和工業無產階級。而率先完成工業革命的西方資本主義國家，則利用技術進步帶來國力強盛，通過船堅炮利、拓展殖民等，逐步建立起對世界的統治，深刻地影響到後來一戰和二戰的世界格局。
（本欄目總撰稿為卜憲群,本期作者為山東師範大學歷史文化學院孫文棟）
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