瓦特改良的蒸汽机亮相。来源/节目《解码科技史》截图

蒸汽机的发明并非一蹴而就，而是经历了几代人的共同努力，在一次次技术迭代后，最终形成了具有市场价值的蒸汽机。瓦特并非“发明者”，也非“终结者”，他的历史贡献在于极大地改良了蒸汽机，提升了蒸汽机的热效率。这在蒸汽机的迭代升级过程中具有里程碑意义。

一般认为，英国人萨弗里（Thomas Savery）制成了世界上第一台实用的蒸汽提水机。这台机器形似鸡蛋。它的运作原理是：先在其中充满蒸汽，然后关闭进汽阀，在容器外喷淋冷水使容器内蒸汽冷凝而形成真空。打开进水阀，矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中；关闭进水阀，重开进汽阀，靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出。待容器中的水被排空而充满蒸汽时，关闭进汽阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝。如此反复循环，用两个蛋形容器交替工作，可连续排水。萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水，汲水深度不超过六米。为了从几十米深的矿井汲水，须将提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上，这在当时无疑是困难而又危险的。

18世纪初，托马斯·纽康门(Thomas Newcomen)发明了一台大气蒸汽机，主要用于在矿山中抽水。纽氏蒸汽机有一个汽缸和活塞。当蒸汽进入气缸时，活塞向上运动；活塞到达气缸顶部时，一个装置用冷水对气缸降温，充满蒸汽的汽缸冷却后，蒸汽凝结，在气缸内制造出真空，将活塞拉回底部，由此循环往复，通过一个杠杆拉动另外一侧的抽水机。由于活塞每推动一次，气缸里的蒸汽都要先冷凝，拉回活塞后再加热，进行下一次推动，从而使得蒸汽80%热量都耗费在维持气缸温度上，使得这款蒸汽机的效率很低。

瓦特对于蒸汽机的最大贡献在于提升了机器的热效率，他敏锐地意识到，理想的蒸汽机必须具备两个条件：一是始终保持气缸恒热；二是要将蒸汽完全冷凝到100℃以下，确保其释放全部热量。为了实现这一目标，他创造性地设计了分离式冷凝器，这一装置最重要的突破就是将蒸汽的冷凝过程与气缸分离，使蒸汽通过排气管进入冷凝器冷凝，从而维持气缸热度。

瓦特与蒸汽机模型。来源/节目《解码科技史》截图

此外，瓦特还设计了一个封闭式气缸，气缸上配备了圆形的活塞，活塞杆下端通过填充料，可以有效防止蒸汽溢出。这种改良看似简单，却在纽氏蒸汽机问世半个世纪以来一直没人想到过。瓦特对此也感到不可思议，他问自己：“这就可以了吗？也太简单了吧？怎么一切看起来都是那么顺理成章？”卡内基在《瓦特传》对此的评价是：现实就是这样，没有冷凝器，没有封闭式气缸，就没有现代蒸汽机。[1]

相比较对于蒸汽机的改良，过往的论者往往忽略了其对于蒸汽机的推广和经营。就笔者看来，他对蒸汽机产业化的贡献，丝毫不亚于改良蒸汽机本身。对于这两者的关系，保尔·芒图(Paul Mantoux)说得很清楚：“发明是一回事，会经营利用发明物却是另一回事。”[2] 幸运的是，在这方面瓦特遇到了多位贵人相助。

瓦特的第一位贵人是物理学家与化学家约瑟夫·布莱克（Joseph Black）。瓦特和布莱克的友情始于格拉斯哥大学工作期间，瓦特曾为布莱克制作过一台风琴，布莱克对瓦特的帮助则犹如“及时雨”，正如前文所述，他不仅给瓦特讲授了“潜热”理论，每当瓦特在遭遇瓶颈或是走投无路时，他总是给予最慷慨和无私的帮助。

格拉斯哥大学。摄影/John Sammon，来源/图虫创意

瓦特的第二位贵人是企业家约翰·罗巴克（John Roebuck）。1765年，经格拉斯哥大学教授布莱克的介绍，瓦特结识了罗巴克。那时的瓦特几乎一文不名。由于负担不起蒸汽机昂贵的研制费用，他几乎放弃了对蒸汽机的改良，改行在卡尔多尼亚运河工地当一名测量员。在这一过程中，他结识了罗巴克，后者当时刚刚取得了福斯河右岸博罗斯托内斯煤矿的开采权。正如前文所说，当时蒸汽机最主要的用途就是在煤矿抽水。罗巴克敏锐地嗅到了蒸汽机未来的市场前景，他与瓦特签订了一份合同，罗巴克负责向瓦特的债权人偿付1000英镑债务。作为交换，瓦特将未来蒸汽机利润的三分之二交给罗巴克。保尔·芒图称，“这份合同在蒸汽史上创造了一个时代，蒸汽机正是从那个时候走进了实验室”。这位《十八世纪产业革命》的作者称，瓦特总是迟疑、犹豫、不满意自己，他需要一个人去鼓励、鞭策他前进，罗巴克以无比的热情扮演了这个角色。

瓦特的第三位贵人是马修·博尔顿（Matthew Boulton）。就像布莱克将瓦特介绍给罗巴克一样，瓦特是通过罗巴克结识了博尔顿。相比罗巴克，博尔顿此时已经是英格兰颇为显赫的实业家。当他通过罗巴克获悉了瓦特正在改良蒸汽机时，很快对这个项目产生了浓厚的兴趣。彼时，博尔顿也在为如何提升蒸汽机在矿山中的效率发愁，先后请教过本杰明·富兰克林和伊拉兹马斯·达尔文博士，但都未能如愿。

马修·博尔顿画像。来源/纪录片《大国崛起》截图

1767年，瓦特路过伯明翰时，参观了博尔顿在索霍的工场，对当地的冶金工业印象深刻，两人一拍即合。而陷入经营困难濒临*的罗巴克也愿意成人之美，在罗巴克的见证下，博尔顿成为了瓦特此前专利技术的受让人。对于蒸汽机的发展前景，博尔顿看得更长远，他说：“我的意见是在我的运河边上建立一个工厂，在那里我想安置制造机器所必需的全套设备，而且这个工厂可以提供给世人各种大小的机器……仅仅为是哪个郡制造，那就不值得费事了。值得费事的，是为全世界制造。”而瓦特一如既往地痴迷于改良蒸汽机，就像他之前在写给朋友的信中所说：“我的全部精力都集中在这台蒸汽机上，对其他事情毫无兴趣。”[3]当一个痴迷于设计的“发明家”与一个坚信其市场前景的实业家相结合，两者的合力是巨大的，无怪乎50英镑背面将二位并列，分别引用了两人的一句名言，瓦特：“除了这台机器，我别无所思”。博尔顿：“先生们，我在这里出售的是全世界都渴望得到的——动力。”