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因此，那些要去做出新发明的人，如果他们不是钟表工，那就是科学仪器的制造工，或者是请这些行业的工匠来帮助他的人，这事十分自然。举例说，瓦特就是一位科学仪器制造工。但即使是一个象瓦特这样的人，在他能够把钟表制造技术的精密性应用到更大一些的事业上面之前，他也不能不等待时机成熟。为了证明这一点，我们一定记得，如我前面讲过的，瓦特认为一个活塞之适合于某一汽缸的标准就是要看二者之间能否刚好塞进一个薄薄的六辩土铜币。
因此，我们一定得把航海术及其所需的仪器看作全面工业革命发生之前的工业革命的导火线。全面的工业革命是从蒸汽机发明的时候开始的。蒸汽机的第一个形式是简陋而不经济的纽可门机，供矿井抽水之用。十八世纪中叶，有人企图用蒸汽机来产生动力，但是失败了，他们的办法是用蒸汽机把水汲到位在高处的蓄水池里，然后利用水的下降来推动水轮。在人们采用了完善的瓦特机之后，这种笨拙的装置就废弃不用了，而瓦特机一下子就被工厂用于种种目的，就象它们之用于矿井的抽水一样。十八世纪末，工业中已经普遍采用了蒸汽机，江河上的汽船和陆地上的蒸气牵引机车的出现也是指日可待的事情了。
首先采用蒸汽机的地方就是用它来代替人力或畜力劳动形式最为残酷的地方：把水抽出矿井。在最好的情况下，这项工作是由牲畜来做的，即用马来推动简陋的机器。在最坏的情况下，例如新西班牙的银矿，这项工作是靠奴隶劳动来完成。只要矿井不倒塌，这项工作就没完没了，而且中间不能停顿下来。现在利用蒸汽机来代替这种奴隶劳动当然应该看作人道主义的一大进步。
但是，奴隶不单是做着矿井抽水的工作的。他们还要牵引满载货物的船只逆流而上。蒸汽机的第二个伟大胜利就是汽船的发明，特别是内河汽船的发明。至于在海上，蒸汽机有多年时间都只作为海船风帆的附加物，其价值颇为可疑；然而，正是由于密士失比河上的运输利用了蒸汽机，这才开拓了美国的腹地。和汽船一样，作为拖运笨重货物的工具，蒸汽机车也开始出现在今天正在淘汰这种工具的地方了。
工业革命出现的第二个地方就是纺织工业，这个领域之发生革命也许地繁重的矿工劳动晚一些，但与运输业的革命是同时进行的。那时候的纺织工业已经毛病百出了。即使是在发明机械纺锤和机械织机之前，纺织工人的工作条件就已经有很多地方需要改进了。他们所能完成的产量大大落后于当时的需求。因此，本来很难设想机械化会使纺织工人的劳动条件变得更坏，然而机械化的的确确使他们的劳动条件变得更坏了。
纺织机器发展的开端可以回溯到蒸气机出现的时代。从手工操作的针织架从伊丽莎白女皇的时代起就已经有了。为了给手织机提经线，纺机第一次变成必要的东西。直到十九世纪初叶，纺织工业才实现了全盘机械化，包括纺和织两个方面。最初的纺织机是用手工操作的，但很快就用上了马力和水力。和纽可门机不同，促使瓦特机发展起来的部分原因就是想给纺织工业提供使机器得以转动的动力的。
纺织工业几乎为工业机械化的全部过程提供了一个模型。在社会方面，纺织工业的机械化使工人开始了从家里转到厂里并从乡村转到城市的过渡。当时对童工和女工的劳动剥削，其剥削形式如此之残酷，假如我们忘记了南非的钻石矿，也不了解中国和印度的新工业化以及几乎是每个国家中的种植园的劳工的一般处境的话，那是我们今天所无法想象的。这种情况的发生主要是由于下述事实所致：新技术给人带来了新责任，然而当时又没有法令规章对之进行监督。但是，其中有一项情况，其技术意义更大于道德意义。关于这一点，我指的是，工业革命初期的许多灾难性的后果和形势并不都是由于当时有关人们缺乏道德感或从事不法行为所致，而是来自若干技术方面的特征，这些特征是工业化初期手段中所避免不了的，它们是在技术发展的以后历史中才或多或少地消失掉。决定工业革命初期的技术发展方向的这些特征就存在于早期蒸气动力及其输送方法的本质之中。用现代标准看，蒸气机所用的燃料是非常不经济的，但如果考虑到当时还没有更新型的蒸气机同它们竞争这个事实的话，这个问题就不是那么重要了。但是，就以这种蒸气机而言，大规模使用也要比小规模使用经济得多。和原动机作比较，纺织机器（不论是织布机或纺纱机）都是轻型的机器，消耗动力不多。因此，为了经济的目的，就有必要把这些机器集中在一个大工厂里，用一部蒸气机来带动许多织布机和纺锤。
那时候，输送动力的唯一有效工具就是机械工具。其中最早使用的一种工具就是附有联动皮带和滑轮的传送轴系统。甚至在我童年这样晚近的时候，工厂的典型面貌还是一个大棚子的模样，有长长的传送轴吊在横梁上，用皮带把滑轮和各台机器联接起来。这类工厂现在还有，虽然在很多场合下它们已经被现代化的企业所取代了，在后一种的企业里，机器是各别地用电力来驱动的。
事实上，第二种图景在目前是典型的。机工行业已经完全改头换面了。这是一个重要的事实，它关系到了整个发明史。正是这些机工和机器时代的其他新行业中做出种种发明的工匠为我们的专利制度奠定了基础。事实上，机器之间的机械联接涉及了种种极为严重的困难，而这些困难并非容易地用一个简单的数学公式就能方便地作出概括的。首先，长轴系如果不是很好地一行一行地装配起来，那就得使用简单的联结方式（例如，用万向联结或平行联结）以保证工作具有某一程度的方便。其次，为了支撑这些传送轴的长轴承，消耗的动力非常之大。在一台机器中，转动部分和进退部分都得服从于同样的要求，即要求有相同的稳固性；这些部分又同样服从于尽量减少轴承数目的要求，以便降低动力的消耗并且求得生产的简化。这些要求不是容易按照一般公式办到的，这就给了旧式工匠的发明才能和革新技巧提供了大好时机。
正是由于这一事实，所以工程技术之从机械联结改变为电联结时才会产生如此巨大的影响。电动机所提供的动力分配方式极便于我们去制造供每台机器自用的小型发动机。工厂电路的输送损耗是比较低的，电动机的效率是比较高的。电动机与其线路的联结不一定要固定起来，也不一定要由许多部件组成。目前，由于考虑到运输和设备的方便起见，可能使我们不得不仍然象往常那样把某项工业过程中的不同机器集中在一个工厂里；但是，把所有机器都联接到单个动力来源的必要性已经不再是地点集中的重要理由了。换句话说，我们现在所处的情势就是回到农舍式的工业（cottage industry），可以随便在什么地方把它建立起来。
我不想坚持说，机械输送的必要性就是那些库房似的工厂以及由此造成道德败坏的唯一原因。事实上，工厂制度的建立是先于机器制度的建立的，其目的是在个体工人的毫无纪律的家庭工业中建立起纪律，从而使产品保持一定的标准。诚然，这些非机械化的工厂很快地就被机械化的工厂所取代了，而城市人口的锐增和农村人口的锐减这些不是的社会后果也许就是工厂机械化所致。进一步说，即使我们一开始就有小马力的发动机，即使这种发动机也能使家庭工人的生产力有所增加，那也很难断定在那些诸如纺织业之类的家庭工业中能够建立大规模生产所需的组织和纪律的。
如果我们希望这样地进行生产，那么，一台机器就可以装上几部发动机，每部发动机专给特定的部件输送动力。这就减轻了设计师的许多负担，不必去发明那些他在相反的情况下就不得不去发明的机械设计了。在电机的设计中，如果单是考虑各部分的联结问题，那就不会发生太大的、难于使用简单的数学式和数学解进行处理的困难了。输送系统的发明家现在已被电路计算师所取代了。这就是一个例子说明发明的艺术如何取决于当时的实际条件。
在上个世纪五十年代到七十年代期间，当工业中初次使用电动机时，人们起初认为：它无非是另一种能使当时的工业技术发挥作用的装置罢了。当时可能没有预见到，它的最后结果会出现一个关于工厂的新概念的。
除了电动机外，另一个伟大的电学发明就是真空管，它也有一段类似的历史。在真空管发明以前，我们需要用许多分立机构来调节大功率的系统的。事实上，大多数的调节机构本身就需要相当大的功率。也有个别情况例外，但只存在于特殊领域中，例如船舶的驾驭。
在1915年这样晚近的年代，我搭乘过一艘旧式的美国轮船横渡大西洋。这是一艘过渡时期的轮船，还带着帆，尖尖的船头上树立着斜桅。在上部主结构靠近船尾不远的甲板上，安装着一部庞大的机器，它由四、五个直径六英尺的带有把手的轮子组成。这些轮子是准备在自动舵机发生故障的时候用来操纵轮船的。遇到暴风雨时，就得有十几个人使出全部力气才能使这艘大船保持其航向。
这不是常用的驾驭船只的方法，而是紧急情况下的代替物，或者如水手们所说的，叫做“后备舵轮”。在正常驾驭的情况下，船上有一部舵机，它可以把舵手掌舵时所用的较小的力量转变为又大又重的舵的运动。因此，即使仅仅根据纯粹机械的方法，人们在解决力或转矩的放大问题上也是有过若干进步的。但虽然如此，放大问题的这种解决在那个时候是不能做到输入量和输出量之间保持着非常巨大的差别的，而且它也没有体现为灵巧的通用类型的仪器。
把小功率放大为大功率的最灵巧的通用仪器就是真空管或电子管。它的历史很有意思，但这里讨论起来就太费篇幅了。然而，回忆一下这个事实是有趣的：电子管是爱迪生的最伟大的科学发现，也许又是他的唯一的没有列为发明物的科学发现。
爱迪生注意到，如果把一个电极放在电灯里并使它对灯丝有正电位，则当灯丝灼热时，电极和灯丝之间有电流通过，反之则无。以后经过别人的一连串发明，这一发现便导致一种用小电压控制强电流的方法，比过去任何一种方法更为有效。这个方法是现代无线电工业的基础，但电子管也是工业方面在许多新部门中都得到了广泛应用的一种工具。因此，控制大功率的过程就不再需要使用那种其中重要的控制部件也需要用同样大的功率才能工作的机械了。我们完全有可能做出一定的行为模式，使其所需功率很低，甚至远低于通常无线电装置中的那些行为模式所需的功率，然后再用上一系列放大管，通过这样的仪器去控制一台重型机器，例如，去控制一座轧钢机。为了实现这种控制而要进行的鉴别和形成行为模式的工作是在下列条件下完成的：功率的消耗微不足道，然而这种鉴别过程的最后应用可以达到任意高的功率级。
看得出，这个发明可以使工业条件发生根本性的变化，其重要性不下于利用小型电马达来输送和分配能量。行为模式的研究工作交给控制仪器的特定部分去做，其中关于能量节约的问题是微不足道的。因此，以前那些用来保证机械联结系统由尽可能少的元件组成的巧妙设计和装置以及那些用来保证减少摩擦力和运动损耗的装置现在大部分都失去价值了。需耍使用上述部件的那些机器的设计工作已经从熟练的工场工人手里转到实验室的科学研究人员手里了；后者在这个方面拥有各种有效的理论，用不着象过去那样在机械方面力求花样翻新。过去意义的发明已被某些然律的利用所排挤掉了。自然律及其利用之间的距离已经成百倍地缩短了。
我在前面说过，当一个发明提出来以后，一般要经过相当长的时间，人们才能了解它的全部意义的。飞机的发明对国际关系和人类生活条件的全部影响是经过很长时间以后才被人们所了解的。原子能对人类及其未来的影响还有待于估计，虽然有许多观察家坚决主张它和一切旧武器一样，只不过是一种新武器而已。
真空管的情况也是这样，起初大家只把它看成是提高原有电话通讯技术的一种辅助工具。电气工程师在开头的时候对它的真正价值是如此之不了解，以致他们在很长的时间里只把它当作通讯网络中的一种特殊部件。这个部件是用来和其他限于传统的所谓惰性的电路元件——电阻、电容和电感相联接。到了大战的时候，工程师才开始放手使用真空管，那儿需要就在那儿接上，就象他们过去使用上述三种惰性元件一样。
真空管最初是用作长途电话线路和无线电报中已有构件的代用品的。但是，不久之后，当无线电话已经发展到无线电报的水平而无线电广播也变成可以实现的东西时，人们对它的用途就明白过来了。这一发明思想的伟大胜利目前主要是为“肥皂歌剧”和低级庸俗的歌唱家服务，然而，我们不应当被这个事实蒙住了眼睛，而看不到人们在从事这项发明的过程中所做过的卓越的工作，看不到它在传播文化方面的巨大可能性，尽管这些可能性已被滥用作全国药品的展览橱窗了。
真空管虽然已经在通讯工业中初试身手，但是，通讯工业这个部门的界限和范围长期没有得到人们的充分理解。真空管及其姊妹发明——光电管，过去一直是零零碎碎地被用来检验工业产品的；举例说，用来调节造纸机生产出来的纸张的厚度，或者用来检查菠萝罐头中的菠萝颜色等。这些应用迄今还没有形成一种合理的新技术，而工程师的头脑里也浚有把真空管同它的另一功能即通讯的功能联系起来。
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