摘要：瓦特作为杰出的工程师在我国几乎家喻户晓,但其工匠精神究竟何为却不甚了了。这种被流俗遮蔽的伟人不在少数。本文在国外最新研究的基础上,用工程师传统的“器物知识”原理,直接解读瓦特的书信及专利等核心文献,得出结论:瓦特之所以改良蒸汽机,不在于某个突发奇想,而是建立了一个涵盖智识、技术、实业的行动者——知识网络系统。这才是我们理解瓦特、培养瓦特式工匠的核心要义。
关键词：瓦特; 工匠精神; 器物知识; 行动者—知识网络系统;
On James Watt’s Spirit of Craftsman
HAN Yu-de AN Wei-fu
Department of Philosophy, East China Normal University School of Marxism, Shanghai JiaoTong University
Abstract：James Watt, as a distinguished engineer, is almost a household name in our country, but his spirit of craftsman is not very clear. Therefore, on the basis of the latest research abroad, this paper uses the traditional principle of “thing knowledge” of engineers to directly interpret core literatures such as James Watt's letters and patent documents, and draws a conclusion: the reason why James Watt improved the steam engine is not from a sudden idea, but the establishment of an actor-knowledge network system. As can be seen, this is the core of our understanding of James Watt and cultivating craftsmen as James Watt.
瓦特作为工业革命早期改良蒸汽机的关键人物历来是学界研究关注的焦点。但由于其取得的辉煌成就和对人类文明进程的巨大影响,许多研究往往采用一种辉格史观式的宏大叙事。本人及所在团队长期从事西方科学思想经典文献研究,并在访学欧美及澳洲等前沿科学哲学研究期间收集了大量一手文献,包括瓦特的科研日记、个人书信等;曾与澳洲当代研究瓦特的资深专家米勒(David P. Miller)教授有过广泛学术交流和深度交谈。在“技术以科学为基础”的框架下,米勒认为有关“机械师瓦特(Mechanical Watt)”的传统成见未必合适,真实的瓦特应位列“化学家”。1
这种试图从科学理论知识发展的进路来还原瓦特为化学家的做法或可揭示瓦特在某一领域的成就,但无法准确地描述瓦特改良蒸汽机的制作过程。我们以为,瓦特改良蒸汽机的过程从本质上说是一种“器物制造(making things)”的过程,它作为一种精巧的人工制品主要凭借视觉和触觉来进行思考和交流。显然,这与科学理论知识所擅长的数理化表达和逻辑思维有着明显的区别。本文尝试从贝尔德(David Baird)提出的“器物知识(thing knowledge)”原理来解读瓦特的历史性创造,立足于国外最新的瓦特研究成果,特别是更多地依据瓦特的书信和专利说明书等核心文献,相信于深化和丰富对瓦特的认识、进而揭示瓦特的工匠精神或可有一定助益。
一、瓦特改良蒸汽机:从器物知识的视角看
从蒸汽机发展的历史图谱来看,在瓦特时代,它无疑受到了一些当时已为人熟知的科学理论——如真空理论和波义耳关于空气压力体积关系理论的影响。但是,单纯从科学理论的发展及其对于技术实践的影响视角来审视瓦特改良蒸汽机存在着一定的局限,而历史中的瓦特所具备的精湛技艺则为我们从器物制作及其认识论层面进行分析提供了更多可能。
关于瓦特的研究,可谓汗牛充栋。工程师出身的技术史家迪金森(H. W. Dickinson)在纪念瓦特诞辰200周年的专着《詹姆斯·瓦特:工匠和工程师》(James Watt: Craftsman and Engineer,1936年初版,1969年、2010年先后再版)一书中关注到瓦特曾酷爱手工制作、少年时期到伦敦拜师学艺,当过陶工,并在格拉斯哥成功开设了一家数学仪器商店等,此种进路注重“机械师瓦特”。沿着这条思路的还有B.罗素(Ben Russell)在《詹姆斯·瓦特:制造一个新世界》(James Watt:Making the World Anew,2014)中从手工业史及其与化学、铁匠、铸造等行业的关联考察了蒸汽机的发展,对瓦特专注于手工艺、以事器物制造方面作了分析阐述。米勒则在其《化学家瓦特》(James Watt,Chemist,2009)中依据瓦特1785年被授予英国皇家学会会员的证书档案[1]59-62力证其“化学家瓦特”的主张。这些研究对于我们从工匠角度认识瓦特改良蒸汽机有着一定的启示和借鉴,但本质上说缺乏对于瓦特所从事的器物制作的一种认识论分析。即便是在这些论述中部分地看到了瓦特的技艺在改良蒸汽机中发挥了重要作用,但也忽略了由此而产生的一种技术认识论。
贝尔德在其代表作《器物知识:一种科学仪器哲学》(Thing Knowledge, A Philosophy of Scientific Instruments,2004)提出了一种“器物知识”理论,或可为我们从工程师传统的视角来解读瓦特提供一种更为合适的理论框架。贝尔德明确主张,器物承载着知识,这是一种不同于传统科学理论的知识,它无法用数学公式或理论方程式来表达。该着以瓦特蒸汽机的指示器(the Indicator)为例,认为蒸汽机指示器的历史“跨越了科学和技术之间的古老界限。在器物知识的语境中,指示器的历史比基于传统概念认识论的历史更有意义”[2]119,因为指示器所体现的知识不是基于数理进路的知识,而是一种测量仪器表征着新的理论,正是这种理论不仅解决了蒸汽机改良的机械难题,而且也诱发了后来卡诺等人的热力学理论。
上述分析表明,对于理解瓦特的工匠精神而言,不能用从科学理论推出技术设计的“科学家进路”,也不能拘泥于科学与技术二分的“工匠进路”——所谓“见物不见人,是思者大忌”[3],而应该用“器物知识”及其“行动者—网络系统”来揭示瓦特的工匠精神,也就是需要由物见人,或者观物见人。
二、瓦特的工匠精神:一个行动者—知识网络系统
那么,工匠瓦特究竟缘何能制作出如此划时代的蒸汽机?它真的是瓦特在格拉斯哥绿地上散步时的“灵光乍现”或是“突发奇想”吗?或者,更理性而又具体的问题是:在瓦特改良蒸汽机的过程中,究竟是哪些因素促使他得以成功?如果说,瓦特身上凝结着一种理性时代的工匠精神,那么有哪些因素促使其形成?回答这一系列问题,我们可立足于国外瓦特研究的最新成果,更多地依据瓦特的私人通信、科学日记以及专利说明等一手文献的解读,或可得出:瓦特的工匠精神应是在智识网络、技术网络和实业网络等三个网络中形成的。也就是说,在实践者瓦特参与构建的智识圈、技术圈和实业圈所组成的一个“行动者—知识网络”系统中,实现了蒸汽机改良的技术升级,也彰显了瓦特的工匠精神。
1. 实践能力养成——瓦特的技术网络
在回顾蒸汽机改良的历史进程中,我们不妨把目光再一次聚集到瓦特的成长及时代境遇。他出身于工匠家庭,从小就受到匠艺文化氛围的熏染,并表现出对于手工艺制作的爱好与天赋。若将其生活的地域背景进一步做适当的延展,如米勒在2019年所着The Life and Legend of James Watt一书中的第一章便以“苏格兰改良者的制作”(the Making of a Scottish Improver)[4]3-32为题,其表达的正是所谓苏格兰地域传统对于匠艺制作的擅长和热爱。在瓦特活跃的前后一段时期内,在技术发明上做出重要贡献者——斯蒂芬逊(蒸汽机车)、富尔顿(蒸汽船)、托马斯·特尔福德(杰出的建筑师)以及瓦特的重要助手默多克等均来自苏格兰。瓦特自然是这一爱好制作发明地域的杰出典范。
蒸汽机的改良离不开双手的劳作。瓦特的实践能力与他小时候成长的家庭环境有很大关联。在缪尔赫德(James Patrick Muirhead)所着的经典传记里,瓦特从小就表现出不一般的动手能力,其父提供的工作台是他从事各种小制作、培养实践能力的试验田。[5]27-29这种幼年时期的家庭环境熏陶对于个体今后成长的影响在心理学等领域已有相关研究,在此不必赘述。值得一提的是,瓦特年轻时(1755年)曾到伦敦拜师学艺的经历对其技艺提升亦有很大帮助。据B.罗素的研究,在18世纪整个英国以手工业者为荣,而当时伦敦是手工业者心目中的圣地,聚集着手工行业一流的师傅和最前沿的技艺。[6]63能够到伦敦学习手工技艺是包括瓦特在内的工匠们所渴望的。瓦特有幸得到摩根(John Mogan)师傅的点拨并快速成长,尽管只有一年时间但他很快就掌握了维修钟表等难度较大的技艺,其进步可从他给父亲的信中得以窥见——“(我)用黄铜制作的一件法式两脚规已成为该行业的杰作”,而且“您可以放心,我的双手现在足可以养活我自己了”[7]31。
在格拉斯哥的经历似乎也能进一步表明瓦特在技艺上的进步和优势。作为一个外乡人,瓦特成功地在格拉斯哥开设了一家数学仪器商店,生意不错而且还招收了十多个学徒[8]29。而他精湛的技艺在成功地修好格拉斯哥大学罢工已久的一台纽可门教学模具中得到了很好的诠释。不得不说的是,这台出了故障的模具在瓦特之前就曾经邀请过伦敦有名的技师来维修过,直到瓦特才最终使它又运转了起来。瓦特凭借出色的手艺赢得了布莱克教授等人的赏识,或因此有机会融入当时一流的智识圈。此外,瓦特本人还是当时英国非常有名的土木工程师社团的成员。这个社团由斯密顿(John Smeaton)于1771年创立,汇聚了当时来自钟表制造、测量、绘图、建筑、工具机械等各行业领域的佼佼者,其中包括约翰·伦尼、亨利·沃森、威廉·杰索普以及詹姆斯·瓦特等。[9]128而瓦特所参加的另一个社团就是有名的月光社(the Lunar Society),其主要成员有普利斯特利、达尔文、韦奇伍德、默多克,以及当时英国最顶尖的铁匠威尔金森(John Wilkinson),其中威尔金森为改良瓦特蒸汽机的气缸和活塞这两个重要的技术难题作出了实质性贡献。
瓦特的工匠精神首先在于他的技术能力,但这种技术能力不是神来之笔,而是源自英国社会的技术网络,一种技艺的行动者网络系统。
2.必要的理论准备——瓦特的智识网络
而如果我们再将时代背景回溯至整个17—18世纪,此时正是牛顿科学思想的辉煌胜利和全面传播时期,特别是经由1758年哈雷彗星的观测进一步确证了牛顿科学的权威以后,在整个欧洲(包括英伦三岛)上至王公贵族、下至黎民百姓都热衷于各种知识发现和科学探索,对新颖的事物和想法无不充满好奇。迪尔(Peter Dear)等在《革科学的命:欧洲的知识和抱负》一书中指出,由于受到F.培根实用主义思想的影响,“到牛顿去世以后,欧洲的自然观发生了翻天覆地的变化——此时的自然知识坚定地与实际操作能力相联系,即便是在17世纪后期最伟大的数学物理学家牛顿和惠更斯都对实际而非沉思的事情很感兴趣。”[10]169综合考虑如此的地域和时代背景,可以想见,瓦特受科学知识的影响应在情理之中。
瓦特的教育背景和理论知识养成也是学界颇为关注的一个研究领域。瓦特坦承是白手起家(self-made)。但是瓦特接受过良好的中学教育[11]201,在那里他学习了法语、希腊语,还自学了德语、意大利语(这两门语言是他在格拉斯哥大学担任科学仪器制造者期间掌握的),这使得他有机会接触和看懂更多优秀外文文献。瓦特本人在伦敦学艺期间购买了《数学仪器的制造和使用》(The Construction and Principal Uses of Mathematical Instruments),他“在格拉斯哥大学期间旁听过布莱克教授的化学课,与罗比森在格拉斯哥大学期间的友谊帮助他阅读了不少书,如Desaguliers,Belidor,可能还有 Leupold以及Switzer等人关于蒸汽机发明的知识”[12]。米勒的最新研究发现瓦特对于数字特别敏感,可能是受到了家庭氛围的熏陶,他的祖父曾在社区里教授用于航海的数学知识[9]1,瓦特从小就喜欢记账等,这些发现有助于我们理解瓦特在蒸汽机改良过程中如何有效地解决涉及的一些精准测量与数量化表达问题。无疑,娴熟的实际数学知识对于瓦特技艺中的精准改良工作有着显见的促进。
作为一种机械动力装置,瓦特在改良蒸汽机过程中自然会涉及相应的力学知识。在当时,学习钟表维修制作是获取实际的力学知识和机械构造最直接和最有效的途径。英国着名技术史家A.霍尔(A.R.Hall)指出,“瓦特在伦敦学习过钟表制作和维修技术,这使得他对于机械制造的精准和一般机械构造的原理有较好的理解”[13]。而希尔斯(R. Hills)在其三卷本瓦特研究2中指出,瓦特发明的“行星联动装置”极有可能是受到了哈里森(John Harrison)制造航海天文钟的启发。这种推测的合理性就在于,无论是从外形、构造还是其运作原理来看,瓦特在改良蒸汽机上所发明的行星联动装置与哈里森的钟表齿轮的联动之间有着相当的类似。
瓦特改良蒸汽机是否源自布莱克教授的潜热理论,国外学者对此分歧较大。曼彻斯特理工大学技术史学教授穆森(A. E. Musson)直截了当地指出,“早期工业革命的技术成就是未经教育的经验主义的产物,这是一个根深蒂固的传统”[11]87,他较为详细地考证并指出18世纪在英国科学技术的理论知识以巡回讲座、小册子乃至于简明着作等多种形式传播,认为瓦特改良蒸汽机明显受到了化学家布莱克潜热理论的启发。[11]87-90近年来米勒也持有类似观点,认为瓦特在化学上的成就以及从布莱克那里汲取的理论滋养,可以使我们更好地理解瓦特蒸汽机的起源。然而也有学者并不认可这一点,如C.罗素(C. A. Russell)认为工业革命时期的技术发明与科学理论之间并没有多大关联[14]9,A.霍尔亦断言:“在所谓的18世纪和19世纪早期的工业革命中,现代技术的开始实际上没有归功于科学,而是源于传统工艺发明的成果”[15]219,而林哈德(John H. Lienhard)则更为尖锐地指出,当时的化学理论尚处于燃素说和热质说的幼稚阶段,瓦特根本上就不可能从中获取什么有益的理论智慧,我们有了蒸汽机但没有相应的科学理论来解释它。[16]69-70我们无意对这些争论做过多赘述和评价,但从趋势来看当时的科学理论和技术实践之间正在有意识地逐步联结和融合。若基于瓦特与布莱克、罗比森、普利斯特利、贝托莱(Count Claude Louis Berthollet)、达尔文等人的长期通信来看,瓦特无疑与这些当时各行业一流的科学大脑之间建立了广泛的智识网络。在同布莱克教授的书信中瓦特不时地请教(如布莱克推荐瓦特去看化学家舍勒的新着)、有时也交流自己的实验成果。[17]11-12,107
通过这些往来书信,我们看到了当时学者(科学家)之间以及与实业家和工匠(工程师)之间的平等而又广泛的交流,这无疑是理性时代科学文化氛围影响的结果。就瓦特来说,我们看到了他的真诚和对科学的热爱,尽管他的很多实验并不成功,有时连关于重量的单位换算也弄错[17]18-19(或许这也从另一个侧面证实了瓦特的理论知识体系并不完备),但是瓦特参与构建的智识网络系统首先为他的理论素养作了一定储备,至少他有很多机会与当时的一流学者进行交流,进而获知最新的科研进展,也可改进自己的研究和工作中存在的不足。这也正是瓦特明显优于同时代其他蒸汽机改良竞争者的一个重要方面。通过参与建构这样一个卓越的智识网络,也可弥补瓦特本人在理论素养方面的某种缺失。
3.蒸汽动力的推广——瓦特的实业网络
一般认为,蒸汽机的实业运作主要是靠M.博尔顿完成的。的确,博尔顿不仅极具商业头脑,而且更具备战略眼光——从他对蒸汽机未来前景的预判可以得见。然而,人们似乎忽略了瓦特进入蒸汽机事业的初心以及在蒸汽动力的实业推广上应有的地位和作用。米勒的研究指出,瓦特最开始投入到蒸汽机的研究和改良工作就是出于赚取更大利润的考虑[4]33,瓦特本人也在与罗比森的通信中明确表述他对纽科门蒸汽机的改良“不是为了机械(本身),而是为了节省蒸汽和燃料,它完全适应当时的蒸汽机需要”[17]229-230。如果一项技术仅仅停留在实验或研发阶段,既不具有生命力也不会产生任何积极效益,当然也不会在历史上留下点什么。就此而论,蒸汽动力的广泛应用特别是后来在交通运输、纺织制造等各个行业作为动力源才使得这项技术可以称为划时代的标志性进步。在这个技术推广的过程特别是初期阶段,瓦特的作用是至关重要的。康沃尔(Cornwall)地区较早地安装使用了瓦特蒸汽机,在此期间瓦特可谓是身处一线的全权代表。他既要解决安装和维修等技术性工作,这些基本上都是瓦特亲力亲为,一方面是由于相关工艺的熟练工人短缺,而另一个方面则是出于技术保密的考虑,在当时稍做一些改进便声称是发明新技术的侵权或剽窃的事情不在少数,甚至还有人主张是罗巴克博士发明了蒸汽机,为此瓦特写信请求罗比森和布莱克等人作证。[17]232-234瓦特还要处理一些赖账、拖欠等他本人并不擅长的事情。在缺乏较为完备的法律顾问等现代企业制度体系下的博尔顿-瓦特时代,其工作量是巨大的。瓦特因此一度精疲力尽并表现出某些沮丧。但也正是在这一段技术推广时期,瓦特身处实业一线,且从对技术精益求精的一贯要求出发,敏锐地发现了一些不足,比如蒸汽机作为动力源的应用范围尚不能适应煤矿业以外的行业所需。瓦特遂于1781年发明了“太阳与行星齿轮联动装置(sun and planet wheels)”,并在1784年完成了平生最为得意的一项机械发明“平行传动装置(parallel motion)”——将直线往复运动变成了圆周运动,从而实现了蒸汽机作为更广范围的动力源,其构造原理和作用等细节在1784年4月的专利说明书中得以清晰描述。[18]150马克思在《资本论》中评价这份说明书:“瓦特在1784年4月所取得的专利说明书中,没有把自己的蒸汽机说成是一种用于特殊目的的发明,而把它说成是大工业普遍应用的发动机。”[19]414如此,博尔顿所言“为全世界制造(make for all the world)”[20]81的雄心壮志才有可能实现。而正是在实践中出于对于商业效益的考量,瓦特创立了“马力”这个概念来衡量蒸汽做功的效能,且为进一步提高蒸汽效率,他于1787年发明了双作用蒸汽机,此时蒸汽机效能比纽科门蒸汽机已提高了整整4倍,成为了理想的工业发动机。
综上,瓦特作为工业革命早期改良蒸汽机的主要实践者,参与建构了一个由一流科学大脑组成的智识圈、前沿技术形成的技术圈以及蒸汽动力推广应用的实业圈所组合形成的“行动者—知识网络”。在这个“行动者—知识网络”中,不同角色的瓦特充分整合了各方资源,在实践中不断探索,在实现蒸汽机性能的逐步提升中彰显了理性时代对于技术精益求精的工匠精神。
三、结论及启示
作为历史上杰出的工程师,我们对瓦特的理解应该是多维度的,自然也是丰富和立体而深刻的。从工程师传统的“器物知识”理论来看,瓦特前后历时30多年所改良的蒸汽机,其显着的进步在很大程度上乃是作为一种承载着知识的器物,它不是某种科学理论的产物——更为准确地表述或许是,它联结着科学技术,同时也孕育着新的科学知识,其实丰富了科学与技术之间的关系。罗伯茨(Lissa Roberts)等在《有心的手:文艺复兴晚期到工业化早期的研究和发明》一书中巧妙地回避了关于科学理论和技术之间关系显得有些无谓甚至是过时的论争,认为“知识不仅从智力转移到手艺,而且整个成套的工具、知识和技能,以一种有目的但不确定的方式,与物质生产和知识创造有关”[21]446。这种“有心的手”与“有思想的手”,或者说“聪明的手”一样,表达的正是手、脑、心的协调统一,现代神经科学的研究也清楚地证实了这一点。
考察瓦特的历史性工作,正如恩格斯所言:“……甚至蒸汽机这一直到现在仍是人改造自然界的最强有力的工具,正因为是工具,归根到底还是要依靠手。但是随着手的发展,头脑也一步一步地发展起来,首先产生了对影响某些个别的实际效益的条件的意识,而后来在处境较好的民族中间,则由此产生了对制约着这些条件的自然规律的理解。随着自然规律知识的迅速增加,人对自然界起反作用的手段也增加了:如果人脑不随着手、不和手一起、不是部分地借助于手而相应地发展起来,那么单靠手是永远造不出蒸汽机来的。”[22]274当时自然知识的理论进展确已为瓦特的改良工作做好了相应准备,但就瓦特而言,他自己作为主要实践者参与建构的一个涵盖“理论准备(智识圈)——实践能力(技术圈)——技术推广(实业圈)”的“行动者—知识网络”系统,才促使他在改良蒸汽机的进程中发挥了重要作用。正是在这样一个“行动者—知识网络”系统中,瓦特既是实践行为的主体,又是客体,他既是主动参与者,又是直接获益者。也正是基于这样一个网络系统,瓦特在改良蒸汽机的技术进步中深刻地彰显了凝结在其身上的工匠精神。
观之瓦特,对当下处于全球新一轮科技革命酝酿期的中国[23]而言,在核心技术的突破和高精尖领域的创新或可从瓦特在改良蒸汽机过程中的工匠精神汲取某些教益和启迪。相应地,要培育时代所需的工匠精神,特别是关涉到诸如工程教育的人才培养等环节,需要紧跟科学技术的前沿领域,重视对理论知识的宽口径培养,培养卓越的工程师或者瓦特式的工匠需要广泛涉猎不限于本专业领域的知识——历史地看,优秀的知识作为人类文明的成果与技术在内的整体进步从来都是正相关的。其次,技术研发环节要注重培养团队协作精神。在当今仅凭一己之力是无法完成任何一项技术创新的,所谓发明英雄乃至个人英雄主义不能不说是西方文化自身的误读。最后,任何重大技术发明创造都不可能一蹴而就,在技术的应用推广阶段亦需据市场反馈等实际情况作出调整、改善,并使之不断趋于完美;或许,这也正是精益求精的工匠精神之要义所在。
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注释
1 参见澳洲科学史家Miller D.James Watt,Chemist:Understanding the Origins of the Steam Age[M].London:Pickering&Chatto,2009.
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