比赛有着严格的规定和条件。清单上的第一条就要求“蒸汽机必须有效地处理烟雾问题”。因为在当时的农村乡绅们特别讨厌黑色的带有硫黄味的煤烟吹在他们的领地上，这项要求在1825年已被写入《乔治四世铁路法案》（Railway Act of George Ⅳ）中。为了符合要求，机车都设计成燃烧焦炭——这是比煤炭较为清洁的燃料，并将废蒸汽通过烟囱排出，以增加拉力和吹旺炉火。该规则还规定如果蒸汽机车重达6吨，它“必须能够日复一日地在一条路况良好的平整铁路上拉动一节重达20吨的车厢……其锅炉中的蒸汽压力不超过每平方英寸50磅，机车要达到每小时10英里的速度”，自身重量比较轻的蒸汽机车可以拉载比较轻的负荷。
一、工程奇迹与成本控制——穿越查特泥沼的线路
在铁路发展的历史长河中，有许多令人惊叹的故事。其中一项伟大的工程便是穿越查特泥沼的线路建设。这项工程持续了整整6个月的时间。工人们用最原始的工具——锄头和铲子，不知疲倦地劳作着，他们填埋了大约52万立方码的泥石，这是一项多么巨大的工程量啊！就如同蚂蚁搬动大象一般，一点点地将这个看似不可能的任务完成。终于，在1829年12月，这条4英里长的线路成功跨越了查特泥沼。
对于这项工程的成本，也存在着有趣的争议。反对者声称穿越查特泥沼将耗资“超过20万英镑”，这听起来像是一个天文数字，足以让许多投资者望而却步。然而，事实却给了这些人一个响亮的耳光，其实际成本仅为27719英镑。这一惊人的成本控制，不仅体现了当时工程师们的智慧，更是对那些悲观者的有力回击。这就像是一场赌博，反对者押注高昂的成本，而工程师们则凭借着精湛的技术和高效的管理，以极低的成本完成了这项艰巨的任务，为铁路的发展奠定了坚实的基础。
二、利物浦和曼彻斯特铁路的首次运营
（一）货物与乘客的运输
1830年12月1日，星期六，这是一个值得被铭记的日子。利物浦和曼彻斯特铁路公司在这两个城市之间运送了第一批货物和乘客。这次运输堪称一场盛大的展示，列车由18节车厢组成，它承载着来自远方的丰富物资，包括135包美国棉花、200桶面粉、63袋燕麦和34袋麦芽。这些货物就像是一个个小使者，带着不同的使命，通过铁路连接起了两地的经济交流。同时，还有15名乘客有幸成为了这段历史的见证者。蒸汽机车、车厢以及所载的人和物总重量达到了86吨，平均速度为每小时12.5英里。这种速度虽然在今天看来并不起眼，但在当时却是前所未有的突破，它象征着人类向着更快捷的交通方式迈出了坚实的一步。
（二）铁路的全面开放
整条铁路线在9个月后，于1831年9月15日正式对大众开放。这一时刻的到来，意味着铁路不再是少数人的特权，而是广大民众出行的新选择。它像一条充满活力的动脉，将利物浦和曼彻斯特这两个重要的城市紧密相连，促进了人员和物资的快速流动。人们可以更加便捷地往返于两地之间，无论是商人为了生意往来，还是普通百姓走亲访友，铁路都提供了极大的便利。这种变革不仅仅是交通方式的改变，更是社会结构和生活方式的一次重大调整。
三、蒸汽机车与固定蒸汽机的抉择
（一）两种动力方式的竞争
在1829年的时候，史蒂芬森父子面临着一个重大的挑战，他们需要向利物浦和曼彻斯特铁路线的董事们证明，蒸汽机车比通过固定蒸汽机拉动绳索运输的方式更适合运送货物和乘客。在今天看来，这可能有些难以理解，毕竟蒸汽机车已经成为了现代铁路的标志性动力源。但在当时，固定蒸汽机的支持者也有他们的理由。W. O.斯基特在他的著作中提到：“说蒸汽机车的整个未来就要由此而见分晓，都不算是夸张。”支持固定蒸汽机的人认为这种方式可靠性更高，因为当时的蒸汽机车还处于起步阶段，存在很多未知之处，可靠性是一个大问题。✅
（二）考察与决策
为了做出正确的决策，铁路公司的董事们派出了几个成员前往英格兰北部，去了解其他铁路运营商的做法。一位参与者写道：“代表团一致排除了用马匹来作为动力，并且更倾向于使用支持固定蒸汽机。”然而，接下来史蒂芬森访问了该地区，他比较了固定蒸汽机和蒸汽机车两种方案，并报告说他自己支持使用蒸汽机车。董事会随后聘请了两名工程师专家进行了第三次到北方的考察。尽管他们认为使用固定蒸汽机的运营成本应该比较低一些，但他们回来后还是举棋不定。不过，董事们对乔治·史蒂芬森充满了信心，如果他相信蒸汽机车的优点，他们就倾向于跟随他的选择。这也反映出在那个时代，信任一位有经验的工程师是多么的重要。
四、雨山公开赛：蒸汽机车的竞技盛宴
（一）比赛的背景与规则
当确定要采用蒸汽机车作为动力之后，一个新的问题摆在了面前——选哪种火车头呢？在当时，有多种机车可供选择，如布兰金索普的齿轨蒸汽机（rack – rail）、赫德利的“喷气比利号”（Puffing Billy）、史蒂芬森的“兰开夏郡女巫号”（Lancashire Witch）、哈克沃斯的“皇家乔治号”（Royal George）和拉斯特里克的“阿吉诺里亚号”（Agenoria），还有其他一些尚未出现的新设计。于是，董事会决定举办一场别开生面的比赛——雨山公开赛（Rainhill trials）。这场比赛旨在选出最可靠、每天能在固定时间里运送乘客和货物的蒸汽机车。
比赛有着严格的规定和条件。清单上的第一条就要求“蒸汽机必须有效地处理烟雾问题”。因为在当时的农村乡绅们特别讨厌黑色的带有硫黄味的煤烟吹在他们的领地上，这项要求在1825年已被写入《乔治四世铁路法案》（Railway Act of George Ⅳ）中。为了符合要求，机车都设计成燃烧焦炭——这是比煤炭较为清洁的燃料，并将废蒸汽通过烟囱排出，以增加拉力和吹旺炉火。该规则还规定如果蒸汽机车重达6吨，它“必须能够日复一日地在一条路况良好的平整铁路上拉动一节重达20吨的车厢……其锅炉中的蒸汽压力不超过每平方英寸50磅，机车要达到每小时10英里的速度”，自身重量比较轻的蒸汽机车可以拉载比较轻的负荷。
另外，由于锅炉有爆炸的风险，董事们不希望出现损害竞赛声誉的事故，所以规定锅炉及其相关机械要能够承受装了水之后每平方英寸150磅压力的实验。规定还进一步要求蒸汽机车的总重量限制为6吨，需要加装减震弹簧且“算上烟囱顶部”不超过15英尺高，制造费用不能超过550英镑。
（二）参赛机车与比赛过程
在1829年10月初的一个凉爽秋天早晨，大约有1万 – 1.5万人聚集在雨山，来看经过评选而胜出的5台参赛机车。这其中有一台非常奇特的参赛机车叫“独眼巨人号”（Cycloped），它是靠两匹马拉着的，几乎不能算是合格的参赛机车。其余4台分别是伦敦两位工程师约翰·布雷斯韦特（John Braithwaite）和约翰·埃里克森（John Ericsson）专门为这次比赛而造的新机车“新奇号”（Novelty）；史蒂芬森父子设计的“火箭号”（Rocket）；来自达林顿的工程师蒂莫西·哈克沃思（Timothy Hackworth）设计的“无与伦比号”（Sans Pareil）；还有来自利斯（Leith）的工程师蒂莫西·伯斯塔尔（Timothy Burstall）设计的“坚持不懈号”（Perseverance）。
史蒂芬森父子造的“火箭号”几乎是一种轻型、快速而强大的赛车机车。它的车身采用了快速驿马车的配色图案，黑色和亮黄色相间，使机车看起来更轻盈，高高的烟囱涂成白色。“火箭号”用一个单独的燃烧炉让热气通过25根小口径的薄壁铜管加热热水锅炉，然后从烟囱冒出，而不是用通常的大型单管或双管导管进入热水锅炉来制造蒸汽。虽然这些导管重量更轻，但与水的接触面积却比更大的单管或双管导管多了几乎3倍，能够提供更多的热能传递。这种创新的设计是前所未有的，它展示了史蒂芬森父子卓越的创造力。
然而，在制作过程中也遇到了困难。还从来没有人试过将多个铜管连接到铁质锅炉的一头，这些铜管套在一个空心的锥形铁配件上。当史蒂芬森用加压水来进行测试时，锅筒鼓胀起来，使铜管松开。但他并没有放弃，而是随机应变，安上了他所说的“固定器”：用长而窄的螺栓在锅炉的两端固定铁棒，使其不至于变形。
“火箭号”的创新设计最终证明了它的价值。该机车比其他参赛者的蒸汽机更可靠，是唯一一辆在比赛的最后一天仍在运行的机车，它赢得了比赛。在10月8日进行的第一次定时测试中，它很轻松地以平均每小时约15英里的速度，拖着13吨重的石头和乘客在1.5英里长的测试轨道上跑了50个来回——这是一次模拟行驶70英里（从利物浦到曼彻斯特往返旅程）距离的挑战。当另一辆机车在一周实验的中途发生故障时，史蒂芬森解开了“火箭号”的煤水车，并在试车道上来回跑了7次以展示其速度。伦敦《泰晤士时报》的一名记者在报道中惊叹地说：“在一小时内，蒸汽机车以惊人的速度独自沿着轨道行驶了32英里。令人惊讶的是，蒸汽机在没有附属装置的情况下快速从观众眼前开过，其速度之快有如燕子在空中飞过……蒸汽的力量真是不可估量!”在另一次演示中，“新奇号”以每小时30英里的速度拖着载有大约45个人的车厢行驶。据一位记者的报道，其速度之快，“我们几乎无法看清楚经过路边的是什么东西”。这表明当时的蒸汽机车已经具备了相当高的速度潜力，人们开始逐渐适应这种快速移动的交通工具。
五、铁路发展带来的深远影响
（一）能源转变与社会变革
木材短缺迫使英国人开采煤炭。随着煤层越挖越深，人们发现矿井会被水淹没，这个情况激励他们发明蒸汽机来将水抽出。正如他们喜欢用的那句话所说——用火把水抽上来——还证明了热能可以转化为机械能。如果热能可以抽水，那么它是否也能转动轮子？答案是肯定的，热能在作坊、工厂大显身手，在大路上略显笨拙，而在铺设了轨道的线路上则具有难以想象的动力和速度。这几乎改变了一切。变化首先发生在英国，后来影响到美国和世界各地。
（二）时空观念的转变
早在1831年，英国乔治国王时期的工程师詹姆斯·沃克（James Walker）就凭借其非凡的远见卓识，看到了从有机能源到化石燃料能源的突然转变所带来的革命性影响。他在写到利物浦和曼彻斯特之间新铺设的铁路线路时说：“这条铁路建成后最引人注目的结果，可能是因为这种突然和奇妙的变化对我们在时间和空间观念上产生的影响。……速度、调遣、距离——术语还是这些术语，但它们的含义在几个月内完全改变了：过去认为快的速度，现在让人觉得慢；过去觉得距离远的地方，现在不觉得遥远；我们想法上的这种变化，将不会仅限于利物浦和曼彻斯特的周边地区——而会遍及整个社会。我们有关远行的概念，虽然最初指的只是出行，但或多或少会影响人们生活的方方面面。”沃克的意思是，当我们的速度加快时，意味着我们生活的节奏变得更快，让慢吞吞的、无所作为的世界成为过去，让人们彼此间的界限模糊，在看到更多的同时却感觉好像看得少了，至少看东西的角度会变得不同了。
一个必然的结果是，生活得更快意味着要拥抱机械化——那些加快了我们的运动和变化速度的机器。沃克总结道：“从西到东，从北到南，机械原理这个19世纪的哲学思想，将会扩散和拓展。世界产生了新的冲击。”的确，世界受到这种冲击后，其转变是深刻而久远的。就像人类一直在探索如何更好地利用能源一样，从最初的木柴到煤炭，再到如今的各种新能源，每一次能源的转变都伴随着社会的巨大变革。而铁路的发展正是这场变革中的重要一环，它不仅仅改变了人们的出行方式，更是推动了整个社会向前迈进的步伐。