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第19章 技术史描述(15)

19世纪20年代,化肥制造领域的发展开始加速。其中一些是发现了秘鲁鸟粪之类的资源的结果。英国大量进口这种资源为田地施肥。其他的进展是工业加工的副产品(Gantham,1984,pp.199,211)。詹姆斯·默里James MurTay是都柏林的物理学家,1835年他向人们展示了,过磷酸盐可以用硫酸处理磷酸盐岩石后得到。但是,大突破是在1840年出现的。这一年,受英国科学进步学会的委托,利比格出版了他那本举世闻名的著作。英国也进行了研究工作。利比格所提供的化学见解为约翰·本内特·劳斯(John Bennet Lawes)所用,后者把它们付诸实践,在他位于罗森斯泰特(Rothamsted)的著名农业实验站开展了开创性的"工作。1843年,他建立了一座以矿物磷酸盐为原料的过磷酸盐工厂。不过,劳斯的实验站仍是孤立的,德国人不久就领先一步。部分原因仅在于德国拥有更好的化学家。由于农业上的物理和化学过程比制造业要复杂得多,所以需要更良好的理论知识,偶然的运气最终是会消耗掉的。不过另一个原因是,这里所需要的系统研究类型要求“其践行者不要奢望马上得到实践成果”(GTantham,1984,p.203)。私人企业不太可能具有这种耐心,尤其是当盈利既遥不可及又不可预测的时候。在德国,特别是在萨克森地区,政府支持的公共机构资助农业研究,所以最终导致收益的巨幅增加。氮肥过去是从智利的生硝(天然硝酸钠)制造出来的。第三种对植物的生长至关重要的矿物是钾肥。燃烧木材后得到的碳酸钾可以制造钾肥。1870年,拥有丰富森林资源的加拿大仍是碳酸钾的首要来源。不过到那时,人们开始开采位于德国中部斯特拉斯福(Stratford)的钾盐矿,碳酸钾的价格急速下降,而且这种化肥的广泛采用也开始了。到1900年的时候,加拿大的钾碱厂已经消失殆尽了(Miller,1980)。

在碱加工领域,工程师们做了大量的工作,他们设法改进了吕布兰制碱工艺。吕布兰制碱法会喷涌出盐酸云气,留下被人们称为“戈里古”的黑色碱灰,造成严重的环境污染。1836年,英国化学制造商威廉·格萨奇(william(ossage)修建了毒气存储塔,存储塔中的毒气可以被降水吸收。吕布兰制碱法最终被碳酸化塔所取代。碳酸化塔是由比利时人欧内斯特·索尔韦(EmestSolray)于1861年发明了氨工艺,利用氨把盐中的碱去除掉。氨工艺比吕布兰制碱法要有效得多,这不仅由于它产生的不合需要的副产品更少,而且因为它能够重复利用所使用的氨和二氧化碳。到19世纪60年代中期,这个工艺得到完善,索尔韦就像佩尔金和贝西默那样,成为一个腰缠万贯的富翁。

在化学工程领域,并非所有的发明者都这么幸运。查尔斯·固特异(harlesoodyear)是个美国修补匠,虽然他在1839年发明了橡胶的硫化工艺,使橡胶在工业上的广泛使用成为可能,但是他去世时却负债累累。1869年,另一个美国人约翰·韦斯特利·海亚特(John Westley Hyatte)首次成功地制造了合成塑料,他称之为赛璐珞。最初,由于合成塑料易燃,所以其经济重要性一般,主要用于制造梳子、刀柄、钢琴键以及婴儿用的响环玩具,但是它却预兆了将要出现的其他材料。在合成材料领域,只是到了1907年才取得突破。是年,比利时裔美国发明家里奥-贝克兰(Leo Baekeland)发明了酚醛塑料。酚醛塑料的成功开发之所以迁延了这么长的时间,只不过是因为,不论是化学理论还是实践,在此前都不能应付这样一种物质(Biiker,1987,p.169)。连贝克兰也没有完全理解自己的工艺,因为阐释合成材料的大分子化学理论直到20世纪20年代才问世。科学和技术又一次以“蛙跳”的方式向前迈进。

或许,在以低成本为人类带来巨大福利收益的“免费午餐”中,经典案例当属精细化学工业了。在1870年之后,精细化工开始对制药业进行合理化改造,后者至今仍混乱无序。1853年,维多利亚女皇在诞生利奥波德皇子的时候使用了氯仿。在此之后,麻醉剂的使用便广为流行。在约瑟夫·李斯特(Joseph Lister)发现了微生物在感染上的作用以后,消毒剂和防腐剂,尤其是苯酚和溴盐,开始大批量生产。其中最不寻常的一项发明是水杨酸。柳树皮的药用特性早在古代就为人所知,但是1838年人们才知道其有效成分是水杨酸。由于酸具有腐蚀特性,所以其副作用令人不快。19世纪50年代,德国拜耳公司开始实验水杨酸的各种衍生物。其中之一就是乙酰水杨酸,不过它在合成之后便被人们遗忘了。相反,水杨酸钠在合成之后则作为止痛剂销售。1899年,由于有一名病人不堪忍受水杨酸钠的副作用,拜耳公司一位名叫菲里克斯·霍夫曼(Felix Hoffman)的化学家便从架子上取下那个被人遗忘的化合物——乙酰水杨酸,把它用在患处。事情立刻很清楚,水杨酸的这种乙酰化合物——后来被称为阿斯匹林,是真正神奇的药物:有效,没有严重的消极副作用,能够廉价生产。拜耳公司在数月之内就向3万名德国医生派送了样品,这种新药很快得到普及rKrantz,1974)。

电学领域同化学领域一样,其中的全新知识也用来解决经济问题。自19世纪初期时起,人们就对电的经济潜力有所觉察。早在1808年,汉弗雷·大卫(Humphrey David)就证明了电的发光能力。依靠汉斯·奥斯特(Hance Oersted)和约瑟夫·亨利(Joseph Henv)等科学家的科学发现,迈克尔·法拉第(Michael Faraday)分别于1821年和1831年发明了电动机和发电机。可是,关于使用电的可能性仍存在相当大的不确定性。电动机虽然起作用却不便宜;只要用电池作为电源,其成本就20倍于蒸汽机(Iasser,1953,p.212)。自19世纪40年代中叶以来,人们就热切地希望用电作为廉价的能源。其最初的有效用途并非在动力传输上,而在电报上。电报与一连串的发明者有关联,其中最重要的发明者包括冯·索默林(yon Soemmering)、威廉·库克(william(200ke)和塞缪尔·摩尔斯(samuel Morse)。1810年,德国人冯·索默林证明了电报的能力。英国人库克取得了一个传输信息的五针电报系统专利。美国人摩尔斯发明了以其名字命名的电码,使单针电报系统切实可行。1851年,托马斯·克朗普顿公司(Thomas Crompton company)成功地在英国多佛和法国加来之间铺设了第一条海底电缆,成就了一个持续37年之久的技术胜利。

电报就像铁路一样,是一个典型的19世纪的发明物,因为它把多项分散的技术发明结合起来并捏合成型。正如一个链条的力量不可能比其最脆弱的链环更大一样,一个系统的效率和可靠性也不可能比其最脆弱的元件更高。长距离的电报系统需要许多后续的发明和改进,这些花费了数十年才得以完成。人们发现,海底电缆是一项难以掌握的技术。信号常常微弱缓慢,信息变形。更为糟糕的是,电缆起初受到难以忍受的磨损。在1861年以前铺设的17700公里电缆中,到当年只有4800公里可以使用,其余的都被损坏了。维多利亚女皇同詹姆斯·布坎南(Janles Buchanan)总统于1858年8月通过横跨大西洋的海底电缆互相交流,这条电缆在三个月之后便停止工作了。对电缆进行适当绝缘和铠装的技术必须加以完善,容量(信号变形随着电缆距离的增长而增加)问题必须加以克服。在电报真正能够变得可用之前,必须对电脉冲传输的物理过程加以理解。物理学家,首先是威廉·汤姆森(william Thomson,即后来的开尔文勋爵),对这项技术作出了基础性的贡献。汤姆森发明了专用检流计和另外一项技术:在主脉冲之后立刻随之以若干较短的反相脉冲以使信号增强(IIeadlrick,1990,pp.215—218)。在科学和技术的这场密切协作中,电报无疑属于第二代,科学在其中扮演了一个更加突出的角色。

电报对于19世纪的社会具有巨大的影响——其程度可能同铁路的影响一样大。其军事和政治价值惊人,它在协调国际金融市场和商品市场的作用亦如此。与铁路不同的是,电报没有近似的替代品,最接近的办法也不过是信鸽和旗语。旗语系统是由法国人克劳德·查帕(Claude Chappe)于r793年发明的,但在很大程度上被政府垄断。以前,信息的传递从来没有比人更快。而且,由于电报信息常常需要跨越国界,它们需要的东西是以前的技术发明极少需要的:国际合作。19世纪50年代和60年代早期签署了多项双边协议和条约,1856年创建了国际电报联盟(InteInational Felegr"aph union,ITu)。无疑,在适当情况下,技术能够创建自身所需要的制度环境(同上,pp.204—208)。在技术上,把利用电力作为传送和使用能量的一个主要方法。

甚至比电报的开发更艰难。在能够让电工作以前,必须想出一套有效的办法,以便用其他能源产生电力;必须建造各种装置以便

在接收端把电转变为动能、光,或者热;必须开发一套长距离传送电流的方法。此外,电具有两种形式:交流电和直流电,所以必须就哪一种形式将占主导地位作出抉择。

发电机是关键。虽然大卫早在1808年就已经展示了电如何能够驱动弧光灯发光,但是除了灯塔之外,电在照明上并没有得到广泛的使用。大卫的弧光灯是由昂贵的电池驱动的,难以在弧光灯里面产生真空。1860年,意大利人安东尼奥·帕西罗蒂(Antonio Pacinoi)用环形电枢建造了一台发电机,可以产生稳定的电流。在华莱(c.F.Varley)和沃纳·冯·西门子(Weltnei.vonSiemens)在19世纪60年代中期发现了自激式发电机的原理之后,比利时人格莱姆(z.T.ramme)在1870年建造了一台环形发电机,可以产生稳定连续的电流而不会过热。格莱姆的发电机实质性地降低了交流电的成本。1865年真空问题得到解决。是年,赫尔曼·斯普伦格尔(Hermann Spr-engel)设计了一台真空泵。

只有在这个时候,弧光灯才真正实用。1876年,俄国发明者保罗·贾布罗科夫(Paul N.Jablochkoff)对弧光灯加以改进,发明了使用交流电的弧光灯(或称“烛光灯”)。随后,工厂、街道、火车站等公共场所都开始用弧光灯取代煤气灯。1878年,俄亥俄州的查尔斯·布拉什(Charles Brush)发明了高压直流灯,这种灯到19世纪80年代中期的时候统治了弧光照明领域(Sharlin,1967)。托马斯·爱迪生(Thomas Edison)和乔治·威斯汀豪斯George Westinghouse)等发明家认识到,电力系统是一套技术网络,是兼容的发明彼此紧密联系的系统。在这一点上,它类似于煤气照明系统,但是电力被认为是对能量进行传送的通用系统。爱迪生尤其对技术系统感兴趣,他能够看到整体图景,协调其他人的研究工作,这种能力就像他自己的技术天才那样高超发达(lughes,1983,pp.25—27)。

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