17.6 采用水磨的阻碍因素
从上面的事实可以明显看出，公元前1世纪罗马工程师已把原始的挪威水磨转变成一种原动机。那么，为什么它一直被耽搁到3世纪才开始使用，甚至被仅仅限制在很小的范围内使用呢？
几个因素综合在一起，导致这种延迟现象的出现，其中包括地中海盆地的地理条件。罗马帝国中部地区的大部分河流的水流量，随着不同季节变化很大，这在很大程度上阻碍了基于石头建造的下射式水磨的采用，因为一年中大部分时间的供水量不能带动水轮转动。这样，水磨被限制建在很少的地方，需要有大量充足的来自河流或沟渠的可用水，同时也对廉价劳动力和面粉有很大的需求。值得注意的是，所有发掘出土的水磨（在韦纳夫罗、巴尔贝格尔、图尔尼、罗马和雅典）都依靠人工沟渠获得连续的水流。由于建造连接水磨的沟渠系统需要高昂的资金投入，因此它只能在罗马世界的中心使用，例如罗马、雅典、拜占庭。另外，在巴尔贝格尔或图尔尼这样的军事中心，城市规模也适合建立面粉工场。一直到3世纪末，劳动力还是廉价而充足的，确切地说，由驴或奴隶拉动的磨此后才逐渐被水磨所取代。西欧的地理条件不同，有连绵的山脉和溪流。中世纪时期，充足的水源是建成磨坊的必要条件，“每个庄园里都有靠水流驱动的磨”。
然而，这并不能充分说明为什么罗马的工程师只用水磨来生产面粉，为什么直到很晚时才在一些场合用水磨来做原动机。的确，罗马工程师可能不够精明，技能只局限于如何应用希腊机械师的发明，但他们拥有的一整套经验，足以建成由水轮驱动的机器。他们对机械工程的基本原理相当熟悉，事实上，他们关于机械方面的实践知识直到18世纪才被人突破［30］。很多例子证明，这种技能可以转化为实际成果。在古代，当资金允许并且国家也努力推动的时候，那些古老机械会推广应用得很好，就像战争中发展起来的各种手段一样。希腊化时期之前，基于弓箭或投石器的机械化发射武器就得以大规模地发展和制造。对这些机械的检测证明了它们的效能，罗马军队中的石弩、弹弓和其他攻城武器的数量显示出了机械化程度，在现代以前没有任何军队能够超过（第20章）。
出于建筑目的，由踏车驱动的大型起重机被用来提起沉重的石板（图578、图603）。由水力驱动的升降机既不用于建筑，也不用于从矿井中抽水（矿山也同时使用踏车），这显然是政府出于长远考虑希望让穷人提供有用劳动，因为穷人主要依赖出卖劳动力换取救济粮。仅在很少的情况下，公共事业或服务工作才会促进机械的推广普及。此外，艺术家和工匠们各自独立地工作，无法主宰自己的命运。大部分家喻户晓的手工工艺——例如纺纱和编织，几乎没有进步。传统的制陶工人制出精美的薄壁陶瓷，但那是艺术的成果，而不是技术上的成就，因为它没有实现机械上的批量生产（第8章第1篇）。罗马帝国时期，由于缺少工业化的刺激，技术进步在事实上停滞了。在少数几个领域（例如陶器、制鞋、珠宝加工），专业化和批量化的发展需求［31］不是通过改变手工工艺得以满足，而是采用了加大人力投入的方法。因此，社会结构和廉价劳动力阻碍了工程师们的创造力，他们的努力往往过于浪费到那些在公众节日里给人展示的产品上了。
古代社会经济的标准完全不同于现代工业社会的标准，那时的科学和技术几乎不可能产生深刻的相互影响。古代的工程师有时也会意识到这种相互影响的必要性，帕普斯（Pappus，3—4世纪）这样记载道：
希罗学院的机械师说，机械学可分为理论和操作两部分。理论部分由几何学、代数学、天文学、物理学组成；操作部分包括金属、建筑、木工和绘画，以及这些方面的实际操作。他们说，从事前面所提及的操作领域的人，需要从小接受训练，多才多艺，将成为最好的机械设备的建造者和发明者。对于同一个人来说，既在诸多学术研究中超过他人，同时又了解前面提到的各种工艺领域，那是不可能的。他们建议，那些希望承担“机械操作”的人用自己在工作中已拥有的技艺去完成每一个特殊的案例［32］。
直到中世纪后期，技术精湛的工匠们的思想才对机械学产生影响，古代的科学显然忽视了他们。
古代没有“科学家”一词，只是把他们称为“哲学家”。自然哲学家或physiologol，“事物的自然生长”的研究者，他们观察自然，并且从希腊城镇的工艺中获得很多灵感。机械论的思维模式被用于几乎所有领域来解释特定的自然现象，但是在大多数情况下，观察仅仅是为了阐述哲学原理［33］。哲学家不认为手工操作、技术和机械工作有多么重要，甚至连物理学家也被认为是technitai或机械师。通过对自然的研究，他们寻求智慧和智力上的满足，这是每一个市民在闲暇时想努力得到的。使用机械的技艺干脆被认为是低级的，手工艺匠人在自己的行业中磨灭了活力。普鲁塔克认为阿基米德在罗马人围攻叙拉古时建造的机器（边码632）是几何学的副产品，并称“工具制作和大体有实用价值的行业，都是低微的、卑贱的”［34］。
人文科学和机械技术（artes mechanicae）之间典型的希腊式差异，阻碍了科学和技术之间所有的有效合作。处于巅峰状态的古典科学家对科学方法有着清晰的理解，意识到演绎和实证的必要并从事实验。但是，他们往往过于天真地相信经验，对在观测中遇到的大量困难却不够重视。技艺知识对科学的影响看起来相当小且一直受到怀疑［35］，经典科学也没有得出对机械师和手工艺匠人有助益的结论，只剩下他们独自面对漫长而艰难的试验以及由此带来的错误。对试验的效果和进展进行归纳的思想没有得到重视，正如培根本人所说，“［伟大的技术发明］远比哲学和智慧意识更古老；所以，当思辨和教义产生时，有益的科研探索停止了”［36］。
在古时候，工业化缺乏推动力。工业化要求原动机有更集中的能量输出，并能实现专业化、机械化和标准化。当时，食品生产的规模相当大，不仅使用手工劳动，部分还使用先进的压碎和研磨机械。在工场（ergasterion）或工作坊（officina），大群手工艺匠人聚集在一起，但这并不能建立起现代意义的工厂。在雅典，工场有10—30个工匠，但这并不是为了购买机械而形成大量资本投资的结果。从事同种工艺的手工艺匠人聚集在一起，这与18世纪的工场和制造中心非常相似，它所产生的纯利润不会用于再投入以提高产量，而是用于手工艺匠人个人的消费［37］。没有大量的资金用于改进和再建代替人力或畜力的机械，因为人力和畜力都很廉价，足以为大众生产勉强足够维持生活的必需品，以及为少数人提供有限的奢侈品。在古代，产品的批量生产实际上意味着过量生产，这个社会的主要投资集中在奴隶和土地上。古罗马人认为应用科学已经完成了它的任务，就像东方的希腊化世界一样，这可能是罗马帝国衰落的原因之一［38］。
生产面粉的机械仅仅集中在较大的中心城市，到了4世纪，这种必需的资源变得很紧张。当时，罗马帝国的扩张已经持续了很长时间，劳动力变得越来越少，甚至奴隶也很少了。从那时起，罗马作家开始抱怨忽略了应用科学，并且不无理由地认可了罗马帝国以外所谓“野蛮民族”的创造发明。大约在370年，一位不知名的作者在《论战争的物质要素》（De rebus bellicis）一书中写道，“我们认为这是一种对人不尊重的恶习；虽然那些所谓的野蛮人没有从雄辩中获得权利，也没有从官方获得显赫的职位，但这绝不意味着他们对机械发明毫无建树，在这一方面大自然给了他们帮助”。为在军队中节省人力，这位作者专门设计了几项发明［39］。一旦形成对廉价面包的普遍社会需求，在与使用了几个世纪的水力驱动磨粉机的对手的竞争中，使用奴隶或驴子驱动磨粉机的利益集团很容易败下阵来。
到水车作为原动机引进时，一场宗教上的革命已经将贬低手工劳动性质的传统观点扫除了。过去，奴隶制度总是压制自由工匠们的社会和经济地位，他们的工资很低，还要遭受文化阶层的蔑视。这些限制条件综合起来，足以阻碍机械发明和廉价货物生产的有效组合。到罗马帝国后期，情况发生了变化，奴隶制已经衰落，产生了一些对穷人的新态度。古代（主要在公元前200年到100年之间）对弱者的残酷镇压，表现出对奴隶最残酷的一面，这导致奴隶屡次发动恐怖暴动，这些暴动主要不是针对社会状况，而是出于对生存的基本渴求。在古代的近东，穷人被看作是神的牺牲品，宗教则认为他们应该获得更富有的兄弟们的同情。《旧约》中不仅提到人类与生俱来的兄弟关系的道德观念（《约伯记》第31章第15节），也对一个人永远占有他人作为奴隶的权利予以否定。传统世界中的哲学学派以斯多葛派最为著名，宣扬人类之间兄弟般的关系，试图逐渐把慈善和人道主义观念灌输到同胞们的心中，认为不应该再把贫穷和羸弱的同胞看作奴隶，而是应把他们作为真正的人来对待。基督教的出现更是阐明了一个更基本的概念，为此还创造了一个新的术语——博爱，这远不只是友好和款待。
基督教改变了市民对穷人和奴隶的态度，强烈地抨击传统的观点，赞美手工艺劳动的价值。因此，从长远眼光来看，奴隶制度是注定要消亡的，手工艺匠人将在社会中得到体面的地位。自然应为人类服务的观点得到公认，人类应该通过驾驭自然来改善自己的工作和生活［40］。
古代人一直相信存在一个生机勃勃的自然。对绝大部分人来说，它是美丽和谐的艺术杰作，其中，形式因不必总是完全服从于物质因。其他一些人——例如原子论者——认为，自然由于无止境的消耗而形成它的结构。他们都不会接受上帝创造的牛顿式世界机（Newtonian world-machine）任其自然运转的说法，后者却是18世纪的科学家一直珍视的概念。面对如此亵渎，即使是德谟克里特斯（Democritus）、伊壁鸠鲁（Epicurus）和卢克莱修，恐怕也要战栗了。事实上，古代人把科学建立在万物有灵论的基础上。米利都的泰勒斯（Thales of Miletus）说，神存在于万事万物中，“由于磁铁能使铁转动，所以说明它有灵魂”。作为古代最后的哲学，新柏拉图主义仍然把万物有灵论作为一个必要的基础。在它看来，诗人的诗句“水中仙女转动水轮的轴”是真实的，而不仅仅是一种幻想。直到基督教出现以后，借助于它反对万物有灵论、以理智使用自然力（forces of nature）等主张，古人才开始考虑控制这些超自然力（supernatural powers）。到4世纪，罗马帝国成为正式的基督教国家，引入原动机的最后障碍便消失了。