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许多隧道有1英里多长，有些长达4英里，它们到处设有通往地面的透气管道，以保证挖掘工作的进行。通常，工人们从山谷开始挖，向山上推进，直到到达矿坑，这个过程需要好几年。隧道要恰好能够到达指定的某一点，这是个相当棘手的挑战，也使得隧道的测量工作显得异常出色。挖掘这些隧道还有一个惊人的危险，就是当工人们最终挖到了灌满水的矿坑，那幽闭已久的水就会突然爆发，那力量足以置人于死地。1665年的一份报道解释说，在打通矿坑的那一刻，工人们必须尽可能地保护自己，否则就会被洪水冲到隧道的边壁上，“撞成碎片”。
后来的矿井由于往地下挖得太深，以致于不能用这种办法排水，人们不得不设法把矿井里的水抬出地面。这是一项艰巨的任务。在亨利八世在位期间，尽管大多数矿井都采用了各种装置来最大限度地发挥人体肌肉的能量，但还是要靠矿工们用捆在背上的木桶背水。在最早的这些装置中，有一种是简单的轱辘，跟老式水井顶端的装置差不多：绳子的一头系在矿井的管道上，另一端拴着一只水桶，吊到井下去。与水井装置不同的是，这种轱辘进行了一点改造：在桶上添置了一圈厚厚的铁链，就像手镯上的饰物，叫做“桶链”（chain of buckets）。水桶悬挂在矿井管道上方的一根卷轴上，能够降落到灌水的地方。一位历史学家解释说，如果某一个螺钉不幸松脱，整个装置就会“重重地摔落到矿坑底部，每一只桶都会裂成无数碎片”。 17世纪初期，甚至还出现了蒸汽抽水机的雏形，即排水装置中有一个包有皮革的活塞，大小合适地塞在一根管子里。不过，这样的装置在当时还很少见。
大型煤矿常常用多台发动机和抽水机一起工作，从地上和地下的不同层面抽水，这比任何一台抽水装置单独工作的效果要好得多。而且这些装置的运转不是完全依靠人力。一些幸运的矿主还可以用水力来排水，前提是附近有一条能够带动水车的小溪。还有一些矿主试着借用荷兰风车的原理，用风来排水。然而，几个世纪以来，排水主要靠的是马，这并不便宜。大型矿井需要50或60匹马，以保证发动机日夜运转，此外，饲养这些马，以及给马夫们发工资，都要用去很多钱。
与渗水的不懈斗争，最终改变了工业的面貌——在某些地方，甚至改变了社会的面貌，因为它加速了矿井扩大、劳动力增加的发展进程。既然已经在排水方面倾注了大量投资，矿主们就需要开采出更多的煤，赢取更多利润。这就意味着扩大矿井规模、雇佣更多的劳动力。矿井扩大了，水的问题也更加严重，于是，这又要求矿主在排水方面投资更多的金钱；这种循环就这样周而复始。到1700年，无论在劳动力规模方面还是投资方面，煤矿都已成为英国最大的工业部门之一。
1700年的煤产量大约是1550年产量的10倍。煤成为城市家庭中必不可少的燃料，而且，除了少数几个部门之外，全国的工业也靠煤来提供动力。有人认为，在这一时期，即使英国的每一片森林都贡献出最理想的燃料产量，而且建筑业和制造业不占用任何木材，森林提供给英国的能量也远远比不上煤所供应的能量。英国对煤的这种依赖是无与伦比的。1700年，英国的煤产量是世界其他国家煤产量总和的大约5倍。但是，随着英国对煤的依赖性的增强，英国的煤开始供不应求，现有的排水系统终于无法满足人们对煤的需求。
一个世纪以来不断涌现的发明和巨额的投资，都没有解决煤矿灌水的问题，这个问题仍是英国最紧迫的技术项目。众多发明家纷纷把目光转移到这个难题上来，新的方法也不断问世，但事实证明，这些新方法大多是没用的。正像1708年一位观察家所抱怨的，每年都有越来越多的煤矿“半路停工或者被水淹没；那能够解决问题的伟大的发动机或者办法，只存在于人们的谈论或幻想中”。煤正期待着它的“爱迪生”。
英国已经成为一个科学家和发明家的殿堂。1660年，查理二世就已成立了皇家协会，这是一个独立的团体，旨在促进科学理论的发展及其应用。这个兼收并蓄的组织包括了当时许多最伟大的思想家，他们思想的触角无处不及。一位历史学家曾说，在皇家协会，你会遇到艾萨克·牛顿（Isaac Newton）、戈特弗里德·莱布尼兹（Gottfried Leibnitz）、克里斯托弗·雷恩（Christopher Wren）、塞缪尔·佩皮斯（Samuel Pepys）、约翰·伊夫林和罗伯特·波义耳（Robert Boyle）——“与掌握技术的最终目标相比，宗教、国籍、职业等等一切都是次要的，而且这种次要的程度在历史上也许是绝无仅有的”。
这些有学问的人们最感兴趣的话题之一就是煤，在他们和其他任何人眼中，煤还蒙着一层神秘的面纱。在17世纪，一些人仍然认为煤是有生命的，它起源于“地下某种独特的种子，繁衍着、生长着”。教会更愿意相信另一种已有的理论，来解释煤矿中常常发现的植物印痕。“大洪水过后，整个地球都变得支离破碎”（——这是《圣经》中对大洪水的注释），死去的植物也开始在地下沉睡。在煤矿中发现的植物化石已经相当成熟，一位科学家由此进一步推断，诺亚洪水应当发生在五月底。直到19世纪，人们才普遍相信，煤并非只是植物的印痕，而是在植物的基础上形成的，并有着悠久的历史。在此期间，化学界的一位先驱、皇家协会的创建者之一，罗伯特·波义耳，曾鼓励他的同事们用科学的方法研究矿工们是否“真的遇见过地下的神灵”。
皇家协会的成员们也许曾对煤的起源感到迷惑，但他们确信：洪水正威胁着英国的煤供应量。因此，他们集中精力研究抽水技术和大气压力。不久，科学家们就发现，大气是有重力的，能裹挟着强大的力量充满一个真空地带。他们也得知，大气压迫真空的那股力量可以用来产生动力，但如何制造真空地带，又成了一个实际的难题。有人尝试着用火药来制造真空。丹尼斯·巴本（Denis Papin），一个旅居英国的法国雨格诺教徒（French Huguenot），发现了一种更好的解决办法：蒸汽。（在此之前，巴本曾通过做一顿饭，向社会公众展示过自己对于蒸汽的认识。他用的是自己的一项新发明，那是世界上第一件压力厨具，他称之为“能软化骨头的消化器或机器”。）
在1690年至1695年间，巴本向皇家协会的科学家们展示了一个小小的发明物，它的大致组成是：一只活塞装在一个黄铜汽缸里。当他加热装在汽缸一端的水时，由此产生的蒸汽就推着活塞向上移动。当他把火熄灭后，蒸汽慢慢缩减，这就形成了一段真空；随后，活塞在大气的强大压力下，开始向真空移动。但是，巴本认为这种活塞装置不大可能做得更大、足以投入使用，因此他开始寻求别的办法来利用蒸汽。
最终把这种活塞应用于实际的发明家，并非伦敦知名的科学精英，而只是一个小镇上的五金商，名叫托马斯·纽科门（Thomas Newen）。而奇怪的是，皇家协会的成员们却几乎没有承认纽科门的这项发明，有些人还竭力削弱它的意义。一些历史学家认为，纽科门低下的地位是问题的症结所在。用一位成员的话说：“皇家协会才是伦敦这个小小科学舞台的中心，这么一个人要想在创造力方面超过当前的最高智慧，那似乎是难以想像的。”
我们无从得知纽科门是如何想出这个发明的。也许他从皇家协会的新闻发布中对巴本的实验有所了解，这样的话，在皇家的全力支持下英国所具有的开放而生生不息的科学质询精神和工业革命最重要的机器之间，我们就不能划清界线。（He might have read about 巴本’s experiment in the Royal Society’s news publication； in which case we can＇？该处译者怀疑是原文印刷错误，如果是“can（能）”的话；则与上下文文意相悖；根据上下文，应该为can’t才文通意顺＇ draw a line between the open and invigorating spirit of scientific inquiry that existed in England with full royal support and the most important machine of the industrial revolution。 ）但是并不能证实纽科门确实看过巴本的实验，相反，有证据表明这个身处穷乡僻壤却技艺纯熟并极富创造精神的工匠，完全是自己灵光一闪，发明了活塞。
事实上，纽科门的装置虽与巴本的活塞相似，但却大得多，而且有一个独立的汽锅专门制造蒸汽。待蒸汽从汽缸底部进入之后，就添加凉水来收缩蒸汽；这样就会产生一段真空，活塞也会落下。活塞上下移动时，也带动着它上方的一根横木。这横木的另一端牵动着真空抽水机的横竿，而在其他一些矿井上，这横竿是靠马的力量来带动的。
1712年，第一台纽科门机器在一个煤矿投入使用。纵然当时曾举行了一个仪式，来纪念那个人类正在跨越的门槛，或者当时真的有人知道那是一个门槛，历史也没有这样的记载。那台发动机被称为“消防机”，同时，“消防员”这个称谓，不再指那些燃烧爆炸气的人，而成了保持消防机火焰不灭的人。纽科门的发明对于矿井经营者们来说是一个巨大的冲击，因为这意味着他们可以从前所未有的深度把水抽上来。而且，由于一台这种机器工作起来相当于50匹马，因此它比它所取代的马拉装置要便宜得多。
第一部分 可以移动的气候第8节 踏上革命的征途（3）
虽然纽科门遭到了当时科学精英们的冷落，并且常常被历史遗忘，但那些记得他的贡献的人们，却为他献上满怀尊敬的文字，称他的发明是“人类创造性的最奇妙的结晶”，并赞颂他“带给这世界……将燃料转化为动力的技术，为人类带来了利益和便利”。*
18世纪60年代，在英格兰和苏格兰各地的煤矿上，可以看到数百台纽科门发明的蒸汽机（其实它利用的是大气压力，而非蒸汽压力，因此有时它被称为气压机）在忙着抽水。由于需要相当大的动力，因此当时的一些机器大得惊人，有些汽缸有6英尺粗、10英尺长。
然而，在煤矿井和少数几个金属矿山之外，这种机器却不怎么受欢迎，因为这种“最奇妙的结晶”有一个严重的缺点：它是一个燃料饕餮，需要极多的煤来维持运转。当然，在急需这种机器的煤矿井口，煤是便宜且充足的，因此，虽然这种蒸汽机有着要命的好胃口，但它在煤矿井仍有充裕的立足之地。事实上，煤炭工业为这种新兴技术提供了很多庇护，使它在几十年历生命不息，直到后来，历史上出现了另一个人，他大大改进了蒸汽机，使之最终得以走出矿井、成为一种堪称全能的工业负重机器。
詹姆斯·瓦特（James Watt），一个木匠的儿子，1736年出生于苏格兰。在他父母的五个孩子中，只有他活到了成年期，但是他非常虚弱并患有偏头痛，每到发病，他就一连几个星期不能出门。一位19世纪的传记作者说，脆弱的体质赋予瓦特“近乎女性的柔弱和敏感，这使得他害怕与强壮的孩子们玩粗野的游戏”。因此，童年时期的瓦特是在家中接受教育的。在家里，他整天玩父亲的木工工具，而且据说他常凑近茶壶，观察那升腾的蒸汽。长成了少年的瓦特终于走入学校，却依然体弱多病，不能参加运动和游戏，其他的孩子们于是“给他取了很多侮辱性的绰号”，老师们也认为，瓦特比实际年龄迟钝、滞后。但是，瓦特的数学非常棒，他还学着制作数学教学的道具。正是由于具备这种能力，人们后来才请他修理一架保存在格拉斯哥大学的纽科门机器模型，那时他还不到30岁。
跟真实的大机器一样，这个模型也非常浪费燃料，需要许多煤才能运行。瓦特发现，由于蒸汽是靠水来产生和冷却的，因此在汽缸不断被加热又冷却的过程中，已经浪费了许多热量。瓦特后来回忆说，那天他正穿越格拉斯哥（Glasgow）的一座花园，突然，一个解决方案闪入他的脑海：他可以安装一个独立的冷凝器。也就是说，把汽缸连在另一个容器上，这个容器是浸在冷水中的，因而能保持冰凉。蒸汽充满汽缸之后，就会进入这个较冷的容器，在那里冷却、收缩。这样，汽缸就能一直热着，准备迎接下一股蒸汽的进入。瓦特的一位好朋友说：“这个巧妙的改造方案闪入他的脑海，立刻为他带来一阵狂喜。”*
但是