改變世界能量使用規則的發明人——瓦特和法拉第

改變世界能量使用規則的發明人——瓦特和法拉第（《智慧財產權簡史人物篇》）

作者：讀裁者黃遠輝，專注人文科技、智慧財產權質量標準

推薦閱讀書單：《盜火：矽谷、海豹突擊隊和瘋狂科學家如何變革我們的工作和生活》《見識》《心流：最優體驗心理學》《文明的度量》。

《盜火》這本書告訴我們，賈伯斯、愛迪生等發明人靈光乍現的時刻，背後其實都是有套路的，而且這種套路符合嚴謹的認知和腦科學原理，學會這些套路，我們也可以成為一個工作效率高超、創意滿滿的人。我們經常會經歷一些「出神狀態」，比如思考問題而忘了時間，打遊戲太專注而聽不見你媳婦叫你……「出神狀態」實際上是潛意識活動，這時候大腦裡主管理性思維的區域活動降低，負責潛意識的區域活動增強。科學家利用腦科學知識，可以開發一個能調動大腦α波和θ波的頭盔，讓人戴著頭盔打坐，就可以更快地進入「出神狀態」（積極心理學奠基人米哈裡·契克森米哈賴稱之為「心流」），這樣就可以把冥想訓練時間大大縮短。

《盜火》這本書是一種比喻的說法，普羅米修斯從太陽神阿波羅那裡盜走火種送給人類，給人類帶來了光明，是一位讓人敬仰的神。他因此而受到宙斯的處罰，被綁在高加索山，每日忍受風吹日曬和鷲鷹啄食，後被赫拉克勒斯救出。拋開古希臘神話，我們先來看一下人類使用能量的第一次飛躍。

火應該算的上是人類最重要發明（發現可能更準確一些），但是利用火來燒烤食物，絕對是人類最偉大的發明之一。耶魯大學政治科學教授詹姆斯·斯考特認為，人類使用火烹飪食物（尤其是難以消化的肉食），大大擴寬了人類的食譜，可以讓人類從食物中獲取更多的能量。吳伯凡老師做了個非常形象的比喻，他說火是一個外掛的胃，從人類利用火的那一刻開始，食物消化過程提前在體外開始進行，節省了消化食物所耗費的25%的能量,這部分能量開始用於供給大腦，直接導致人腦從動物腦中分化出來，從此走上了開掛的人生（真的是開掛）。斯考特教授認為，就是因為火這項技術的大規模應用，使得人類在食物鏈中爬到了頂端的位置，使得人類成為了這個星球的主宰，為人類文明發展按下了啟動鍵。火的利用是人類在使用能量上的第一次巨大的飛躍。

火改變了人類文明的發展軌跡，但是在相當長的時間內，人類獲取能量的效率其實都非常的低（見圖1）。直到第一次、第二次工業革命，人類獲取能量的效率迅速提高了一個數量級，這期間究竟發生了什麼事情？

圖1 公元前14000-公元2000年東方和西方的能量獲取情況（來源：《文明的度量》）

其實很簡單，第一次工業革命，人類由農業時代進入蒸汽時代，實現了從利用生物能向利用機械能的躍升，標誌性事件就是萬用蒸汽機的發明和使用。萬用蒸汽機的發明人叫詹姆斯·瓦特（1736年1月19日-1819年8月25日），英國發明家。

大家一定熟悉《瓦特與茶壺的故事》，據說瓦特小時候有一次看到火爐上燒的水開了，蒸汽把水壺蓋頂開，瓦特把壺蓋放回去但很快又被頂開了。瓦特就這樣不斷地把壺蓋放來放去想找出為什麼，後來瓦特意識到是蒸汽的力量，由此引發了他對蒸汽的興趣並導致了蒸汽機的發明。事情當然不是這樣簡單，瓦特出生在中產家庭，受過良好的教育，長大後在格拉斯哥大學工作，系統學習了力學、數學、物理學等課程，並與教授們仔細討論過各種機械理論和技術問題。瓦特其實並不是發明了蒸汽機，更準確的說法是改良了蒸汽機。蒸汽機在瓦特之前就有了，瓦特的貢獻在於提高了蒸汽機的效率，而且可以讓蒸汽機在各個領域通用。吳軍老師認為，瓦特是第一個自覺應用牛頓力學原理做出重大發明的發明家，徹底改變了同時代發明家們的思維方式，促使各項重大發明像井噴一樣不斷湧現。所以人們常說，牛頓找到了工業革命的鑰匙，瓦特拿著那把鑰匙開啟了工業革命的大門。

但是，瓦特改進的蒸汽機從發明到應用，其實並不是一帆風順，人類早期的智慧財產權股權投資案例就在這個過程中產生的。當時，瓦特的生活比較窘迫，為了生計，被迫放棄研究工作。1767年，投資人羅巴克替瓦特償還了1000英鎊的債務，還給瓦特提供了後續的研發資金，條件是擁有這個發明的三分之二股份。1769年，瓦特製造出了第一臺新型蒸汽機，但是問題很多，根本不能使用。那就繼續改進吧，可是要想改進就需要大筆資金的支持，在這關鍵時刻，羅巴克因為美國經濟危機破產了。好在羅巴克有個生意夥伴叫博爾頓，掏錢收購了羅巴克在蒸汽機項目中的股份，成了新的投資人。

吳軍老師在《見識》一書中講到，人最大的幸運在於處在一個適合自己的時代，瓦特就是如此。瓦特的幸運之處在於，他生對了國家，生對了時代，而且恰好周圍有一大批人幫助他完成上述工作。為什麼這麼說呢？英國伯明罕有一個叫「月光社」的民間科技團體，就是一小群人在月圓的晚上（當時沒有還沒有路燈，這個要等到法拉第、愛迪生等大神出世後才有）聚會，討論學術問題特別是科學和工程問題。「月光社」最初只有兩人，工廠主博爾頓和老達爾文（就是提出進化論的那個達爾文的爺爺），後來富蘭克林也加進來了（好巧，還記得《智慧財產權簡史》人物篇富蘭克林篇的內容嗎，趕緊往回翻一下唄），然後是瓷器大王韋奇伍德、美國國父傑斐遜、現代化學之父拉瓦錫、瓦特……他們都是月光社的通信會員。瓦特的發明能夠得以實現，正是靠著博爾頓變賣了自己的五金廠的支持，敢問這樣的支持力度，有幾人能夠做到。1781年，瓦特發明了從兩邊推動活塞的雙動蒸汽機，這種原理的蒸汽機一直用到了今天。

圖2 瓦特蒸汽機

1784年4月，英國政府授予瓦特以製造蒸汽機的專利證書。馬克思經評論說：「瓦特的偉大天才表現在他所取得的專利的說明書中，他沒有把自己的蒸汽機說成是一種用於特殊目的的發明，而是把它說成是大工業普遍應用的發動機。」恩格斯在《自然辯證法》寫道：「蒸汽機是第一個真正國際性的發明……瓦特給它加上了一個分離的冷凝器，這就使蒸汽機在原則上達到了現在的水平。」《全球通史》的作者斯塔夫裡阿諾斯說，「蒸汽機的歷史意義，無論怎樣誇大也不為過。」

1785 年，瓦特被選為英國皇家學會會員。博爾頓和瓦特合辦的公司將蒸汽機賣到了全世界，加上專利轉讓的收入，瓦特晚年可是相當富有的。瓦特晚年也有很多其他發明，比如：一種新的利用望遠鏡測距的方法，一種新的透印印刷術，對油燈的改進，蒸汽碾壓機，機械圖紙著色法等等。

第二次工業革命，人類社會由蒸汽時代進入電氣時代，人類使用能量的規則再次改變，這一次的主角是法拉第。麥可·法拉第（1791年-1867年）是自學成才的英國物理學家、化學家、發明家，奠定了電磁學的基礎，首次發現電磁感應現象，發明了圓盤發電機，創造出第一臺發電機，鑑於他在電磁學方面做出的偉大貢獻，被世人稱為「電學之父」和「交流電之父」。「如果你是鑽石，即使有再多的塵土遮蔽，早晚也會發光，沒有人能掩蓋。」這句話是說法拉第的，他為人類創造了前所未有的巨大動力。

法拉第與瓦特最大的不同在於，他並沒有受過高等教育，關鍵是數學還不好，這個問題可就大發了（《智慧財產權簡史》人物篇已出場的人物，數學基本都是頂配版的）。他不能用數學運算證明自己的理論，結果科學界對他的學說嗤之以鼻。好在另一個偉大的天才及時出現，他就是大神詹姆斯·克拉克·麥克斯韋，麥克斯韋出身權貴，良好家風，數學更是槓槓的。麥克斯韋20歲時看到法拉第的理論，用數學公式完美寫出法拉第的理論，證明法拉第是對的。他把報告寄給法拉第，法拉第收到報告時欣喜若狂，後來兩人成了忘年之交，共同建構電磁學理論。法拉第的成就，沒有申請任何專利，全部開源給世界共享。大神愛因斯坦在自己書房的牆上掛了三張肖像，分別是牛頓、法拉第和麥克斯韋。麥克斯韋用數學方法將安培、法拉第、亨利等人的電磁學理論系統化，把電、磁、光用一組方程式，即麥克斯韋方程組統一起來，愛因斯坦稱讚麥克斯韋是對20世紀最有影響力的19世紀物理學家。

1866年，西門子受到法拉第啟發，發明了交流發電機，從此人類又能夠利用一種新的能量——電能，並且由此進入了電氣時代。1891年，美國著名發明家尼古拉·特斯拉所在的西屋電氣公司利用他所發明的多相交流發電機開始為全美國提供照明和動力用電（《智慧財產權簡史》人物篇的又一大神，請往回翻看）。

吳軍老師說，能量不僅是一把衡量文明的標尺，而且還是一把解密文明的鑰匙。從火的發明，蒸汽機的發明，電的發明……可以看出，每一次能量使用規則的改變，都加速了人類文明的發展。大家還記得我在《智慧財產權簡史》特別篇——《中國以瓷器文明徵服西方，卻因玻璃文明受制於西方》提到的卡爾達肖夫指數嗎？文明人類現在可以利用的能量，還不到Ⅰ型文明，可以算是0.7～0.8型文明。目前，人類文明被鎖死在Ⅰ型文明中，能量的使用水平還太低，我們要想遨遊太空，神遊宇宙，得有新的能量使用規則出現，但這個太難了，瓦特、法拉第又不是批量出現的。