生态激励，技术回应

生态激励， 技术回应

自欧洲文明在10世纪兴起以来的欧洲工业史，是长期以来不断克服环境限制和压力的一部经济发展和技术革新史。事实上，欧洲的工业化一直是随着人口的增长而进步，因为人口增加总会迫使人们设法找到解决匮乏的办法。在遭受黑死病持续近100年的多次袭击后，到15世纪中期，英格兰和威尔士的人口只有200万；17世纪末，已增加到大约550万；此后，增长速度加快，到18世纪末就增加到了900万。（这种增长主要是死亡率降低的结果，多半是卫生状况有所改善，农业生产有了改进。）在那350年间，人口一下子就增加到起初的近5倍，对资源的压力可想而知，在某些情况下，形势还十分严峻。

也许，人口增长所造成的最严重的短缺，就在于土地本身。在英格兰，从许多方面看，当时还是典型的农业社会，土地有许多的用途，如用作种植粮食的农田，放牧牛、马和羊的草场，提供木材的森林；此外，新增加的人口为了在城市中找到非农业的谋生手段，城镇也要大力扩张，从而占去大量的土地。在16世纪和17世纪早期，英国的城镇、贸易和工业一直在迅速发展，但是到17世纪中期，发展突然减缓，形成了一个明显的低谷。原来，经济生活是由许多活动环环相扣连接成的一个过程，某一方面出现短缺或受到制约，会导致整个系统的崩溃。在18世纪，通过技术创新，人们成功地突破了好几个方面的制约，英国的经济又再度开始以前所未有的高速度增长。炼铁、纺织、采矿和运输这些行业全都在应用新技术以后得到很大改进。许多新技术构思新颖，同传统方法完全不同。不过，这些技术创新的主要作用只是为了扩充经济，以应付有限的资源以及旧的生产方式已无法满足的增加过快的人口压力。在工业化进程的背后，迅速增加的人口始终对英国的经济和生态环境形成巨大压力。

很能够说明存在这些压力和制约的例子，是出现了一整套新型的农耕技术，即所谓的诺福克耕作制。凭借那种农业技术才生产出足够的农产品，支持了英格兰工业化的来临。那种新型的农业生产方法用一种四田轮作制代替了中世纪的三田轮作制。那样一来，就可以多生产一茬芜青和苜蓿，能够让更多的牛顺利越冬，从而大大提高了肉类的产量。诺福克耕作制得以实施，部分原因是有过那么一场把共同耕种的公地圈围起来变成私有的运动。那场圈地运动增加了农业生产，也使为数众多的边远地区的农民失去了土地，使他们从此“自由”，成为潜在的工业劳动大军。

考察英国的“木材紧缺”，对于我们研究生态和经济之间的紧张关系是如何促进18世纪的英格兰发生变化，肯定会有助益。大不列颠群岛上从来就没有太多的森林，新石器时代到来以后，数千年积累下来的森林资源由于农田和牧场的侵占，已显枯竭。在近代早期，随着工业化程度的加强，军事和航海的需要，使得本来就日见萎缩的木材供应更加紧张。例如，作为海上大国主要工业之一的造船业，消耗的木材就数量惊人。到18世纪初，每建造一艘大型战船就要毁掉4000棵树木。在美国独立战争前不久，英国有1/3的商船已经不得不在美洲殖民地建造，因为那里的木材当时还比较丰富。炼铁是英国的另一类主要工业，熔化铁矿石简直毁掉了全部森林。每一座炼铁炉一年消耗的木材相当于要毁掉4平方千米的林地。除了炼铁之外，烤面包、酿酒和制造玻璃同样要用木炭作燃料，依靠的也是木材。所有这些生产领域全都无法用煤作替代燃料，因为按照当时的生产技术，煤和煤烟会与产品直接接触，煤里含有的杂质（主要是硫），会严重损害产品质量。此外，建筑物内部的取暖和照明烧的也是木材，因为煤火会产生有害烟雾。随着木材越来越紧缺，价格必然上升。从1500年到1700年，英格兰的物价总体上涨了5倍，而用作燃料的木柴价格却上涨了10倍。作为那场能源危机的一个后果，到18世纪初，英国的铁产量实际上下降了，直接原因就是缺少燃料。

木材严重匮乏使许多工业减产。在这种情况下，囤积木材就根本不是像起初那样为了提高效率，而是害怕生活质量降低。之所以出现这样的问题，根源在于过度消耗破坏了生态平衡，而人口增加和林地被改作他用更是加剧了这种情况。出现木材紧缺和工业革命的这种后果，一般说来，并不是避免不了的，也是未曾预料到的。在18世纪的英格兰发生的那些基本的历史过程，是各种工业和技术之间没有料到的一种交互作用造成的，其中就有最重要的工业——炼铁业。

炼铁工业极度消耗木材，然而，正是炼铁工业本身有可能利用丰富的煤来代替紧缺的木材。在17世纪，人们做过种种试验，希望能够用煤作为燃料来熔化铁矿石，结果都没有成功。如果在炼铁过程中也能像烹调那样，有类似锅一样的东西把产品与燃料隔离开来，那么，用煤代替木材就不会有什么问题。但是，传统的炼铁方法是把燃料与铁矿石混杂在一起，为的是让矿石能够达到所需要的温度。早在11世纪，中国的铁匠们就已经发现了一种用煤作燃料替代木柴的熔炼方法，可是在欧洲，在18世纪以前还从未见到过类似的方法。1709年，一位名叫达比（Abraham Darby）的以炼铁为生的贵格会教徒，他在鼓风炉里用焦炭（焦化煤）代替木炭取得了成功。此后又过了近50年，那项新工艺才终于得到普遍使用。

达比作出他的发现，完全是利用当时已有的方法试试改改得到的。在他的那项工艺中，既没有科学理论的贡献，也看不到组织化或结构化科学的任何作用。在那时，还没有可以实际应用的冶金学原理，甚至连“碳”和“氧”这两个东西都还不知道是何物。达比是一位典型的工匠型工程师，他没有留下自己的实验记录，或者说没有记下他是怎样试凑出来的，我们对于他的方法只能作些猜测。很可能，传统的用来熔化铁矿石的鼓风炉体积逐渐增大，鼓风机的风量也提高了，可以达到更高的炉温，因而有可能把煤里含有的在早先的工艺中可能会损害铁质的杂质烧去。

1784年，英国发明家科特（Henry Cort）发明了利用煤把生铁（即铸铁）炼成熟铁的“搅炼”工艺，这项技术需要搅动铁水，并能够提高生产率。通过这两项革新，英国的炼铁生产不再需要森林提供燃料，从而在地理布局上也不再受森林的限制。炼铁生产的落后局面从此改观，世界进入了一个新的铁器时代。在整个18世纪，英国的铁产量从原来的不足25000吨一下增加了10倍以上。从1788年到19世纪中期，在铁路建设的推动下，铁产量又增加了40倍。

工业革命时期的另一类关键工业是采煤业，它的发展过程与炼铁工业类似。采煤业也是随着人口的增加而快速发展的，也遇到了继续发展的难题。表面看来，好像是煤的储藏量枯竭，矿井要挖得越来越深，因此很快就会灌满地下水。从矿井中排出地下水的传统方法是使用各种各样的用畜力推动的抽水机。到17世纪末，事情已经十分明显，必须要有一种更有效的动力来推动抽水机才能够解决积水问题。于是，“火机”（Fire Engine）便应运而生，那是一种通过烧火来提升水的机械装置。1712年，一位毫无名气的铁器商纽科门（Thomas Newcomen）发明了第一台实用的蒸汽机。

蒸汽机是一项改变了工业发展进程的技术创新。蒸汽机的最初出现甚至同传统技艺都没有太大关系，靠的是直觉和试试改改，还有一点运气。纽科门和他的管子工助手考利（John Cawley）偶然发现，把压缩蒸汽通入一个圆筒能够产生局部真空，于是大气压力就可以推动圆筒里的活塞。即使连大气压力是一种潜在动力的想法，在当时也可以说是不明确的，所以，蒸汽机的实际设计同科学毫无关系。原始蒸汽机里的阀门机构，把冷水引入汽缸中冷却蒸汽的技术，以及把活塞与抽水机连接起来的机械机构，所有这一切，都是通过试试改改弄出来的。那样的蒸汽机，要把一个大汽缸交替着加热、冷却，当然是效率极低，烧起煤来浪费非常大。但是，纽科门的蒸汽机起初是用于煤矿，那里的煤价甚低，使用起来还是合算的，所以很快便被广泛采用。不过，对煤的大量浪费毕竟是那种机器的严重缺点，特别是当用于别的地方时，成本就太高，因此迫切需要提高蒸汽机的效率。

大约在18世纪中期，英国的两位工匠斯米顿（John Smeaton）和瓦特（James Watt），各自按照完全不同的思路分别改进了纽科门的蒸汽机。他们两人的改进工作仍然基本上是在技艺传统内进行的，没有用到什么科学的抽象。斯米顿后来当上了民间工程师协会（斯米顿协会）的主席，他采用的纯粹是经验办法，有条不紊、一个一个地试验样机，不改动基本的设计，只是改变各个零部件的尺寸。就这样，他把纽科门蒸汽机的效率提高了一倍。瓦特的思路从原理上讲非常新颖，效率提高也就十分惊人。瓦特是在1765年的一个星期日外出散心的时候突然想到他的解决办法的。他的想法是，如果把蒸汽压至汽缸外面的另一个容器中去冷却，那么，汽缸在整个循环过程中就可以始终保持是热的。避免了把汽缸交替着一会儿加热一会儿冷却，对燃煤的节约自然十分可观。通过与伯明翰的一位机器制造商博尔顿（Matthew Boulton）合作生产和销售（这一合作十分成功和著名），瓦特的蒸汽机很快被用户接受，不久以后，就被广泛应用于采煤业以外的其他工业。瓦特蒸汽机能够很快获得成功，有一部分原因是营销得法。他们把瓦特的蒸汽机采用租赁办法送给用户使用，只按照比使用旧的纽科门蒸汽机节约下来的燃煤费用的一定百分比收取租金。瓦特蒸汽机不必一定要安装在煤价极低的产煤场所，而是几乎可以安装在任何地方用来推动机器工作，因此，它促进了城市制造业的大发展。到1800年时，英国已有500台瓦特蒸汽机在各地哧哧冒汽，此后，其数量更是增长迅猛。

早期的蒸汽机要依靠大气压力，因而必然是又大又重（有时就叫“固定机”）。到18世纪末，那样的固定机通常被工厂用来推动机器；因为船体非常大，所以早期的汽船也能够用大气蒸汽机来推动。可是铁路机车就不行，非要有体积较小的高压机型不可。那种较小的蒸汽机是在1800年由另一位英国人特里维西克（Richard Trevithick）设计出来的。特里维西克的蒸汽机体积要小得多，可以安装在稍大一些的车体上。特里维西克本来是想用他的高压蒸汽机取代原来在矿井和工厂里使用的大气蒸汽机，但他发现矿主和工厂主们不愿把他们已有的大气蒸汽机报废而换上还不知道是否真正合算的新机器，特别是，他们还听说高压蒸汽机很不安全（那是瓦特造出的舆论，为的是抵御新机器的竞争）。于是，特里维西克把他的发明带到秘鲁，那里的矿场海拔较高，大气压力较小，他以为自己的机器应该具有较大的竞争优势。结果，他在那里也未能打开销路，便只好回到伦敦。这一次，他就像在他之前和之后的发明家常会做的那样，另辟蹊径，搞了一个新花样，把他的高压蒸汽机用来推动在一条环形轨道上开动的机车，招来喜欢新奇玩意儿的人乘坐，向他们收费。

可是，由特里维西克发明的这种新玩意儿——铁路——也终将派上用场。那时，英格兰正在变成世界上最繁忙的大工场，需要运输的大宗货物急剧增加。尽管那时已经在修筑比较好的“收费公路”，然而，在那种比较原始的道路网上用马拉车来搞运输，肯定满足不了需要，尤其是在内地的道路上无法运送数量巨大的煤炭。起先，好像是想依靠天然河流和运河的水运来解决问题，先是在1757年和1764年修成了头两条运河，利用它们经过默西河把产煤地与曼彻斯特连接起来。此后，运河的通航里数以及配套的船闸和交叉河口的数量便迅猛增加。这时候，特里维西克的高压蒸汽机也通过铁路运输改变了运输经济的状况。1814年，英国工程师斯蒂芬森（George Stephenson）推出了他的第一台蒸汽机车。起初的铁路只用于从煤矿短途拉煤，直到1830年，才终于真正迎来了铁路时代，出现了第一条面向公众的把利物浦和曼彻斯特连接起来的铁路线。一时间，兴起了一股铁路热，在全世界的陆地上开始渐渐布满了铁路网。在英国，兴建铁路的热潮于19世纪40年代达到顶峰，仅1847年一年，正在施工的铁路线就将近6500英里（约10460千米）。随着铁路运输的发展，它与钢铁工业也开始互相依赖和互相促进：铁路线的快速增长，需要有廉价的钢铁供应；反过来，铁路运输的需要，也促进了钢铁生产的迅速增长。

纺织工业的特点是必须由好几个相对独立的生产阶段连接在一起才能够生产出最后的产品，这样的产业需要许多辅助技术相互很好地配合才能够提高生产。在遇到困难时，纺织工业通过在纺纱机和织布机两个方面不断交替革新来求得发展。1733年，约翰·凯（John Kay）——最初是一位钟表匠——发明了“飞梭”，使织布工序的生产大为加快，相比之下，纺纱的速度就跟不上了。此后，在18世纪60和70年代，工匠和工程师们进行了许许多多的革新，使纺纱实现了机械化。纺纱工序一改进，织布工序又成了瓶颈，特别是在1775年锭式疏纱机的发明，使纺纱效率进一步提高，两个工序就显得更加不平衡。1785年以后，随着由机械带动的织布机的出现，终于可以单独把蒸汽机用作织布机的动力，这样一来，织布也实现了机械化。因此，棉制品工业中工人的劳动生产率从1764年到1812年一下子提高了200倍，就毫不足怪。在1813年时还只有2400台由动力带动的织布机，到了1833年，这个数字陡升至100000台。（动力织布机不仅取代了人力织布机，也代替了使用人力织布机的工人。）正是纺织生产的机械化和工业化宣告了英国工业文明的到来。

18世纪80年代，英国开始了经济史学家称之为“进入持续增长”的历史阶段，之所以会出现这种良性发展，是由于几种主要工业在它们各自的发展中互相促进，产生了相互加强效应。比如说，钢铁工业开始用煤熔化矿石，促进了煤炭工业的发展，接着，煤炭工业导致蒸汽机的发明为自己的发展扫清了障碍，这时，大量运输煤炭的需要又导致铁路的出现，铁路的发展返回来又促进了钢铁生产。就这样，不同工业的互相需要和促进产生了一个相辅相成的螺旋上升过程。这个过程的结果，是改变了一个国家，最终又改变了一个世界。农村的农业人口变成了城市工厂里的工业人口。蒸汽机车和铁路代替了马匹和崎岖不平的土路。钢铁渐渐取代木材和石料而被用作建筑结构材料。汽船代替了帆船。同早先发生过的新石器革命和城市革命一样，这些根本性的变化过程一旦发生，人们就再也不可能回到原来的社会和经济生活方式中去了。