世界文明中的技术：铁路、电报与工业化

铁路的到来

当特尔福德在梅奈海峡上建造的大吊桥于1826年完工时，一种新的运输技术也已经问世了——蒸汽驱动的铁路运输。铁加工技术的进步是促成铁路运输的关键，这样人们就可以建造坚固的铁轨了。第一座铁路蒸汽火车头是由理查德·特里维西克（Richard Trevithick）于1802年在什罗普郡的科尔布鲁代尔铁厂制造的。两年后，特里维西克在南威尔士的佩尼达伦（Penydarren）首次展示了一个能运作的蒸汽火车头，令众人信服。但这些火车头对于当时的轨道来说太重了，所以铁轨经常发生断裂。

1812年左右，英格兰北部的一些煤矿铁路开始使用火车，在此之前，这些地方都是由马匹牵引马车。这些火车在铸铁轨道上运行得很好，但真正实现长途铁路运输的一个重大进展是在1820年或1821年，当时诺森伯兰（Northumberland）的贝德林顿（Bedlington）铁厂的一家轧钢机生产出了长度为4.6米的坚固锻铁轨道。这些铁轨被铺设在1825年开通的斯托克顿（Stockton）和达林顿（Darlington）铁路上。与大多数早期的铁路一样，这条铁路是为煤矿服务的，但它也运送乘客。虽然马匹被用来在部分线路上牵引列车，但火车头的地位空前突出。许多游客前来参观这条线路，包括一位来自美国宾夕法尼亚州的游客、两位已经在普鲁士倡导建设铁路的德国人，以及一位法国工程师马克·塞甘（Marc Seguin)。

塞甘是那个时代的典型工程师，他的发明和投资，反映了各个国家和工业部门之间密切交织的技术对话。在为（和他家里有关系的）纺织业和造纸业开发各种新的机器和设备，建造了两座用钢丝绳代替铁链的先驱性吊桥之后，塞甘已经声名鹊起。于是，在后革命时期的法国，他的兴趣转向了蒸汽动力在运输业、工业和商业上的潜力。1825年，当他与乔治和罗伯特·斯蒂芬森就蒸汽火车设计进行通信，同时安排访问达林顿时，塞甘刚刚为一种火管锅炉（tubular boiler）申请了专利，该锅炉用于为罗讷河（the Rhone，法国的主要河流）上的汽船提供动力，在他访问英国时，他已经将该锅炉进行改装以适用于火车。回到法国后，塞甘以斯托克顿和达林顿铁道线路显著的工业和经济潜力作为论据，说服法国政府投资铁路。

1826年，塞甘和他兄弟们经营的公司获得了在圣艾蒂安（Saint-Etienne）和里昂（Lyon）之间修建客货两用铁路的特许权。这条长达57千米的新铁路是之前马力轨道的延伸，部分由火车头驱动车身，但仍有部分由马匹提供动力，将在那之前与世隔绝的、山区中的圣艾蒂安的丰富煤层，与罗讷河畔的里昂的纺织业及其他工业连成一脉。这促进了圣艾蒂安采矿业的发展，使该市渐渐成为国家钢铁和军备生产中心；通过提供方便易得的廉价煤炭，铁路也促进了里昂的工业转向蒸汽驱动模式。

这两个城市之间的地形崎岖不平，工程十分复杂，因此这条线路完成后也被誉为技术上的胜利。但是，铁路建设面临的最重要的障碍是社会问题：不愿意放弃土地的农民们坚决反对。要购买这90多块土地必须经过谈判，当一个愤怒的小农场主决定用猎枪解决问题时，塞甘险些丧命。与此同时，里昂郊外的日沃尔（Givors）公社的居民提出了激烈的抗议，以至于铁路的路线不得不移到罗讷河的另一边。塞甘不得不在建设铁路、桥梁和隧道中做出妥协，这提醒我们，技术对话不仅涉及变革的支持者，也涉及反对者，不仅涉及新技术的使用者，也涉及拒绝者，他们共同塑造了最终的技术成果，而这些成果在后来者眼中可能是技术挑战下的简单却合理的回应。

铁路运输的理念飞快流传，斯托克顿和达林顿铁路线的原型也使许多其他地方蠢蠢欲动。很多地方缓慢而不可靠的运输阻碍了贸易发展，这些地方正计划着修建铁路。欧洲各地也建成了几条铁路，而在美国，巴尔的摩和俄亥俄州的线路在1827年至1830年期间建成。这条铁路是在美国充分了解了斯托克顿和达林顿铁路的情况下铺设的，具有与英国同类型的铁轨和相同的轨距。同时，在1828年和1830年之间，斯蒂芬森兄弟还建造了一系列火车头，包括他们著名的“火箭”（Rocket）（这个名字一度成了热门话题，因为其同名武器在西方仍然十分新颖），他们最终抛下了特里维西克式的火车原理，转而为新一代带有管式锅炉和卧式汽缸的发动机打下基础。

美国第一个重要的火车设计师是约翰·B.杰维斯（JohnB.Jervis），他为自己在奥尔巴尼（Albany）和斯克内克塔迪（Schenectady）之间建造的线路进口了一台斯蒂芬森火车头。像当时所有的英国火车头一样，它只有四个轮子，杰维斯发现它在急转弯处要么直接失去了动力，要么就问题频发，而急转弯恰是这条线路的一个特点。经过反复讨论，杰维斯设计了一种新的火车头，后部设有一对驱动轮，发动机前面设有一个四轮转向架承担重量。这个车头是在当地制造的，确定它能顺利运行后，杰维斯在1833年改造了斯蒂芬森火车头，并在前面加上一个四轮转向架。斯蒂芬森车头的性能得到了极大的改善，转向架也很快成为美国火车头的标准配置。因此，美国的蒸汽火车并不是简单地从英国迁移而来的技术；就如本书所写的其他许多例子一样，这更像是一场对话，过程中引进而来的技术得到了许多创新性的回应。

在铁路作为一种运输系统的发展中，另一项起着关键作用的发明是电报。它不仅会发出列车接近的信号（从而促进安全），而且对铁路的有效管理也很重要。而电报能有效运作，关键在于可靠、经济的电池。在英国，这种电池是由伦敦国王学院（King's College London）的詹姆斯·丹尼尔（James Daniell）研究开发的，他的同事惠斯通（Wheatstone）教授帮助威廉·库克（William Cooke）开发了第一台英国电报机。重要的是，这项发明的首次演示是在1837年尤斯顿（Euston）站和卡姆登（Camden）之间的伦敦一伯明翰铁路上进行的，然后是在大西部铁路（Great Western Railway）上展演。

在这种类型的电报中，人们可以通过观察一个或多个移动的指针来接收信号，这些针可以指向左边或右边，表示不同的字母。在英国使用这种设备之前，塞缪尔·莫尔斯（Samuel Morse）就已经在美国试验了一种不同形式的电报机。他的成功也取决于高效电池的开发，在这方面他得到了来自纽约的教授伦纳德·盖尔（Leonard Gale)的帮助。更重要的是，一位名叫阿尔弗雷德·韦尔（Alfred Vail）的机械师提供了帮助。韦尔－莫尔斯电报机最初具有一个关键性优势，即接收仪器能将他们发明莫尔斯电码的点和破折号标记在一张移动的纸条上。但是，当人们发现操作员破译仪器发出的声音可以比阅读纸上的信息还要快时，韦尔－莫尔斯电报表现出了其更大的优势。音响器（sounder）作为接收器时，操作员根据信号每分钟可记录40到50个字。随着时间的推移，这个系统几乎全球流通；莫尔斯在I840年为他的设备申请了专利，到I850年，电报网络已在迅速扩大。

1856年，第一条铁路跨过密西西比河后，关于铁路在开辟美国西部和促进农业发展方面的作用已无须赘述，但草原上别具一格的先驱铁轨旁，设有一排电报杆。铁路公司是电报的主要用户，交通和通信方式齐头并进，一起发展。

19世纪60年代在美国大草原上修建的铁路通常伴随着电报线（绘图：黑兹尔·科特雷尔）

铁路与工业化

虽然蒸汽铁路是在19世纪的前30年里在英国发展起来的，但1830年后它在美国的扩张速度更快。到1840年，美国已建成约4600千米的线路，而英国有2400千米，欧洲的大陆上有1500千米。美国的这种高速建设的速度是通过廉价建设实现的，与英国相比，美国铁路的弯道更急，坡度也更陡。

随着铁路建设速度的加快，制造铁轨和火车需要空前数量的铁。在许多方面，正是钢铁工业的技术成功使英国能够建设铁路。燃烧焦炭的高炉为更大的生产量提供了必要的支持。在耐用的锻铁轨道普遍流行之前，人们必须设计出将生铁转化为锻铁，将白热的长铁条轧成铁轨的新方法。

在19世纪的炼铁厂中轧制锻铁块和铁条。如果要大量生产铁轨，同时使其具有足够的强度以承受火车的 重量，那么发展轧机以生产锻铁轨是至关重要的。 [摘自奈特《实用机械学词典》（Knight, The Practical Dictionary of Mechanics），铁桥谷博物馆提供］

鉴于这些创新都是在英国完成的，因此，想要修建铁路的其他国家最初难免要从英国制造商那里进口铁轨，甚至火车头。同时，这些国家也在推动当地钢铁工业迅速发展，以便制造自己的铁轨。在欧洲，首先是比利时，然后是德国和法国，纷纷走上了这条道路。

美国的情况有所不同，美国的工业基础最初比法国和英国薄弱，但对铁路的需求和涉及的距离更大。这样一来，美国很快就占据了英国出口铁轨份额中很高的比例，而英国钢铁工业的繁荣与美国的铁路建设也由此紧密相连。实际上，通过以优惠条件提供铁轨，一些英国铁匠成为美国铁路线的重要投资者。值得注意的是，在19世纪50年代，英国开通了约5000千米的铁路，但美国修建的铁路长度达到了惊人的3万千米。

其他行业有制造机器经验的人都可以制造火车头，特别是棉纺业，而且这些车间有许多通用的工具。因此，在19世纪30年代，在马萨诸塞州洛厄尔（Lowell）的纺织厂附近的机器车间，以及宾夕法尼亚州的费城，火车头制造都得到了大力发展，在那里，鲍德温火车厂（Baldwin Locomotive Works）由一个以前制造纺织印刷机器的企业发展而来。该企业以及其他美国发动机制造商的成功，使1836年后的美国几乎没再进口任何火车头，到1839年，美国450台火车头中的大部分是在国内制造的。

想要无限生产铁轨却意味着更大的困难；它更多地取决于大宗铁的生产，而这又与1830年美国刚刚开始的钢铁工业的变革息息相关。虽然生产生铁的高炉和将生铁转化为锻铁的反射炉（reverberatory furnace）与英国的可堪伯仲，但还是需要进行一些重新设计，才能燃烧宾夕法尼亚州丰富的无烟煤。他们的进展很快：在19世纪40年代，80%的铁轨还需从英国进口，但在1856年，美国国内的铁轨产量就超过了进口量。

通过这些发展进程，铁路建设不仅刺激了美国铁厂和生产车间的发展，还为欧洲的许多国家带来了同样的影响。因此，铁路和支撑其运营的工业有时会被描述为19世纪中期整体发展的主导产业。然而，在欧洲大陆，由比利时、德国和法国北部组成的工业核心区，与南欧和东欧组成的外围地区之间存在着重大区别。在核心区，有确凿证据显示，许多工业的增长是由铁路的发展带来的。在外围地区（西班牙可以作为一个例子），铁路有时则无利可图，甚至是当地的负担。有历史学家指出，“铁路梦”及其投射的快速现代化的前景在西班牙是如此具有说服力，以至于有一段时间，几乎所有可用的投资都进入了铁路，而“真正的制造公司”却被忽视了。因此，尽管到了19世纪60年代，西班牙已建立起了一个庞大的铁路网络，但它并没有真正为西班牙的发展和经济做出什么贡献。那些铁路公司主要是由法国持股控制的，而如采矿业等工业公司则由英国公司把控着命脉，那些最重要的铁路线路都是通往港口的，这样就方便西班牙的矿石被运往英国加工并服务于英国的发展。尽管西班牙视其铁路为发展的象征，但实际上，每年铁路运营带来的利润大部分都流到了法国和英国持股人的手中。

这时，与欧洲核心地区相比更边缘的地方也开始修建铁路，特别是阿根廷。那里的第一条铁路于1857年开通，设备从英国进口。它的第一个火车头原本是为一条印度铁路建造的，但印度不需要，于是火车头被送到了阿根廷。这意味着阿根廷的轨道必须按照与印度相同的宽度铺设，即1.67米。这段插曲似乎很典型地说明了，外围国家总是承受着随机又武断的技术决定。

然而，在利用铁路促进国家发展方面，阿根廷比其他国家更成功。政府有意寻求外国资本来建设新的线路，但它也采取了措施，以确保选择的路线符合当地的要求，而不仅仅是为外国人创造利润。如果一条线路需要通过人口稀少的地区，而且预计交通量不大，政府会保证投资者有7%的资本回报。这样一来，具有良好农业潜力的空旷地区就有可能享有铁路服务了。与美国一样，铁路成为阿根廷某些地区的一种开发定居手段，同时使牧场主和谷物种植者能够进入市场和港口。

1880年后，阿根廷铁路建设蓬勃发展，线路铺建非常迅速，1882年至1892年间共铺设了约8500千米的铁路。农业发展也形势喜人，阿根廷成为向欧洲出口粮食的重要国家，一些最早的有冷藏功能的船在1876—1877年试行，运来了阿根廷的肉类货物。此时，阿根廷的食品出口业在商业上是成功的，技术上是先进的，并获得了大量利润。但是，这些钱并没有被投资于进一步的工业发展，大部分钱都回到了外国投资者手中。富裕起来的阿根廷地主们也把大部分现金花在了国外。另一个问题是，食品出口业的利润如此巨大，以至于它吸引了过多本就有限的投资资金。就这样，阿根廷的经济并没有实现多样化。钢铁厂和工程行业的发展并没有取得进展，而这些行业却恰恰是铁路刺激地方工业化发展的媒介。

许多其他国家也有与阿根廷类似的情况，如墨西哥，在1876年至1910年期间修建了2万千米的铁路，使农业和矿产出口增加，而真正的工业发展却很少。关键问题是，当地对铁路的投资到底能否被其他行业的投资所平衡。如果不能，那么这些地方的铁路在技术上仍然需要依赖核心国家，资源也不断地从外围流回核心国家。当我们考量亚洲的铁路发展时，我们会发现，俄国和日本确实对支持性产业进行了大量投资。在中国，早在1900年之前就有一家能够制造钢轨的钢铁厂，一个新的煤矿也在河北省得到开采，但除此之外几乎没有其他任何发展。印度当地有很好的工程投资潜力，也有一家新的钢铁厂，但其在发展的道路上却依然面临着层层障碍。

（本文摘编自《世界文明中的技术》，[英]阿诺德·佩西、[英]白馥兰著，中信出版集团2023年1月出版，经授权，澎湃新闻转载。）