铁路的诞生：从托马斯的“中间线”到史蒂芬森的蒸汽机车 New 2025-01-02 作者 C3P00 一、铁路概念的早期萌芽——托马斯的“中间线” 在当今社会，我们对铁路的概念已经习以为常。它就像是一条连接城市与城市、乡村与城镇的大动脉，高效地运送着乘客和货物。然而，在铁路发展的早期，有一个名叫托马斯的人提出了他独特的想法——“中间线”。 （一）“中间线”的优势 这种所谓的“中间线”有着诸多优点，相较于当时普遍存在的运河或者公路运输系统来说，它的缺点很少。托马斯所设想的铁路并不是像煤矿中那种普通的木轨，而是一种更为先进、坚固的设计。 （二）轨道的独特之处 他的铁路轨道是长4英尺、宽5英寸的“铁板”，这样的宽度足够容纳普通马车的轮子。而且这些轮子上带有凸起的边缘，就像给轮子穿上了一双防滑鞋一样，其目的就是为了防止车子从轨道上滑落。这一设计是非常巧妙的，它考虑到了运输过程中的稳定性问题。 （三）多功能用途 托马斯解释说，这些车子可以将粮食运送到市场上去，并且还能从城里运回肥料。当铁路经过人口密集的地区时，人们就可以利用这种便宜又快速的运输工具出行了。想象一下，在那个依靠家畜拉动运输的时代，这种新的运输方式无疑会给人们的生活带来极大的便利。虽然对于现代人来说，坐在这种敞开的、可能到处都是动物和人类粪便的车子里似乎没有什么吸引力，但在当时，人们已经习惯了每天都对粪便视而不见、嗅而不觉。而且托马斯还预测较快的速度会是一个很大的卖点。例如，当时每天穿行于纽卡斯尔和赫克瑟姆之间的马车，用4匹马拉需要走4个半小时，而在铁路上行驶，用2匹马拉估计在一小时之内就能走到了。这大大节省了时间成本，提高了运输效率。另外，他还考虑到并排的两条轨道可以让对面方向的车顺利通过。并且，对于那些继续选择骑马的人来说，轨道之间的路面可以当作骑马的路径。他很自信地说：“毫无疑问，骑在马背上的人中许多人会喜欢这条平坦的道路，而不是那种坑坑洼洼的土路。”因为在当时的公路上，牛羊横行，路况极差，而他的铁路方案提供了一种更好的出行选择。 二、安德森对技术发展的热情展望 当托马斯提出他的“中间线”设想时，“快乐的杰克”——詹姆斯·瓦特的朋友、苏格兰自然哲学教授约翰·安德森以极大的热情回应了这个提议。他的许多朋友甚至认为他疯了，但安德森却看到了技术发展背后巨大的潜力。 （一）技术发展带来的美好愿景 安德森的观点是：技术发展能让世界变得更好。他的看法与华兹华斯把人为世界之美与自然之美相比有异曲同工之妙。他们两人都赞赏那时正在出现的一个新的充满能源的世界，不过并没有过多地谈论相关的烟雾污染和采矿与工厂劳动让人付出的辛苦。但是，作为一个富有人文情怀的教育家，安德森不会忽略对这些后果的评估。他认为，如果人们要享受他所设想中的技术天堂，付出一定代价是值得的。他提到：“哪怕在运输和个人交流中减少那么一点点的成本，我们就相当于构想出了一个新的创造——这种创造不仅涉及石头和土地、树木和植物，也涉及人。更为重要的是，这样就能够促进工业的发展，为人们谋求幸福与快乐。”从宏观的角度来看，安德森想象着时间和距离将几乎不再是个问题，用于交通的马匹数量会减少；矿山和工厂将出现在此前几乎被距离隔开的地区；村庄、城镇甚至城市都将遍布全国；现在一片沉寂、杳无人烟的地方会变得人声鼎沸，铁锤敲打声和机器的咔嗒声此起彼伏。在他眼里，寂静仿佛是一种负担，而噪声则是一件好事似的。他得出结论说：“整个国家会充满活力和生气，因为有了贸易和商业的强大辅助，到处会呈现一片繁荣景象。” 三、早期火车的发展历程 （一）奥伊斯特茅斯铁路的尝试 当铁路真正开始出现的时候，它满足了人们很高的期待。火车很快就出现了，但在必要的技术集合成一个成功的系统之前，其形式五花八门。1807年3月25日，威尔士的卡迪夫西北部斯旺西的高尔半岛上的奥伊斯特茅斯铁路率先让乘客乘坐了火车。不过当时车厢还是用马拉的，运营商向拥有这条道路的公司支付了通行费。这是一种初步的尝试，虽然还没有完全摆脱马匹的动力，但已经朝着铁路运输的方向迈出了重要的一步。 （二）泰恩河畔的创新实验 在英格兰另一头的海岸边，位于比韦克中央矿山的泰恩河的南边，1809年5月，一群人见证了一个创新的场景。在这个倾斜的层级坡面上，使用固定的蒸汽机通过缠绕粗大的绳索将装载了煤炭的车子从河流岸边拉上、放下的过程。加洛韦报道中写道：“在火炮的庆祝声中，蒸汽引擎将四辆小车装着的煤炭拉上了第一层平地，观众们对此非常钦佩。”这是人们在探索如何利用蒸汽动力来改进运输方式的一次重要实践。 四、布兰金索普的齿轮传动发明 到了1812年，人们还在探索如何在铁路轨道上牵引火车。当时在利兹，米德尔顿煤矿经理约翰·布兰金索普开发了齿轮传动的办法。他在轨道的一侧咬合住轨道，为此申请了专利。布兰金索普之所以关注黏附力的问题，特别是重型煤炭车如何在轨道上防滑，是因为这是一个亟待解决的关键问题。布兰金索普的齿轨蒸汽机在利兹成功地运送了煤炭。他在1814年给报纸写稿说：“哪怕在去年1月的大雪天气中，在那个气候严峻的月份里，机车蒸汽机和马匹拉的车子相比，都能够运送出更多的煤炭到利兹。”这表明他的发明在恶劣的环境下也有着较好的表现。 五、其他发明者的探索与失败 除了布兰金索普之外，还有其他发明者尝试了各种组合。其中一些包括靠着链条向前拉动的蒸汽机，后来这个办法被用于运河和河流的渡轮上。最有创意但却没有成功的是一种用铁做的后腿向前推动的蒸汽机，可惜的是这种机器弄坏了路基并陷入了泥泞之中。这些不同的尝试虽然有些失败了，但也为后来的技术发展积累了经验教训。 六、布莱克特的实验与“喷气比利号” 报纸出版商克里斯托弗·布莱克特在1813年委托人们进行了一项实验，目的是确定如果不靠齿轮，铁轮能否吻合在铁轨上。布莱克特在泰恩河畔纽卡斯尔以西10英里的地方拥有一处诺森伯兰煤矿。他请人造了一辆大型四轮手摇车，该车由一台绞盘机牵动，车上坐了6名男子。即使附加了这些重量，手摇车也没有打滑。理查德·特雷维西克早在1803年就证明了这一点，现在布莱克特可以在报纸上宣传这一事实了。随后，布莱克特还造了一台叫作“喷气比利号”的蒸汽机车，这是一种双缸四轮的蒸汽机，用于将怀勒姆煤矿上的煤从怀勒姆运到泰恩河。这一系列的探索和发明都在不断地推动着铁路技术向前发展。 七、乔治·史蒂芬森的成长与成就 在众多的铁路先驱者中，乔治·史蒂芬森是最杰出的一位自学成才的工程师。他从小就掌握了专业知识。乔治于1781年6月9日出生于怀勒姆，他们家的小屋离一条木头车道只有两码的距离。他的父亲罗伯特是怀勒姆煤矿负责抽水机的工头。乔治先是从事一些简单的体力劳动，如挤牛奶、挖大头菜等，随着年龄的增长，他又从事了更多与煤矿相关的工作，如赶马转动卷扬机排水、担任锅炉工等。尽管不识字，但他通过自己的努力学会了做一系列工作所必需的技能。他在1799年18岁时才学会了读书和写字，因此他的作品总是显得生硬。在不多的闲暇时间里，他还制作靴子、修理鞋子、钟表等来贴补家用。到了1801年，他成为刹车手并负责矿山的多利坑道的卷扬蒸汽机，每周收入1英镑，并存下了足够的钱来结婚。然而，他的生活并非一帆风顺。他的妻子范妮患有肺病，在那个医疗条件较差的年代不幸去世。他还经历了父亲因蒸汽机事故眼睛失明等不幸事件。但这些挫折并没有阻挡他前进的脚步。 （一）对蒸汽机的深入研究 除了烧煤驱动蒸汽机之外，史蒂芬森还会在星期六机器闲置的时候将机器拆开再按原样安装回去，通过这个方法来检查每个部件以便了解其功能。通过给蒸汽机添煤、运行、操作、拆除和修理机器，他对机器构造和机制的了解非常透彻，即使是受过正规教育的专业工程师也甘拜下风。那些和他一起做事的人发现他诊断引擎故障的能力之高让人觉得不可思议，他摆弄蒸汽机的时候真是得心应手。例如，1811年，当安装在基林沃思煤矿一个新矿井上的一台气压蒸汽机未能排出不断挖深的矿井里的积水时，史蒂芬森解决了这个问题。他研究了这个有着很大驱动柱的蒸汽机并得出结论：是其冷水注入系统不足，这意味着蒸汽机无法形成一个充足的真空，因此导致动力不足。他使蒸汽压力从每平方英寸5磅增加到10磅，最终成功地将井里的积水抽干。 （二）发明蒸汽机车 1814年，史蒂芬森建造了他的第一台蒸汽机车。他参考了布兰金索普获得专利的齿轮传动式轨道，但通过采用光滑的车轮来避免使用专利许可的成本——他的创新是用了翻边的车轮。那台蒸汽机车被命名为“布卢彻号”，于1814年7月25日呼啸着开过史蒂芬森在怀勒姆出生时住过的小屋。两天后，蒸汽机车在一条铁路上进行了实验，铁路的坡度约为每450英尺内升高1英尺。除了自身重量外，蒸汽机车拖着8个满载的车厢，总重量约30吨，以每小时4英里的速度前进，并且在那之后继续有规律地运行。另一台相似的蒸汽机车很快就被造了出来，晚年的史蒂芬森高兴地回忆起这两辆蒸汽机车的诞生。这些蒸汽机车的成功研制标志着铁路运输进入了一个新的阶段。 八、铁路基础设施的挑战与克服 尽管史蒂芬森的蒸汽机车取得了成功，但铁路的基础设施仍然限制了蒸汽机车的发展。19世纪早期的铸铁比现在的铸铁更加不纯且脆弱，经常在重型蒸汽机车的碾轧下断裂。因此，单截的轨道必须做得很短，大约只有3英尺长，而这又造成了许多不稳定的连接点。一直到1828年，史蒂芬森建起的英国第一条主要的铁路，在铁轨之间还留有马路，线路的总运输量中还有43%的吨位是用马来拉的，这就意味着铁轨必须支撑在石块上而不是与枕木相连，使得铁轨难以保持对齐。不过，尽管存在着局限性，但铸铁轨道满足了新技术的一个典型特征的要求，即降低了成本：铁路运输费用低于马队或马车运输。例如，在邓弗姆林铁路线发表于1815年的一个记载中，我们知道“在过去的5年内，煤炭通过铸铁铁路线被运到福斯（河）。这只是众多例子中的一个，说明了铁路在降低运输成本方面的巨大优势，这也为后来铁路技术的不断完善奠定了基础。 总之，铁路从托马斯的“中间线”概念的提出，到众多发明者的探索，再到乔治·史蒂芬森的伟大成就，一路走来充满了艰辛与挑战。但它所带来的变革却是巨大的，彻底改变了人们的出行方式、货物运输模式，促进了工业的发展，带动了经济的繁荣，就像一条巨龙蜿蜒在大地之上，源源不断地输送着活力与希望。
一、铁路概念的早期萌芽——托马斯的“中间线”
在当今社会，我们对铁路的概念已经习以为常。它就像是一条连接城市与城市、乡村与城镇的大动脉，高效地运送着乘客和货物。然而，在铁路发展的早期，有一个名叫托马斯的人提出了他独特的想法——“中间线”。
（一）“中间线”的优势
这种所谓的“中间线”有着诸多优点，相较于当时普遍存在的运河或者公路运输系统来说，它的缺点很少。托马斯所设想的铁路并不是像煤矿中那种普通的木轨，而是一种更为先进、坚固的设计。
（二）轨道的独特之处
他的铁路轨道是长4英尺、宽5英寸的“铁板”，这样的宽度足够容纳普通马车的轮子。而且这些轮子上带有凸起的边缘，就像给轮子穿上了一双防滑鞋一样，其目的就是为了防止车子从轨道上滑落。这一设计是非常巧妙的，它考虑到了运输过程中的稳定性问题。
（三）多功能用途
托马斯解释说，这些车子可以将粮食运送到市场上去，并且还能从城里运回肥料。当铁路经过人口密集的地区时，人们就可以利用这种便宜又快速的运输工具出行了。想象一下，在那个依靠家畜拉动运输的时代，这种新的运输方式无疑会给人们的生活带来极大的便利。虽然对于现代人来说，坐在这种敞开的、可能到处都是动物和人类粪便的车子里似乎没有什么吸引力，但在当时，人们已经习惯了每天都对粪便视而不见、嗅而不觉。而且托马斯还预测较快的速度会是一个很大的卖点。例如，当时每天穿行于纽卡斯尔和赫克瑟姆之间的马车，用4匹马拉需要走4个半小时，而在铁路上行驶，用2匹马拉估计在一小时之内就能走到了。这大大节省了时间成本，提高了运输效率。另外，他还考虑到并排的两条轨道可以让对面方向的车顺利通过。并且，对于那些继续选择骑马的人来说，轨道之间的路面可以当作骑马的路径。他很自信地说：“毫无疑问，骑在马背上的人中许多人会喜欢这条平坦的道路，而不是那种坑坑洼洼的土路。”因为在当时的公路上，牛羊横行，路况极差，而他的铁路方案提供了一种更好的出行选择。
二、安德森对技术发展的热情展望
当托马斯提出他的“中间线”设想时，“快乐的杰克”——詹姆斯·瓦特的朋友、苏格兰自然哲学教授约翰·安德森以极大的热情回应了这个提议。他的许多朋友甚至认为他疯了，但安德森却看到了技术发展背后巨大的潜力。
（一）技术发展带来的美好愿景
安德森的观点是：技术发展能让世界变得更好。他的看法与华兹华斯把人为世界之美与自然之美相比有异曲同工之妙。他们两人都赞赏那时正在出现的一个新的充满能源的世界，不过并没有过多地谈论相关的烟雾污染和采矿与工厂劳动让人付出的辛苦。但是，作为一个富有人文情怀的教育家，安德森不会忽略对这些后果的评估。他认为，如果人们要享受他所设想中的技术天堂，付出一定代价是值得的。他提到：“哪怕在运输和个人交流中减少那么一点点的成本，我们就相当于构想出了一个新的创造——这种创造不仅涉及石头和土地、树木和植物，也涉及人。更为重要的是，这样就能够促进工业的发展，为人们谋求幸福与快乐。”从宏观的角度来看，安德森想象着时间和距离将几乎不再是个问题，用于交通的马匹数量会减少；矿山和工厂将出现在此前几乎被距离隔开的地区；村庄、城镇甚至城市都将遍布全国；现在一片沉寂、杳无人烟的地方会变得人声鼎沸，铁锤敲打声和机器的咔嗒声此起彼伏。在他眼里，寂静仿佛是一种负担，而噪声则是一件好事似的。他得出结论说：“整个国家会充满活力和生气，因为有了贸易和商业的强大辅助，到处会呈现一片繁荣景象。”
三、早期火车的发展历程
（一）奥伊斯特茅斯铁路的尝试
当铁路真正开始出现的时候，它满足了人们很高的期待。火车很快就出现了，但在必要的技术集合成一个成功的系统之前，其形式五花八门。1807年3月25日，威尔士的卡迪夫西北部斯旺西的高尔半岛上的奥伊斯特茅斯铁路率先让乘客乘坐了火车。不过当时车厢还是用马拉的，运营商向拥有这条道路的公司支付了通行费。这是一种初步的尝试，虽然还没有完全摆脱马匹的动力，但已经朝着铁路运输的方向迈出了重要的一步。
（二）泰恩河畔的创新实验
在英格兰另一头的海岸边，位于比韦克中央矿山的泰恩河的南边，1809年5月，一群人见证了一个创新的场景。在这个倾斜的层级坡面上，使用固定的蒸汽机通过缠绕粗大的绳索将装载了煤炭的车子从河流岸边拉上、放下的过程。加洛韦报道中写道：“在火炮的庆祝声中，蒸汽引擎将四辆小车装着的煤炭拉上了第一层平地，观众们对此非常钦佩。”这是人们在探索如何利用蒸汽动力来改进运输方式的一次重要实践。
四、布兰金索普的齿轮传动发明
到了1812年，人们还在探索如何在铁路轨道上牵引火车。当时在利兹，米德尔顿煤矿经理约翰·布兰金索普开发了齿轮传动的办法。他在轨道的一侧咬合住轨道，为此申请了专利。布兰金索普之所以关注黏附力的问题，特别是重型煤炭车如何在轨道上防滑，是因为这是一个亟待解决的关键问题。布兰金索普的齿轨蒸汽机在利兹成功地运送了煤炭。他在1814年给报纸写稿说：“哪怕在去年1月的大雪天气中，在那个气候严峻的月份里，机车蒸汽机和马匹拉的车子相比，都能够运送出更多的煤炭到利兹。”这表明他的发明在恶劣的环境下也有着较好的表现。
五、其他发明者的探索与失败
除了布兰金索普之外，还有其他发明者尝试了各种组合。其中一些包括靠着链条向前拉动的蒸汽机，后来这个办法被用于运河和河流的渡轮上。最有创意但却没有成功的是一种用铁做的后腿向前推动的蒸汽机，可惜的是这种机器弄坏了路基并陷入了泥泞之中。这些不同的尝试虽然有些失败了，但也为后来的技术发展积累了经验教训。
六、布莱克特的实验与“喷气比利号”
报纸出版商克里斯托弗·布莱克特在1813年委托人们进行了一项实验，目的是确定如果不靠齿轮，铁轮能否吻合在铁轨上。布莱克特在泰恩河畔纽卡斯尔以西10英里的地方拥有一处诺森伯兰煤矿。他请人造了一辆大型四轮手摇车，该车由一台绞盘机牵动，车上坐了6名男子。即使附加了这些重量，手摇车也没有打滑。理查德·特雷维西克早在1803年就证明了这一点，现在布莱克特可以在报纸上宣传这一事实了。随后，布莱克特还造了一台叫作“喷气比利号”的蒸汽机车，这是一种双缸四轮的蒸汽机，用于将怀勒姆煤矿上的煤从怀勒姆运到泰恩河。这一系列的探索和发明都在不断地推动着铁路技术向前发展。
七、乔治·史蒂芬森的成长与成就
在众多的铁路先驱者中，乔治·史蒂芬森是最杰出的一位自学成才的工程师。他从小就掌握了专业知识。乔治于1781年6月9日出生于怀勒姆，他们家的小屋离一条木头车道只有两码的距离。他的父亲罗伯特是怀勒姆煤矿负责抽水机的工头。乔治先是从事一些简单的体力劳动，如挤牛奶、挖大头菜等，随着年龄的增长，他又从事了更多与煤矿相关的工作，如赶马转动卷扬机排水、担任锅炉工等。尽管不识字，但他通过自己的努力学会了做一系列工作所必需的技能。他在1799年18岁时才学会了读书和写字，因此他的作品总是显得生硬。在不多的闲暇时间里，他还制作靴子、修理鞋子、钟表等来贴补家用。到了1801年，他成为刹车手并负责矿山的多利坑道的卷扬蒸汽机，每周收入1英镑，并存下了足够的钱来结婚。然而，他的生活并非一帆风顺。他的妻子范妮患有肺病，在那个医疗条件较差的年代不幸去世。他还经历了父亲因蒸汽机事故眼睛失明等不幸事件。但这些挫折并没有阻挡他前进的脚步。
（一）对蒸汽机的深入研究
除了烧煤驱动蒸汽机之外，史蒂芬森还会在星期六机器闲置的时候将机器拆开再按原样安装回去，通过这个方法来检查每个部件以便了解其功能。通过给蒸汽机添煤、运行、操作、拆除和修理机器，他对机器构造和机制的了解非常透彻，即使是受过正规教育的专业工程师也甘拜下风。那些和他一起做事的人发现他诊断引擎故障的能力之高让人觉得不可思议，他摆弄蒸汽机的时候真是得心应手。例如，1811年，当安装在基林沃思煤矿一个新矿井上的一台气压蒸汽机未能排出不断挖深的矿井里的积水时，史蒂芬森解决了这个问题。他研究了这个有着很大驱动柱的蒸汽机并得出结论：是其冷水注入系统不足，这意味着蒸汽机无法形成一个充足的真空，因此导致动力不足。他使蒸汽压力从每平方英寸5磅增加到10磅，最终成功地将井里的积水抽干。
（二）发明蒸汽机车
1814年，史蒂芬森建造了他的第一台蒸汽机车。他参考了布兰金索普获得专利的齿轮传动式轨道，但通过采用光滑的车轮来避免使用专利许可的成本——他的创新是用了翻边的车轮。那台蒸汽机车被命名为“布卢彻号”，于1814年7月25日呼啸着开过史蒂芬森在怀勒姆出生时住过的小屋。两天后，蒸汽机车在一条铁路上进行了实验，铁路的坡度约为每450英尺内升高1英尺。除了自身重量外，蒸汽机车拖着8个满载的车厢，总重量约30吨，以每小时4英里的速度前进，并且在那之后继续有规律地运行。另一台相似的蒸汽机车很快就被造了出来，晚年的史蒂芬森高兴地回忆起这两辆蒸汽机车的诞生。这些蒸汽机车的成功研制标志着铁路运输进入了一个新的阶段。
八、铁路基础设施的挑战与克服
尽管史蒂芬森的蒸汽机车取得了成功，但铁路的基础设施仍然限制了蒸汽机车的发展。19世纪早期的铸铁比现在的铸铁更加不纯且脆弱，经常在重型蒸汽机车的碾轧下断裂。因此，单截的轨道必须做得很短，大约只有3英尺长，而这又造成了许多不稳定的连接点。一直到1828年，史蒂芬森建起的英国第一条主要的铁路，在铁轨之间还留有马路，线路的总运输量中还有43%的吨位是用马来拉的，这就意味着铁轨必须支撑在石块上而不是与枕木相连，使得铁轨难以保持对齐。不过，尽管存在着局限性，但铸铁轨道满足了新技术的一个典型特征的要求，即降低了成本：铁路运输费用低于马队或马车运输。例如，在邓弗姆林铁路线发表于1815年的一个记载中，我们知道“在过去的5年内，煤炭通过铸铁铁路线被运到福斯（河）。这只是众多例子中的一个，说明了铁路在降低运输成本方面的巨大优势，这也为后来铁路技术的不断完善奠定了基础。
总之，铁路从托马斯的“中间线”概念的提出，到众多发明者的探索，再到乔治·史蒂芬森的伟大成就，一路走来充满了艰辛与挑战。但它所带来的变革却是巨大的，彻底改变了人们的出行方式、货物运输模式，促进了工业的发展，带动了经济的繁荣，就像一条巨龙蜿蜒在大地之上，源源不断地输送着活力与希望。