中外科学家发明家丛书:斯蒂芬逊-第2部分

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究……显然你们没有看到我对外公开发表的陈述，不然，不致怀疑我的正　

直……事实上，该安全灯的原理，早在戴维爵士开始研究之前，我已在此矿　

区获得理解与应用。此灯的制作计划及事实均有制造商可以为证，其为时均　

在戴维爵士有意解决问题之前……”　

　　　　　尼古拉斯·伍德非常熟悉自己的朋友斯蒂芬逊，他了解安全灯的制作过　


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程，他在报刊上撰写文章、发表文件、书信，介绍斯蒂芬逊研制安全灯的过　

程，全力支持朋友，为斯蒂芬逊主持正义。巨联会也为斯蒂芬逊呼吁清白。　

　　　　　1817年11月1日在纽塞大会堂举行了一次大会，会上公布了斯蒂芬逊　

研制安全灯的全部经过。锡匠何格证明1815年10月7日斯蒂芬逊携其设计　

图来店里请他制作安全灯；许多矿工证明，早在8月间此灯已在矿井里试用，　

斯蒂芬逊的儿子罗勃和朋友伍德都曾参加过研制工作，将危险气体带回家　

中，试验时曾发生气体反燃现象，但并未爆炸。斯蒂芬逊改进后的安全灯是　

在11月4日完成，实际应用于矿井中的是11月24日第三次改进的灯，在　

12月间正式公布于文哲会上。　

　　　　　大会认为斯蒂芬逊没有剽窃戴维成果的可能，认为斯蒂芬逊应享有同一　

奖励，因而奖励斯蒂芬逊1000英镑及一银质纪念杯，银杯上镌刻着“第一位　

运用安全灯原理的制造者”的字句。大会使斯蒂芬逊获得了应有的尊崇与地　

位。　

　　　　　大会报告发表10天之后，戴维致函大会委员会，他认为斯蒂芬逊欺骗了　

大会委员会，侵犯了他本人的荣誉。戴维一直到去世时也不相信斯蒂芬逊这　

位贫贱及少有化学知识的工人会发明安全灯。　

　　　　这场安全灯之争一直持续到　1883年英国国会下议院的一个委员会出面　

调解始告平息。该委员会宣布乔治·斯蒂芬逊的发明经证实非假，“乔治事　

实上是在成名科学家戴维之前已阐明了安全灯制造原理”，荣誉应该共享。　

　　　　　以后数十年中，英国东北部煤矿继续使用斯蒂芬逊发明的安全灯，其余　

各煤矿则使用戴维的安全灯。戴维设计的安全灯，因其灯头部分易发热，1825　

年间在梨兹矿井曾导致一次爆炸，有24人丧生。斯蒂芬逊的安全灯，内火焰　

由玻璃座围绕，从无过热现象发生。　

　　　　这项发明之争的故事，不过是历史上神秘巧合的事件之一，斯蒂芬逊卷　

入这次安全灯的争执纠纷中，促使他更坚定地朝着能改变世界的科学事业迈　

进。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　三、制造机车　



　　　　　斯蒂芬逊生活的18、19世纪是资本主义迅速发展时期。特别是1768年，　

苏格兰的瓦特发明了蒸汽机。蒸汽机的广泛使用，使手工业性质的小生产发　

展成大生产，大大推动了工业革命。这就把交通工具的改革提到日程上来。　

　　　　　1801年，英国人特列维蒂克制造出第一台蒸汽机车。这部机车在试车时　

不是在铁轨上行走，而是在平地上行走。特列维蒂克点火烧气后，就跑到一　

边喝水去了，结果机车失去控制撞进一间民房，机车也烧坏了。3年后，特　

列维蒂克又制造了一台机车，取名“新城堡号”。这台机车只有一个汽缸，　

机身很大，力量很小，靠齿轮传动，开起来声音震耳欲聋，一摇一摆，变换　

速度困难，经常出轨——这辆机车是在铁轨上行走的。这是历史上火车机车　

的诞生。但因机车太重，轨道不胜负荷而未能使用。特列维蒂克连遭失败，　

灰心丧气，就不再研究制造机车了。　

　　　　　1807年，美国的富尔敦发明了汽船，基本上解决了水上运输问题。但陆　

上交通工具仍以马车为主，不能适应生产发展的需要。这一年，英国的特勒　

维也制造出了一个火车头。这个火车头重5吨，每小时能走8公里，最多拉　

十几吨货物，但经常出事故，因此没有实用的价值。许多人都嘲笑特勒维说：　

　“你的火车，还不如我的马车跑得好呢！”特勒维一生气，也不再去研制火　

车了。　

　　　　　就是在这种情况下，斯蒂芬逊开始了研究火车。斯蒂芬逊想，煤矿上的　

蒸汽机能把深井里的水抽上来，特列维蒂克和特勒维制造的机车能拉得动十　

几吨重的东西，这力量是从哪里来的呢？他仔细观察，反复思考，终于悟出　

了其中的奥妙。原来，火车拉得多，跑得快，全靠着“大力士”蒸汽机。　

　　　　　为了掌握蒸汽机的原理，斯蒂芬逊不怕吃苦，长途跋涉，步行1000多公　

里，特意来到瓦特的故乡苏格兰，在那里整整工作、学习、研究了一年。他　

不知疲倦地阅读了许多有关蒸汽机的书籍，研究了蒸汽机的发展演变历史，　

实地考察了各种类型蒸汽机的特点。　

　　　　　从瓦特研究发明蒸汽机的过程中，斯蒂芬逊懂得了飞轮可以积蓄能量，　

保持机器的匀速运转；通过曲柄连杆的传动，可以把活塞往返的直线运动，　

变成车轮旋转的圆周运动。更重要的是，斯蒂芬逊明白了能量转变和能量守　

恒定律。煤燃烧放出能量，水受热变成蒸汽得到能量。啊，原来是蒸汽的能　

量推动活塞往返运动，带动车轮旋转，火车便向前运动了。所以，汽缸里的　

蒸汽温度越高，能量就越大，火车就可以拉很多的货物，而且比马车跑得更　

快。　

　　　　　斯蒂芬逊在总结和掌握了前人制造蒸汽机车的经验教训以后，便开始研　

制新的蒸汽机车。他把当时的立式锅炉改成卧式锅炉，用扩大炉膛的办法，　

来增加锅炉的受热面积和蒸汽。而且，把立式锅炉改成卧式，高度降低，行　

走、转弯也就平稳、灵活多了。此外，他还在车轮的圆边加上了轮缘，防止　

火车发生出轨事故，保证行车安全。　

　　　　　经过多年的研究和反复的试验，斯蒂芬逊在1814年，制造出了他的第一　

台蒸汽机车“布鲁海尔”号。7月25日，斯蒂芬逊的机车进行了第一次试车，　

吸引了不少人前往观看。这辆火车头运行在平滑的道轨上，载重30吨，牵引　

着八节车厢，行驶时不会脱轨，但行驶的速度很慢。从坎林沃斯煤矿到港口，　

距离不到15公里，要行驶近2个小时。由于没有装配弹簧，车开起来，震动　


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得很厉害。观看试车的人们议论开了。有人讥笑斯蒂芬逊“你的车怎么还不　

如马车呀！”有的人找到他说：“你那玩艺儿拉东西不中用，可声音比打雷　

还响，把牛马都给吓跑啦！”人们说的倒也是实情。试车时，由于震动太大，　

连路基都震塌了；放汽时声音尖得吓人，把沿线附近的牲口惊得乱跑乱叫，　

引起农民恐慌。一些原来赞成试验蒸汽机车的官员，现在也起劲反对，断言　

用蒸汽机车作交通工具是不可能的。　

　　　　　斯蒂芬逊并没有因为试车的不理想而气馁，他相信，有志者事竟成。他　

以巨大的勇气和毅力，决心总结经验，对火车头继续进行研究和改进。　

　　　　　为了减轻火车行进时的震动，斯蒂芬逊在火车上装置了减震弹簧。　

　　　　　为了进一步提高锅炉的受热面和蒸汽量，加大机车的牵引力和延长锅炉　

的使用时间，斯蒂芬逊在锅炉里面增设了20多根小烟管。让炉膛里冒出来的　

高温烟汽，从小烟管排出去。　

　　　　　经过改进，斯蒂芬逊于1815—1816年，又重新制造了两台更为完善的蒸　

汽机车，分别是“威灵顿”号和“我的上帝”号。机车的牵引力和行驶速度　

都有显著的提高。第一台机车的许多地方都是根据特莱维茨克的机械制作　

的。而第二台机车则完全是斯蒂芬逊独立发明的，通过装在外部的连接杆连　

接车轮，减免了许多粗制的齿轮。　

　　　　　斯蒂芬逊和其他的工程师不一样。他在研究蒸汽机车时也不忽视研究主　

机以外的辅助系统，他同时还研究如何使路轨增加强度。他研制的火车虽然　

较一般的为轻，速度也较快，但仍然会压损路轨。1816年，斯蒂芬逊和威廉·洛　

施一道研究轨道的阻力和载重之间的关系。这一研究为他后来改进轨道结构　

在理论上作了必要的准备。斯蒂芬逊和洛施因这一研究而取得铸铁路轨的专　

利而将坎林沃斯的运输轨道予以重建。　

　　　　　斯蒂芬逊在坎林沃斯制作的蒸汽机车以及他和洛施合作制造的铁轨立即　

风行英国各地。在1814年到1825年这段时间里，斯蒂芬逊为各地煤矿制作　

了55台煤矿用机械，其中有16部蒸汽机车。　

　　　　　斯蒂芬逊铺设的第一条全新的铁道是1819年在纽塞附近的黑顿矿区。全　

长8英里，其中有1英里半在山区使用固定引擎，有3英里　（4。8公里）仍　

利用两面自然重力辅助，其余部分全用蒸汽机车牵引。关于这段铁路，有两　

位德国工程师曾作过详尽的报道。爱丁堡著名的建筑师罗伯·斯蒂逊在参观　

了铁道后写道：“铁路工程上一些了不起的发明都由纽塞的斯蒂芬逊发展出　

来了，尤其是他的蒸汽机车，更令人称道。”　

　　　　　当时，许多国家都还停留在以马车为交通工具的阶段，斯蒂芬逊已经开　

始独占矿冶蒸汽机车的使用和生产。虽然，他的机车很粗陋，而且仍在试验　

改进中，但来自各国和各地的参观者络绎不绝。　

　　　　　斯蒂芬逊制作的蒸汽机车一经在煤矿上使用，很快地就显示出了它的无　

比优越性，使运输效率大幅度上升，改变了煤矿原来运输落后的面貌，从而　

为增长煤炭生产创造了极大的有利条件。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　四、斯托克顿—达灵顿铁路的修建　



　　　　　1821年4月19日，英国议会通过了修建斯托克顿—达灵顿铁路的议案。　

修建这条铁路的发起人爱德华·皮斯写信邀请斯蒂芬逊为这条铁路做一次测　

量。斯蒂芬逊在回信中表示虽然目前工作繁忙。但愿意协助皮斯先生测量出　

最佳路线，并协助修筑铁路。　

　　　　　斯蒂芬逊向皮斯先生推荐了他铺在黑顿矿区的平滑的金属轨道。斯蒂芬　

逊知道如果想说服铁路公司采用他制造的蒸汽机车，而不再用马匹，他就必　

须让铁路公司决定使用他的铁轨。　

　　　　　虽然皮斯私下里很向往蒸汽机车，但因为当时蒸汽机车在速度方面显示　

不出优势，所以，铁路公司正式采用的标志上面画着一匹马，拖着四节车厢　

行驶在路轨上，公司的格言是“牺牲小我，为社会服务”，说明这条铁路也　

是使用兽力。　

　　　　　7月，斯蒂芬逊正式被委任担任该公司的工程师，负责测量和修筑这项　

工程。　

　　　　　10月15日斯蒂芬逊开始了测量工作，26岁的年轻人约翰·迪克逊做他　

的助手。刚刚从坎林沃斯煤矿经理尼古拉·伍德处见习回来的18岁的儿子罗　

勃是斯蒂芬逊的另一位助手。他们在两周内就完成了野外的初步勘测工作。　

在测量工作进行时，斯蒂芬逊仍然不忘使用蒸汽机车为动力，并为此进行了　

设计。　

　　　　　斯蒂芬逊还为了能在这条铁路上使用机车为牵引动力，写信给伦敦的土　

地经纪人，在国内推动铁路交通的先锋威廉·詹姆士先生，“我们十分期盼　

这条铁路能行驶火车。”詹姆士提倡铁路运输，他原先构想在铁路上牵引的　

动力仍然是马匹和固定式引擎，但很快就开始谈论起蒸汽机车来了，他公开　

赞扬斯蒂芬逊的蒸汽机车。　

　　　　　修筑这条铁路使用什么样的轨道材料，是一个重要的问题。当时斯蒂芬　

逊和洛施合作制造了铸铁轨道并获得专利，向他们订货者很多。1821年，漠　

佩附近的百灵顿铁工厂工程师约翰·柏金绍发明了长15英尺（4。592米）的　

锻铁钢轨也取得了专利。斯蒂芬逊前往参观后认为，锻铁钢轨确实优于他所　

发明的铸铁轨道，因此，他建议公司购买柏金绍的轨道。公司的董事们都为　

斯蒂芬逊高度的诚实和完整的人格表示感动。如果购买自己生产制造的轨　

道，他会有一大笔收入，但是，斯蒂芬逊决心在这条铁路上使用蒸汽机车，　

他知道自己将要从事的是一件大事，根据他的经验，使用延展性大的锻铁钢　

轨是极其合适的。所以，他宁愿牺牲个人的经济收益，选用较好的锻铁钢轨。　

　　　　　这条铁