代表影响力的水轮

跟大家一样，我希望能有充足的时间旅行。如果路途要花四小时以上，我会首选坐飞机；如果少于四小时，我就会开车。而在我工作过的最偏远的地方，比如阿拉斯加、加拿大北部和西伯利亚，驾船出行是更好的选择。在这些没有机场和道路的地方，独木船就像摩托车一样便捷。搭乘一艘配有舷外发动机的铝制船，也能获得可以匹敌运动型多用途车的驾驶体验。在这里，河流就如同道路，它们在荒野中蜿蜒穿行。河岸常有动物留下的足迹。从原始时期开始，即使在深冬，北边的河流也会成为常用的交通通道，人和动物都能在光滑的冰面上顺势滑行。如今在这样偏远的水道穿行似乎过于冒险，也过于奇特。但是直到近些年，在河上驾船出行都是人们在内陆通行、探索的主要方式。

驾船出行相对来说较为便捷，且已经有了将近千年的历史。没人确切地知道，或许我们永远没法判定人们是什么时候建造了第一艘船。的确，在人类历史上，船经历了无数次的发明和改造。最早的船的样式，独木舟，紧密捆绑的芦苇筏，或是由树皮、兽皮包裹的木制船架，都曾在全球各个考古地点被挖掘到。在临近杭州的跨湖桥遗址，也就是发掘了中国最早的稻田的地方，也曾发现一艘有8 000年历史的独木舟。其他的古船，在埃及、美索不达米亚、西非、东南亚、印度、美洲和欧洲等地也均有出土。

图1—1 在阿拉斯加育空河沿岸出现的狼的脚印。从远古时期开始，野生动物和人，包括那些最早抵达北美洲的移民，都曾使用河流或是河谷作为天然的通道。（劳伦斯·C.史密斯/摄）

由厚木板所搭建的船，算得上一次提升船只适航能力的技术革新。它的出现可以追溯到公元前1670年或者更早的英国。1996年，人们发现了当时遗留下来的船的木板。公元500年，居住在加利福尼亚海岸的丘马什人也打造了类似的船。在公元9世纪至10世纪，维京人曾经用轻便的木板战船占领过欧洲，而且沿着河流顺势侵占了如今属于波罗的海沿岸国家和俄罗斯的疆域，也在如今的诺曼底、斯旺西和都柏林等地建立了新的定居点。他们占领了格陵兰岛，以及之前渺无人烟的冰岛，而且探索了北美洲东北部崎岖不平的海岸，比1492年到达那里的克里斯托弗·哥伦布还要早500年。

在11世纪至12世纪，安特卫普、根特和鹿特丹等西欧城市沿着莱茵河—默兹河—斯海尔德河三角洲上的通航河道蓬勃兴起，船运和商贸已然成为城市发展的原动力。其他重要的滨河重镇，也包括如今的阿姆斯特丹、佛罗伦萨、巴黎和伦敦。这些城市所形成的贸易网络，预示着未来的欧洲经济将以城镇为中心，以商业为重，也意味着旧时以农业为基础的封建领主制和农奴制终将崩溃。

当时，人们用水轮从河流中获取机械动力，这一举动也助推了欧洲的城镇化进程。至少从古罗马时期开始，居民用小型水轮来研磨面粉，这在整个欧洲的村落和庄园里非常常见。最简单的操作方式是，将水流引到水平的桨轮上，将安装着石磨的、竖直的曲轴固定在上方。曲轴一般会由小的木棚覆盖，木棚安装在水流的上方，这样也能为碾磨工工作和粮食储存提供空间，上方的石盘会抵着下方固定的石盘慢慢转动、研磨。这种简陋的设备没有齿轮或飞轮，但在具备可用的水流的地方，如果要研磨不太多的面粉，它能发挥重要作用。此外，人们还用它磨碎发芽大麦来酿制啤酒。

到了11世纪，水轮的技术进一步发展，催生了更为先进的系统。借下方水流转动的水轮，即下冲式水轮，利用齿轮连接着一个更大的、垂直安装的，且一部分沉入水中的轮子。如果河流流势过猛，难以控制，人们就会在船上安装大型下冲式水轮，这些原本承载工厂磨盘的船，会停靠在莱茵河、易北河和多瑙河沿岸。像维也纳、布达佩斯、斯特拉斯堡、美因茨和里昂这样的历史古城，在历史上也曾多次依靠这些船上磨坊来维系生计。在12世纪的法国城市图卢兹，曾经至少有60个船载磨坊设在加龙河上，而在巴黎的塞纳河上，则有将近100个船载磨坊。

借上方水流转动的水轮，即上冲式水轮，也有垂直安装的轮子，水流的位置更靠上。水流通常由贮水池拦截下来，或是通过自然瀑布引流的稳定的流水，从水轮上方流下。这一设计改良使得水流落下的重力势能增加，推动水轮转动，动力加倍，还能节水。

通过这些技术发明，人类对河流功用的开发，从原本最简单的研磨面粉，拓展到了更广的领域。人们开始用水轮来运转锯木厂、造纸厂和铸铁厂。他们从矿井里提水，转动木头车床，锤击毡布。人们懂得了如何使用齿轮、滑轮、飞轮、凸轮轴、活塞和传送带，最大限度地将水流转换成机械动力，于是机械工程相关的创新层出不穷。由此，在欧洲河流沿岸，利用水能的新工业蓬勃兴起。尤其是造纸厂和纺织厂，需要大量的河水来制造木浆、布匹和染料，冲掉废弃物。到了18世纪中叶，适应了机械化运转的社会已经准备好迎接工业革命了。