创新要么提供丰厚奖励的胡萝卜，要么提供贫困的大棒，下面我们就来聊聊关于马特里德利维基百科 马特里德利?接下来我们就一起去了解一下吧!
马特里德利维基百科 马特里德利
引言 无限非概率驱动器创新要么提供丰厚奖励的胡萝卜，要么提供贫困的大棒。
约瑟夫·熊彼特（Joseph Schumpeter）
我独自行走在法尔内群岛内岛（Inner Farne）的一条小径上，那是毗邻英格兰东北部海岸的一个岛屿。在小径的一侧，一只雌性绒鸭端坐在盛开的海滨蝇子草花丛中，它通体深棕色，郁郁寡欢，正静悄悄地孵卵。我弯下腰，从距离几英尺[1]远的地方用苹果手机给它拍了一张照片。它已然习惯了，每逢盛夏，每天造访这个小岛的游客有数百人之多，有些游客也会给它拍照留念。出于某些原因，在我点击智能手机快门的时候，一个想法跃入脑海：从我的朋友约翰·康斯太勃尔（John Constable）的一小段评论中产生的有关热力学第二定律的想法。这个想法就是：苹果手机电池中的电能和绒鸭身体中的热量几乎在做同样的事情。通过消耗或转换能量而产生不可思议的东西（照片、雏鸭）。然后我想，我刚才的这个想法本身与绒鸭和苹果手机一样，也是我大脑活动的一种奇异安排，当然也是由我近期所食之物提供的能量所驱动的。但大脑潜在的意识却使它变得可能了，大脑本身也是一种作用于个体的、数千年自然选择的进化产物，每一个个体自身的不可能性都是依靠能量转换而得以维持的。生活和技术都是世界上的奇异安排——能量产生的明确结果。
在道格拉斯·亚当斯（Douglas Adams）的《银河系漫游指南》（The Hitchhiker's Guide to the Galaxy）中，赞福德·毕博布鲁克斯（Zaphod Beeblebrox）的星舰——黄金之心[2]（Heart of Gold）是由一个虚构的“无限非概率驱动器”驱动的。近乎无限的非概率驱动器确实是存在的，但是在我们这颗星球上，它的存在形式就是创新的过程。创新有多种形式，但有一件事情是它们共有的，并且是与演化所产生的生物创新所共有的，那就是它们都是不可思议之事的加强型。也就是说，创新都是原子和数字信息的奇异组合，无论这种创新是苹果手机、创意还是绒鸭的雏崽。一部苹果手机中的原子被偶然地整齐排列成数百万个晶体管和液晶，或者绒鸭雏崽的原子被安排成血管和毛茸茸的羽毛，又或者我大脑中放电的神经元被安排成这样一种形式，它们可以并且有时候确实体现了“热力学第二定律”这个概念，这些都是极其不可能的。和演化一样，创新是一个持续不断地发现方法的过程，这些方法把世界重新安排成了不太可能偶然出现，并且恰巧有用的形式。由此产生的实体就是熵的对立面。与构成它们的要素相比，它们会更加有序，以及有更小的随机性。创新可能是无限的，因为即便它穷尽了要做的新事情，它也总是能找到方法，来更快速或用更少的能量做同样的事情。
在宇宙中，根据热力学第二定律，从局部上来说，熵是不可逆的，除非存在一种能量来源——通过不可避免地使其他地方的东西变得更不有序而为此处提供能源，所以整个系统的熵是增加的。非概率驱动器的动力因而只受能量供应的限制。只要人类通过谨慎的方式应用能源，他们就可以创造出更加精巧和奇异的结构。我从这个岛上可以眺望到的邓斯坦伯的这座中世纪城堡就是一个奇异的结构，在建成700年后它损毁的部分可能越来越多，熵也更多。全盛时期的城堡是大量能量消耗的直接结果，在邓斯坦伯城堡的例子中，这些能量主要源于石匠的体力，石匠们食用了由小麦制成的面包，以及进食长在阳光下牧草的奶牛产出的奶酪，从而获得了建造城堡的能量。曾在剑桥大学与京都大学担任研究人员的约翰·康斯太勃尔对我们赖以让自己的生活变得富足的东西是这么看的：
无一例外，它们都处于远离热力学平衡的物理状态，有时候经过很长时间，世界经由能量转换被带入这些便捷的构造，而对能量转换的利用降低了宇宙一个角落（我们的角落）的熵，并在别的地方增加了更多的熵。我们的世界变得越有序，越处于低概率状态下，我们就变得越富足，而就结果而言，整个宇宙就变得更加无序。
因此，创新意味着发现利用能量的新方式，运用能量来创造不可思议的东西，并且见证它们流行起来。它不仅仅意味着发明，因为这个词语暗含着的意思是找到一项可以流行起来的发明——它足够实用、价格实惠、质量可靠且无处不在，而且值得使用。诺贝尔经济学奖得主埃德蒙德·菲尔普斯（Edmund Phelps）将一项创新界定为“在世界其他地方变成一种新实践的新方法或新产品”。在接下来的部分，我会通过让一个想法流行起来的长期奋斗过程（通常是通过与其他想法结合）来追溯从发明到创新的历程。
我的出发点是：创新是现代世界最重要的事实，却是我们理解最少的。创新是当今绝大多数人与他们的祖先相比享受着繁荣和智慧的生活的原因，是过去几个世纪以来人类社会出现财富大爆炸的压倒性起因，也简单地解释了为何极端贫困的发生率在全球范围内有史以来首次出现自由落体式下降（从占全球总人口的50%下降到我有生之年见到的9%）。
如经济史学家戴尔德丽·麦克洛斯基（Deirdre McCloskey）所言，使我们中的绝大多数人（不仅仅包括西方人，还包括中国人和巴西人）变得前所未有的富有的是“创新主义”：应用新思想来提高生活水平的习惯。对于近几个世纪以来出现的财富大爆炸的其他解释都讲不通。贸易扩张了几个世纪，殖民统治者通过贸易强取豪夺，但如果只靠贸易和掠夺，并不能给收入带来实实在在的、如此量级的提高。没有能够产生如此巨大差异的充足的资本积累，用麦克洛斯基的话说，就是没有“一砖一瓦地搭建，一个学历接着一个学历地苦读”。在劳动力的可得性上没有长足的发展。也不应把这种责任推给伽利略和牛顿的科学革命，因为改变了人类生活的绝大多数创新起码在最初很少属于新科学知识的范畴，并且驱动了这些变革的创新者很少是受过训练的科学家。实际上，很多人都是出身卑微的缺乏教育的人，比如蒸汽机的发明者托马斯·纽科门（Thomas Newcomen）、带来纺织业革新的理查德·阿克莱特（Richard Arkwright），又或者给铁路带来革命性变化的乔治·史蒂芬逊（George Stephenson）。很多创新领先于作为这些创新的基础科学。因而工业革命在实际上，用菲尔普斯的话说，就是一种新型经济体系的产生，其内生的创新本身呈现为一种产品。我认为，某些机器本身使其得以成为可能。一台蒸汽机是“自我催化的”：它用于矿井排水，降低了采煤的成本，这又使得接下来的机器变得更便宜、更易于生产。这在后面的章节会介绍。
“创新”这个词出现的频率达到了令人惊异的程度，众多公司试图让自己听起来能跟上时代，但对于创新是如何系统性发生的却毫无概念。令人吃惊的真相是没有人真正知道创新为何会发生，以及它是如何发生的，更不要说接下来它会在何时何地发生。经济史学家安格斯·麦迪逊（Angus Maddison）写道，“技术进步是现代经济增长最本质的特征，也是最难以量化或解释的特征”；另外一位经济史学家乔尔·莫基尔（Joel Mokyr）认为，学者们“对培养和激发技术进步的那种制度知之甚少”。
以切片面包为例。这是有史以来最棒的东西。现在回过头来看，显而易见的是，这个发明源于有人打算为制作同样规格的三明治而发明一种提前切好面包的方法。同样显而易见的是，这件事可能会发生在电动机械首次流行的20世纪上半叶。但它为何出现在1928年呢？它为何出现在密苏里州中部奇利科西这个小镇呢？很多人都尝试制作了切面包的机器，但是它们不是性能不佳就是让面包变了味——因为面包包装得不是很好。让面包机可以正常工作的人是出生于艾奥瓦州的奥托·弗雷德里克·罗威德（Otto Frederick Rohwedder）。他在芝加哥学的是配镜和验光技术，在因为某些原因回到艾奥瓦州决意要发明一台面包切片机之前，他在密苏里州的圣约瑟夫市开了一家珠宝店。在1917年的一场大火中，他的第一台原型机被焚毁了，不得不从头再来。至关重要的是，他意识到必须要同时发明一台能够对面包进行自动打包的机器，才能保证面包切片是新鲜的。大多数面包店对此都不感兴趣，不过弗兰克·本奇（Frank Bench）旗下的一家面包店——奇利科西面包店（the Chillocothe bakery）对此很有兴趣，接下来的故事你们都知道了。密苏里州有什么特别之处吗？除了20世纪中期美国人普遍钟爱创新以及让创新得以发生的手段之外，最可能的原因是纯属偶然。机缘在创新中发挥了重要作用，这也是自由经济体表现出色的原因，它们提供了自由流动的实验机会。它们给了运气一次机会。
当人们可以自由地思考、实验和猜测时，创新就会出现；当人们彼此开展贸易时，创新会出现；当人们相对富裕且充满希望时，创新会出现。创新多少有点儿传染性，创新需要投资，创新通常出现在城市之中，如此等等。但是我们真的了解创新吗？鼓励创新的最佳方式是什么？是设立目标、指导研究、资助科学、撰写规则和标准，还是对上述这些退避三舍、解除管制、给人们以自由，或者是为想法创建产权、提供专利和颁发奖品、授予奖章，又或者是对未来充满恐惧或充满希望？你会发现所有这些政策的拥护者以及更多的人热切地争论着他们的成功案例。但是创新最惊人之处在于它依然如此神秘莫测。没有一位经济学家或者社会科学家可以完全理解为何创新会发生，更不要说它为何会在某时于某处发生了。
在本书中，我会尝试着去解决这个重大的难题。我主要是通过讲故事的方式来解决这个问题，而非单独通过抽象的理论化或论点（虽然有时候会有一些）。通过讲述创新者成功和失败的例子，让这些把他们的（或其他人的）发明变成有用创新的创新者来告诉我们创新是如何发生的。我讲述了蒸汽机和搜索引擎的故事、疫苗和电子烟的故事、集装箱和硅芯片的故事、轮式行李箱和基因编辑的故事、数字和抽水马桶的故事。让我们听听托马斯·爱迪生（Thomas Edison）、伽利尔摩·马可尼（Guglielmo Marconi）、托马斯·纽科门（Thomas Newcomen）、戈登·摩尔（Gordon Moore）、玛丽·沃特利·蒙塔古夫人（Lady Mary Wortley Montagu）、珀尔·肯德里克（Pearl Kendrick）、阿尔·花拉子密（Al Khwarizmi）、格蕾丝·赫柏（Grace Hopper）、詹姆斯·戴森（James Dyson）和杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos）的故事吧。
我没指望记录每一个重要的创新。我略过了一些非常重要又众所周知的创新，我这样做并没有什么特殊的理由，比如，纺织业的自动化，或者有限公司的历史。我忽略了艺术、音乐和文学领域的绝大多数创新。我的例子主要来自能源领域、公共卫生领域、交通运输领域、食品领域、低技术领域以及计算机和通信领域。
我所讲述的所有故事的主角并不都是英雄，有些还是骗子、造假者或者失败者。很少有人是单打独斗的，因为创新是一项团队活动、一项集体性事业，它远不止人们普遍认知的那样。创新的功劳和署名资格是令人困惑又充满神秘感的，这样说并非完全有失公允。然而与绝大多数团队活动不同的是，创新通常不是一项精心设计的、有计划的或者可以管理的事情。它不能被轻易地预测，就像很多羞愧得面红耳赤的预言家所发现的那样。创新主要通过试错得以运行，这是自然选择的人类版本，并且它通常是伴随着在寻找其他东西时出现的巨大突破而被无意中发现的：它是非常偶然的。
我将在时间上重新回到人类文化的开端，以试图去理解是什么首先触发了创新，以及为何它发生在人类身上而非知更鸟或岩石身上。大猩猩和乌鸦确实也会通过发展和扩散新的文化习性而创新，但是这种创新只是非常偶尔地出现，并且非常缓慢，其他绝大多数动物根本就不会创新。
自我出版《理性乐观派》[3]（The Rational Optimist）一书10年以来，对几乎每个人来说，人类的生活水平正在快速地提升，我在那本书中提出了一个不流行的观点，世界已经变得更好，世界正在变得更好，而且世界将会变得越来越好。我完成那本书的时候，世界正深陷于一场严重的衰退之中，但是多年以来，对很多贫穷之人来说，世界经济的增长已经比以往任何时候都快很多了。埃塞俄比亚居民的平均收入在10年里翻了一番；极端贫困人口的数量在历史上首次下降到10%以下；疟疾导致的死亡率大幅下降；战争在西半球得以完全平息，这在旧世界（Old World）[4]是相当罕见的；廉价的LED灯取代了白炽灯和荧光灯；通过无线网络通话基本上是免费的了。当然，有些事情变得更糟了，但是总的趋势还是积极的。所有这些都归功于创新。
创新改变了我们的生活，而发生这种改变的主要方式是让人们能够为彼此工作。就像我以前认为的那样，人类历史的主题是我们在生产上变得越来越专业化，以及在消费上变得越来越多元化：我们从不稳定的自给自足转向了更安全的相互依赖。通过每周用40个小时的时间专注于满足他人的需求，我们把这称为工作，你可以把另外的72个小时（不算躺床上睡觉的56个小时）用于享受其他人给你提供的服务。你只需工作一小会儿就可以支付得起让电灯开1个小时的费用，而让它成为可能的就是创新。如果你自己单打独斗的话，提供等量的光需要你工作一整天，你得采集和提炼芝麻油或羊的脂肪以供油灯燃烧，在不远的过去，大多数人就是这么做的。
绝大多数创新都是循序渐进的过程。哈佛大学教授克莱顿·克里斯坦森（Clayton Christensen）在1995年杜撰了一个短语，那就是颠覆性创新。现代人对颠覆性创新的痴迷是错误的。即便一项新技术确实颠覆了一项旧技术，就像数字媒体对报纸所做的那样，其效果展现得也很慢，其步伐也是逐步加快的，是循序渐进而非突飞猛进地发挥作用的。创新在早期通常是让人失望的，可一旦创新开始了，它最终就会超出预期。我把这种现象称为阿玛拉炒作周期（Amara hype cycle），这是用罗伊·阿玛拉（Roy Amara）的名字命名的，他首先指出：从长远来看我们低估了创新的影响，但是从短期来看我们高估了它的影响。
也许创新最令人困惑的一面就是它如此不受欢迎，虽然我们口口声声地赞扬它。尽管有大量的证据表明，创新以不计其数的方式让几乎每个人的生活都变得更好了，但是绝大多数人对某些新东西的本能反应往往是担忧，有时候甚至是厌恶。除非它对我们有明显的用处，否则我们倾向于想象可能会发生的糟糕后果，这种想象要远多于可能会发生的好的结果。我们会代表那些当下的既得利益者（投资者、管理者和雇员等）给创新者设置障碍，阻碍创新者前进。历史表明，创新是一朵脆弱的小花，它很容易被碾碎在脚下，但如果条件允许，它就会迅速重生，正所谓“野火烧不尽，春风吹又生”。
在三个多世纪以前（在“财富大爆炸”开始之前），上述创新上的奇怪现象以及对创新的抵制得到了一个创新者极具表现力的赞美，虽然他可能没有使用“创新”这个词语。威廉·配第（William Petty）从一个十几岁的海员，一个受困于异国海岸的断腿男孩，逐步变成接受过耶稣会会士教育的人，并成为哲学家托马斯·霍布斯（Thomas Hobbes）的秘书。在荷兰待了一段时间之后，他开始了自己作为医生和科学家的职业生涯。后来他以商人、爱尔兰的土地投机者、下议院议员的身份出现，最终成为一位富有的、在政治上有影响力的经济学先驱。他是一个创新者，而非发明家。在职业生涯初期，即在1647年成为牛津大学解剖学教授期间，配第发明了一个双重书写的工具，并且申请了专利。利用这个工具，他可以一次性地抄写出两份《希伯来书》的第一章。同时，他还设计出了一个无须在河床上架设支撑物就可以建造桥梁的方案，以及一种种植玉米的机器，并且都申请了专利。但是这些发明没有一个流行起来。配第在1662年满怀感慨地对很多创新者发出了如下的哀叹：
几乎没有什么新发明曾经通过垄断权获得过报酬。因为尽管发明者常常自我陶醉于其发明创造的价值当中，想当然地认为全世界的人都会侵犯他的发明权，可是根据我的观察，一般人是很少愿意使用这些新发明的，因为这些新发明本身还没有经过彻底的考验，还没有经过时间来证明它们有没有潜在的缺点。所以，当一项新的发明最初被提出来的时候，几乎所有人在一开始都是反对的，而可怜的发明者则总是会受到那些无理取闹的“聪明人”的左右夹攻。每个人都能发现这项新发明的缺点，没有人肯定它，除非发明者按照人们提出的意见对他的新发明进行改良。能够经受得住这样责难的人真是凤毛麟角，即使经受住了这样责难的人，最后也还是按照人们各式各样的意见对其发明进行改进。正因为如此，可以说，没有一个人敢说某项新发明完全是自己的，甚至于这项新发明的哪一个部分与最初的发明者有关都不乏争议。更糟的是，当围绕着新发明的无休止的争议平息的时候，时间已经过去很久了，那可怜的发明者不是已经作古就是已经为此发明债台高筑了，不免被出资与他合作的人所咒骂。这样，所谓的发明者和他的发明就彻底地化为了乌有。[5]
[1] 1英尺=0.3048米。
[2] 财富的一种隐喻。
[3] 本书已由机械工业出版社出版。
[4] “旧世界”相对于哥伦布的“新世界”，泛指亚、非、欧三大洲。——译者注
[5] 这一段翻译采用自威廉·配第《赋税论》，略有修饰，邱霞、原磊翻译的版本（华夏出版社，2017 年4 月）。——译者注
第1章 能量每当你看到一个成功的企业，就意味着曾经有人做了一个大胆的决定。
彼得·德鲁克
热、功和光
我认为，人类历史上最重要的事件也许是1700年左右发生在西北欧的某个地方，由某个或某些法国人或英国人做出来的，但是我永远不知道到底是谁。为何如此含糊不清？因为当时没有人注意到或认识到它的重要性；无论如何，创新都是一个价值很小的事情。至于几个候选人中谁的贡献最大，人们也同样存在着困惑。这是一个循序渐进的、跌跌撞撞的变化，没有顿悟的时刻。这些特征都是创新的典型表现。
我所讨论的事件是，人类第一次通过控制热量的转换来做功。如果工业革命必然会出现的话，那么这就是让工业革命成为可能的关键突破口，因而也促进了现代世界的繁荣，以及今天各种技术的百花齐放。（在这里，我使用“做功”这个词更通俗的含义，只是把它看作受控的能量运动，而非物理学家在更广泛的意义上界定的那样。）在一列行驶的火车上，我在电灯的帮助下，把这些文字记入由电能维持运行的笔记本电脑里，同样，这列火车也是由电能驱动的。绝大多数电能都是由连接着发电站的电线传导过来的，在发电站中，燃烧天然气所产生的蒸汽或被核裂变所释放的热量加热的蒸汽驱动着巨大的涡轮高速旋转。发电站把燃烧产生的热量变成使水膨胀的压力，从而让水转化为蒸汽，然后推动涡轮机的叶片运动，在电磁铁内运动的这些叶片会在电线中产生电子的运动。这与汽车或飞机的发动机中发生的事情类似：燃烧产生引发运动的压力。实际上，让我们的生活得以实现的巨大能量都来自热的转换做功。
在1700年之前，人类使用热和功这两种主要能源。（光主要来自热。）人们依靠燃烧木头或煤炭来取暖和烹饪，他们还用自己的体力或马以及公牛的体力来移动物体，也就是做功，或者极偶尔地使用水车或风车。这两种能源是分开的：木头和煤炭不做机械功，风力、水力和公牛不产生取暖所需的热量。
数年后，虽然起初的规模很小，但是蒸汽开始把热转化成功，世界就再也不复从前的模样了。纽科门发动机是第一台可以做热–功转换的实用设备，所以在热–功转换的创新者名单中，托马斯·纽科门是本书第一个候选人，也是最有前景的候选人。注意，我并没有称他是一个发明家，创新者和发明家的区别是至关重要的。
我们没有纽科门的画像，他于1729年在伦敦北部的伊斯林顿（Islington）去世，并且葬在了伊斯林顿某个无名墓地之中。他的一个竞争对手并且可能是他的灵感来源的丹尼斯·帕潘（Denis Papin），也在距离那里不远的地方静静地躺在某个无名墓地之中，不过我们依然并不知道是哪里。1712年左右，帕潘在伦敦像一个叫花子一样从人们的视野中消失了。唯一算是得到善终的只有托马斯·萨弗里（Thomas Savery），他于1715年在威斯敏斯特附近去世。做了几年邻居并且几乎是同时代的这三个人（帕潘生于1647年，萨弗里可能生于1650年左右，纽科门生于1663年）在热–功转换中都发挥了关键作用。但是他们可能素未谋面。
当然，他们都不是注意到蒸汽具有移动物体能力的第一批人。在古希腊和古罗马，人们就利用这种原理制作过玩具，几个世纪以来，聪明的工程师们不时地搭建一些装置，利用蒸汽来驱动花园中的喷泉，或者一些类似的小伎俩。但是第一个梦想着可以将这种力量用于实际生产而非娱乐消遣的人是帕潘，把类似的梦想变成了机器的是萨弗里，尽管这台机器被证明是不切实际的，而纽科门则制造了一种实用的机器，真正发挥了作用。
或者这就是传统的叙事。挖得越深就越令人困惑。这两个大不列颠人是谁窃取了法国人帕潘的想法？还是说他们都有？萨弗里或者纽科门从对方那里窃取了帕潘的见解吗？帕潘也许是受到了萨弗里的启发，还是相反呢？纽科门是否甚至意识到了其他两个人的工作？
虽然死得过于默默无闻，但是终其一生，从智慧和声誉方面来说，丹尼斯·帕潘都是一个明星。他与那个时代很多伟大的科学家都共事过。于卢瓦尔河畔的布卢瓦出生的帕潘在大学学习的是医学。1672年，荷兰伟大的自然哲学家，同时也是巴黎科学院院长的克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）聘请帕潘做自己的助手，与另外一个注定日后会拥有更大名声的聪明的年轻人戈特弗里德·莱布尼茨（Gottfried Leibniz）一起工作。3年后，为逃脱法国国王路易十四（Louis XIV）的反新教迫害，帕潘流亡伦敦。
在伦敦，或许是由于惠更斯的引荐，帕潘成为罗伯特·波义耳（Robert Boyle）的助手，致力于空气泵的研究工作。在动身前往威尼斯之前，罗伯特·胡克（Robert Hooke）短暂地聘用了他一段时间，随后帕潘在威尼斯的一个科学学会做了3年的管理者，1684年，帕潘返回伦敦，继续在英国皇家学会从事同样的工作。在这个过程中，他发明了让骨头变软的压力锅。到1688年，他已经是马尔堡大学的数学教授了，1695年，帕潘移居卡塞尔（Cassel）。这给人的感觉是，他要么总是居无定所、颠沛流离，要么就是没有人长久地支持他的事业。
惠更斯聘请帕潘来探讨一个想法，用气缸中火药爆炸所产生的真空来驱动机器（从时间上看，这个想法是内燃机的祖先），但是帕潘很快就意识到蒸汽冷凝可能会更有效。他甚至在1690～1695年的某个时刻，自己建造了一个简易活塞和气缸，蒸汽在冷却时冷凝从而使得活塞突然前冲或下降，并借此利用滑轮提起一定的重物。他发现了气体发动机的原理，一旦在活塞下制造出了真空，这个发动机中空气的重量就会做功。这是一个通过吸入气体而非吹出气体来发挥作用的机器。
1698年夏，莱布尼茨同帕潘通了信，就发动机的后一种设计方式进行了交流，发动机可以通过对火的使用来排水。因为矿井是畜力难以发挥作用且燃料十分丰富的地方。潮湿的矿井失火的风险较低，所以它要比干燥的更加安全。矿工们却一直饱受矿井渗水之苦，所以从矿井中抽水是需要解决的首要问题。
然而，帕潘已经在梦想着用蒸汽来为船提供动力了：“我相信，除了排水之外，这个发明可以用于很多其他的事情，”他在给莱布尼茨的信中写道：“至于水上交通，我自以为如果能够找到足够的支持，我会很快地实现这个目标。”这其中的想法是，锅炉产生的蒸汽可以让活塞通过一个管道把水喷入桨轮之中。然后，新的供水重新进入活塞的空腔并使得蒸汽冷凝，从而使活塞归位。1707年，帕潘实际上已经建造了一艘有桨轮的船，虽然他似乎没能用蒸汽来让它运行起来，而是由人力替代的，不过这展示了桨轮比船桨所具有的优越性。在去英格兰的路上，他坐在船上沿着威悉河漂流。就好像卢德运动中的卢德分子一样[1]，职业船夫们对他们面临着的这种竞争感到不悦，并且摧毁了这艘船。
历史学家L.T.C.罗尔特（L.T.C.Rolt）认为，帕潘能做之事要比他所做之事多很多。“令人焦心的是，就在非常接近实际成功的边缘时，才华横溢的帕潘却转身离开了。”当莱布尼茨告诉帕潘说托马斯·萨弗里申请了用火排水的专利后，帕潘又回到了对蒸汽的利用上，萨弗里在1698年的某一天获得了这项专利，也正是在这一天，帕潘向莱布尼茨吹嘘说他知道如何制造这样的机器。然后帕潘建造了一个不同的蒸汽机，从他画的草图看，这显然是萨弗里蒸汽机的修正版。不过，肯定有可能的是，萨弗里从帕潘与皇家学会前同事的各种通信中听说了帕潘的设计，虽然萨弗里的机器与帕潘的截然不同。到底是谁抄袭了谁的设计呢？
时间上的巧合很奇怪，但这也正是创新者的特征。历史上一次又一次地出现了标志着技术进步的同步发明，就好像有什么东西在那个时刻都成熟了一样。这并不表明存在着剽窃。上面这个例子中，更好的金属加工技术、对采矿的更大兴趣以及在科学上对真空的痴迷这三者的组合一起出现在西北欧，从而使得初级蒸汽机的出现几乎成为必然。
“上校”萨弗里或许是一名军事工程师，或者这也可能只是一个荣誉军衔，但是几乎和纽科门一样，他也是一个充满神秘感的人物，我们没有他的画像，他的出生年份不详。他和纽科门一样来自德文郡（Devon）。我们确切知道的是，1698年7月25日，也就是帕潘写信给莱布尼茨讨论他的蒸汽船设计的那一天，萨弗里在“利用火产生的推力来排水”上获得了为期14年的专利。接下来的一年，也就是1699年，这项专利又被延长了21年，也就是截至1733年。结果表明，对于萨弗里不够格的继承人来说，这是一个丰厚的馈赠。
萨弗里的机器工作原理如下：置于火上的一个铜管炉把蒸汽送入一个称为接收器的注满水的罐子里，进入罐子的蒸汽通过一个逆止阀把水排入铜管。一旦接收器充满了蒸汽，来自铜管炉的蒸汽供给便会被切断，并且接收器被喷洒上冷水，接收器内的蒸汽开始坍缩，并产生出真空。铜管炉通过另外一个管子从下面吸入水，然后再次开始上述循环。1699年，萨弗里在皇家学会用两个接收器做了展示，在某种程度上，他似乎实现了组合阀机制的部分自动化，也就是可以填满任意一个接收器，所以这个设备可以持续地做功。
1702年的一个广告说，可以“在老剧场（Old Playhouse）前面，位于伦敦索尔兹伯里法院（Salisbury Court）的济贫院”观看萨弗里蒸汽机的展示模型，“每周三和周六的下午3点到6点可以在那里看到这台机器工作”。他显然把几台机器卖给了名流们，他还在约克大厦（York Buildings）安装了一台，现在位于斯特兰德大街的右侧，不过当时是在泰晤士河沿岸，伦敦想从泰晤士河引水，但是最终失败了。矿主们对这种机器不感兴趣。它只能做到短距离地排水，需要更多的煤炭来做燃料，并且水会从接缝的地方渗漏出来，还容易爆炸。在创新中，失败通常是成功之母。
到1708年，身处伦敦的帕潘希望能够为建造蒸汽船获得支持，他可能是借助一个传统的帆船而非他自己有桨轮的船跨越了英吉利海峡；我们并不知道他是否见过萨弗里。他期望在英格兰被看成是蒸汽领域的天才的梦想很快就落空了。艾萨克·牛顿爵士（Sir Isaac Newton）在皇家学会的秘书汉斯·斯隆（Hans Sloane）对帕潘日益绝望的来信充耳不闻。即便他是莱布尼茨的朋友也无济于事。牛顿与莱布尼茨在到底是谁先发明了微积分的旷日持久的斗争中正处于顶峰时期，实际上他们两个都发明了微积分，只不过莱布尼茨的版本更加简洁一些。毫无疑问，穷困潦倒的帕潘因为与莱布尼茨的连带关系而在皇家学会声誉受损。“我至少有六篇论文在皇家学会的会议上被诵读，但始终被学会拒之门外。阁下，显然我是一个可悲的例子。”帕潘在1712年给斯隆的信中如此写道。
此后，就再也没有关于帕潘的消息了。他就这样消失了，历史学家认为他一定是在那一年过世的，他太穷了，以致没有留下什么遗嘱或者埋葬记录。萨弗里也在3年后离世，虽然不那么籍籍无名，但也很难算是一个大英雄。他留下了一笔重要的遗产：用火排水的专利，这迫使纽科门不得不与萨弗里的继承人们在接下来的多年里合伙。
于是，这两位戴着长长的假发与贵族们交往的科学家都没能改变世界。这一壮举留给了一个来自德文郡达特茅斯的卑微的铁匠——托马斯·纽科门。纽科门是一个铁器商，这在当时更像是一个工程师或铁匠，1685年，他与玻璃工或管道工约翰·卡利（John Calley）合伙做生意。除此之外，纽科门是如何在1712年，也就是帕潘过世的那一年实现了对蒸汽机完全成熟的设计的，我们对此几乎一无所知。
几个世纪以来，很多历史学家都不愿意相信，一个卑微的铁匠居然能在智力超群的教授们失败的事情上取得成功。他们假设帕潘和萨弗里的想法可能会在某些方面影响纽科门，包括在法国一度很流行的一种阴谋论，有人给纽科门提供了帕潘写给斯隆的一些信件。也有人猜测，纽科门在康沃尔（Cornish）的一个锡矿中看到过萨弗里的机器，但是这些都经不起仔细的推敲，也有可能他对伦敦著名科学家的工作一无所知。事实上，一位消息人士坚称，纽科门在1698年萨弗里获得专利和帕潘给莱布尼茨通信之前就开始了他第一次设计工作。
那个消息人士是一个叫马丁·特里弗德（Mårten Triewald）的瑞典人，他是唯一真正了解纽科门的人。他与纽科门和卡利一起合作过，在把这种技术带回瑞典之前，他们在纽卡斯尔建造了好几个早期的蒸汽机。他描述说，在制造出一个可行的机器之前，纽科门就对蒸汽开展了长时间的试验，并且当冷水注入气缸中时，他发现了一个意外的突破：
在连续十年的时间里，纽科门先生一直致力于研究这个从未显示出预期效果的火力机器，除非万能的“上帝”安排一件幸运的事情发生（让它奏效）。在最后一次尝试让这台机器工作时，随后的奇怪事件突然导致了远远超过预期的效果。冷水流入包裹着气缸的铅制壳体，刺穿了机器上一个用锡焊料修补的缺口。蒸汽产生的热量导致锡焊料熔化，因而给冷水开辟了一条通路，它涌入了气缸之中并且迅速地让蒸汽冷凝，因而产生了真空，真空让附加在小梁上的重量，也就是水泵里水的重量显得微不足道，结果空气对活塞施加了巨大的压力，居然让活塞链都断裂了，活塞撞坏了气缸的底部和小锅炉的盖子，热水流得到处都是。所有旁观者都确信，他们发现了一种迄今为止在本质上完全不为人所知的无比强大的力量。
纽科门的设计是通过喷射冷水使蒸汽在气缸中坍缩，然后通过活塞和横梁杠杆将大气坍缩下的真空能量传递给泵，这种机制要比萨弗里的设计更加安全，也更强劲。可能在距离纽科门工作不远的康沃尔锡矿建造过一些原尺寸的机器，但是并没有确切的证据表明如此。我们确实知道的是，世界上第一台真正工作的纽科门发动机是于1712年在沃里克郡（Warwickshire）达德利城堡（Dudley Castle）附近制造的。据特里弗德说，它每分钟可以抽水12次，每次10加仑[2]，因而从煤矿中抽水的高度可以达到150英尺。1719年，托马斯·巴尼（Thomas Barney）给这个机器绘制了一幅版画，展现出了它精美的复杂性，罗尔特认为，这与“萨弗里粗糙的抽水机或帕潘的科学玩具”存在着本质的差别。他接着写道：“一项如此重要的发明被一个人如此迅速地开发成如此完善的形式，这在技术史上是很罕见的。”
不过，起初它只是一个异常低效的设备。按照今天的标准，纽科门蒸汽机是一个庞然大物。它有一间小屋子那么大，冒着黑烟，叮叮当当地响个不停，还发出笨重的嘶嘶声，燃煤所产生的能量大约99%都被浪费掉了。还要再等数十年的时间，詹姆斯·瓦特（James Watt）的分离式冷凝器、飞轮和传动轴，以及其他改进才会出现，从而使它的应用领域不再局限于燃料便宜的煤矿开采。
这个故事牵扯着我的一些个人情愫。我的祖先，尼古拉斯·里德利（Nicholas Ridley）大约在17世纪末左右开始从事采矿业。离开位于诺森伯兰郡（Northumberland）南泰恩河谷（South Tyne Valley）的农场后，他成为铅矿开采企业的合伙人，并且试图从铅矿石冶炼中提取银。他后来前往纽卡斯尔，并且通过某种方式进入采煤业。到1711年去世的时候，他已经是泰恩河北岸一个富裕的煤炭商人和矿主了，并且成为当时英格兰第三大城镇的镇长。他的儿子理查德经营煤矿的方式十分大胆，因大动干戈和打破价格垄断的卡特尔而获得了一个美誉，“煤炭贸易的麻烦制造者”，他甚至一度试图谋杀自己的一个对手，而他的二儿子尼古拉斯似乎大部分时间都住在伦敦，大概从事接收和销售煤炭的工作。早在1700年他的煤炭供应就占到了英格兰能源的一半。
可能在1715年或1716年左右，年轻的尼古拉斯雇用了纽科门合作伙伴约翰·卡利的儿子——十几岁的山姆·卡利（Sam Calley），让他北上并在拜克（Byker）制造蒸汽机，目的是排空让前两个所有者破产的矿井中的渗水。如果工程师约翰·斯密顿（John Smeaton）的说法可信的话，那么这台机器可能是世界上的第三台或第四台。为获得使用这种设计的许可，里德利家族每年向萨弗里的继承人支付400英镑的巨款作为专利使用费，并且在制造第一台蒸汽机上花费了大约1000英镑。
我们之所以知道这些，是因为（年资尚浅的）尼古拉斯说服了纽科门的朋友马丁·特里弗德北上并且监督年轻的卡利。这个瑞典人把他的一个交易账户留给了里德利兄弟。随着第一台蒸汽机建造成功，里德利家族订购了更多的蒸汽机，到1733年，也就是萨弗里的专利到期的时候，拜克已经有了两台，希顿（Heaton）有三台，杰斯蒙德（Jesmond）和南戈斯福斯（South Gosforth）各有一台。我相信理查德·里德利和尼古拉斯·里德利一定见过纽科门。
纽科门蒸汽机是现代世界之母，它开创了一个新的时代，技术开始拓展人类的工作，并释放出巨大的生产力，从枯燥繁重的耕作、盥洗和济贫院的苦差中解放了越来越多的劳动力。这是一项关键的创新。然而它出现的方式有些神秘莫测、令人费解。它的出现是因为丹尼斯·帕潘展示出来的英国和法国的科学进步吗？也许有一点，但是纽科门显然对这种进步一无所知。它的出现是因为在17世纪末冶金技术的进步使得当时可以制造出大型黄铜气缸和活塞吗？部分原因是这样的。它的出现是因为英国森林面积锐减而导致木材价格上涨，进而导致煤矿开采业大幅度扩张，以及随之而来的对抽水设备的需求吗？在某种程度上是的。它的出现是因为由荷兰人开始的西北欧贸易扩张导致了资本、投资和企业家的产生吗？在某种程度上肯定是的。但是为何这些条件没有一起出现在中国、意大利的威尼斯、埃及、孟加拉国、荷兰的阿姆斯特丹，或一些其他的贸易中心？并且为何是出现在1712年，而非1612年或1812年？回过头来看，创新似乎是显而易见的，但是在当时却是难以预测的。
[1] 卢德分子（Luddites）指参与卢德运动的人士。工业革命初期，机器的生产效率逐步高于人工的生产效率，工厂逐渐使用机器而排斥手工劳动，这使得大批手工业者尤其是熟练工人失业与破产。工人失业后工资下跌，陷入悲惨的生活境地。工人把机器视为贫困的根源，把捣毁机器作为反对企业主，争取改善劳动条件的手段。相传，英国莱斯特郡一个名叫奈德·卢德（Ned Ludd）的工人，为抗议工厂主的压迫，于1779 年捣毁了织袜机，工人们尊称他为卢德王或卢德将军，此后这种捣毁机器的运动称为卢德运动，参与卢德运动的人士称为卢德分子。随着工业革命的大潮，人类科技大发展，生产力急速提升，卢德分子渐渐变为贬义词，成为保守、落伍、反动、反对进步的同义词。在当代，新卢德分子的主要表现为对工业化、自动化、数字化、人工智能等新科技的反对。——译者注
[2] 1加仑（英制）=4.546 092升。
瓦特带来了什么变化
1763年，一个名叫詹姆斯·瓦特（James Watt）的娴熟且心灵手巧的苏格兰仪器制造师被要求去维修一台隶属于格拉斯哥大学的纽科门蒸汽机，这个东西只能勉强工作。在努力找出问题的过程中，瓦特意识到一般的纽科门蒸汽机存在着很早就应该被发现的一些问题：在每次重新加热气缸的循环中要浪费掉蒸汽所产生的能量的3/4，每一次都要重新注水来让气缸冷却以冷凝蒸汽。瓦特有了一个利用分离式冷凝器的简单想法，这样气缸就可以一直保持高温，同时蒸汽被排入一个更冷的容器中进行冷凝。他一举提高了这种蒸汽机的效率，虽然在当时，他花了几个月的时间才把金属加工的想法变成了实用的设备。
在用一个小型测试蒸汽机演示了这个原理之后，瓦特首先与约翰·罗巴克（John Roebuck）合作获得了专利，然后又与企业家马修·博尔顿（Matthew Boulton）共同建造了原尺寸的蒸汽机。1776年3月8日，也就是由另一个苏格兰人亚当·斯密（Adam Smith）撰写的《国富论》（The Wealth of Nations）出版的前一天，他们揭开了这台机器的面纱。博尔顿想让瓦特开发一种方法，把活塞的上下运动转变成围绕轴的圆周运动，从而能够让面粉厂和其他工厂也可以使用传动轴。曲轴和飞轮的专利已经被詹姆斯·皮卡德（James Pickard）申请了，这在一段时间内使瓦特陷入困境，并且迫使他去开发一个名为行星齿轮的替代系统。反过来说，曲轴的想法也是皮卡德从博尔顿自己位于苏豪区工厂的一个不忠诚且喝醉酒的雇员那里得到的，从而使得这个简单设备的身世从一开始就陷入困惑之中。
尽管这个专利的例子阻碍了对蒸汽机的改善，就像萨弗里的专利阻碍了纽科门蒸汽机的改善一样，但是瓦特本身满腔热忱地捍卫着自己的专利，博尔顿擅长利用他的政治关系网为瓦特的各种发明获得更长期和广泛的专利。到底在多大程度上，瓦特的诉讼延缓了蒸汽作为工厂动力来源的发展？这是一个很有争议的问题，但是1800年主专利到期与对蒸汽进行试验和应用的迅速扩张却是同时发生的。实际上，一份刊物的出版促成了蒸汽机效率的持续、稳步提高并让蒸汽机开始向其他行业渗透，就如同一场开源软件运动那样，这份由康沃尔采矿工程师约翰·莱恩（John Lean）创办的《莱恩蒸汽机报告》（Lean's Engine Reporter）传播、扩散了很多不同的工程师在改良蒸汽机上的建议。我的意思很简单：毫无疑问瓦特是一个聪慧的发明家，但是他得到的赞誉太多了，而对其他人在这个过程中的协同工作的赞誉则太少了。
瓦特于1819年去世，5年后，人们捐资给他建了一个纪念碑，这在那个时代是不寻常的，因为绝大多数纪念碑都是给那些赢得了战争的人树立的。《化学家》（The Chemist）这本期刊的编辑曾这样极富见地地说道：“他和其他公共捐助人截然不同的是，他从来没有把让公众受益作为他的目标，或者假装这样做……这个没有装模作样的人实际上赋予世界的好处，要多于所有那些数个世纪以来把照顾公众的福祉当作自己专门业务的人。”
托马斯·爱迪生和他的“发明事业”
一段时间之后，一种能源革新出现了，它成为整个能源领域发明的象征，那就是白炽灯。作为一个来自英国东北部的具有爱国精神的人，我不得不指出的是，白炽灯的一个创新者居住在距离泰恩河只有几英里距离的盖茨黑德（Gateshead），他就是约瑟夫·威尔森·史旺（Joseph Wilson Swan）。1879年2月3日这一天，在700名观众的注视下，史旺在纽卡斯尔的文学和哲学学会首先展示了他可以让电流通过碳丝真空玻璃灯泡照亮他做演讲的那个房间。
当时已经使用电力来照明了，采用的形式是弧光灯。问题在于，它非常亮。史旺正试图解决的问题是光的“细分”，把电流分成小电子流，生成众多光源以产生温和的光照。实现在真空中对一条发光的金属线或细丝通电又不至于让它烧毁是至关重要的。在吹制的玻璃制品内产生足够的真空并找到一种可靠地充当细丝的材料是史旺试图解决的两个问题。在1850年他提出第一个原型之后的20多年里，他的进展非常缓慢。
但是，且慢，托马斯·爱迪生不是发明了白炽灯吗？是的，没错。但是马塞林·乔拔（Marcellin Jobard）在比利时也发明了白炽灯，以及威廉·格罗夫（William Grove）、弗雷德里克·德·莫莱恩（Fredrick de Moleyns）、沃伦·德拉鲁（Warren de la Rue）和史旺在英格兰也发明了它。而且俄国的亚历山大·洛德金（Alexander Lodygin）、德国的海因里希·戈贝尔（Heinrich Göbel）、法国的让–尤金·罗伯特–胡丁（Jean-Eugène Robert-Houdin）、加拿大的亨利·伍德沃德（Henry Woodward）和马修·埃文斯（Matthew Evans）、美国的海勒姆·马克西姆（Hiram Maxim）和约翰·斯塔尔（John Starr）以及其他人都发明了白炽灯。这些人中的每一个都在托马斯·爱迪生之前提出或发表了真空的或充有氮气的玻璃灯泡中装上灼热丝的想法，又或者对这种想法申请了专利。
事实上，到19世纪70年代末，共有21个人都宣称自己独立地设计了或极大地改善了白炽灯泡，绝大多数人都是彼此独立的，这还没有把那些发明了协助生产灯泡的关键技术的人计算在内，比如施普伦格尔（Sprengel）的汞真空泵。史旺是唯一一个工作足够彻底并且专利足够好的人，以至于爱迪生都不得不与他一起合作。事实上，白炽灯的发明史远非阐明了英雄般的发明者的重要性，而是讲述了一个相反的故事，创新是一种渐进的、逐步提升的、集体性的过程，然而也必然是一个不可避免的过程，白炽灯不可阻挡地从当时各种技术的结合中出现。鉴于其他技术的进步，它必定会在它该出现的时候出现。
不过坦白地说，爱迪生的名声依旧当之无愧，虽然他可能并不是白炽灯绝大多数组成部分的第一个发明者，并且在很大程度上来说，1879年10月22日那个突然让人发出惊呼的突破时刻的传说是建立在回顾性的造神运动的基础之上的，但是他依然是把所有东西组合在一起的第一人，是把这些东西与生产和配送电力的系统组合在一起的第一人，因而也是用可行的电力系统技术对煤油灯和煤气灯技术提出挑战的第一人。总而言之，灵光一现的说法更加让人印象深刻，但这是虚荣心在作怪。人们喜欢被看作是才华横溢的，而非仅仅是辛勤工作的。爱迪生也正是那个让白炽灯（几乎）变得可靠的人。他自鸣得意地声称自己发明了一种灯泡，可以在出现故障之前可靠地持续工作很长时间，于是他开始疯狂地寻找能够证明他所言非虚的东西。在今天的硅谷（Silicon Valley），这被称为“伪装一切，直到成功”（Fake it till you make it）。为了找到制作碳丝的理想材料，他测试了6000多种植物材料。爱迪生苦苦地祈求着：“在全能之神的工作室的某个地方，有一种强大的纤维，具有几何形状，适合我们采用。”1880年8月2日，日本的竹子成为最后的赢家，它能够持续工作1000多个小时。
托马斯·爱迪生比任何人都明白，创新本身就是一种产品。创新的产生是一种团队工作，它需要反复试错。他在电报业开始了自己的职业生涯，并且转型到证券交易所制造股市行情自动记录收报机，然后于1876年在新泽西的门罗帕克（Menlo Park）建立了一个实验室，开始从事他所谓的“创新事业”，后来又搬到西奥兰治（West Orange）的一家更大的机构里。他组建了一个由200位技术娴熟的工匠和科学家组成的团队，并让他们夜以继日地工作。他的前员工尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）发明了交流电，爱迪生对他发起了长期的攻击，实际上并没什么正当的理由，仅仅是因为这项发明是特斯拉而非爱迪生自己做出的。爱迪生的方法奏效了，在6年的时间里，他注册了400项专利。他仍然不屈不挠地聚焦于找到世界所需要的东西，然后发明一些方式来满足这种需求，而非反过来。发明的方法总是伴随着反复试错的过程。在开发镍铁蓄电池的过程中，他的员工进行了5万次实验。他的工作室塞满了各种材料、工具和图书。他最著名的一句话就是，发明是1%的灵感加上99%的汗水。然而实际上与其说他所从事的是发明，倒不如说是创新，是把想法变成切实可行的、可靠的且经济实惠的现实。
然而相较于白炽灯这项创新所展示出来的创新的渐进性本质而言，创新的结果就是颠覆性地变革了人们的生活方式。人工照明是文明最伟大的礼物之一，而让它变得便宜的恰恰是白炽灯。在1880年，工作1分钟所获得的平均工资可以让你从一盏煤油灯上获得4分钟的光亮；到了1950年，工作1分钟所得到的平均工资相当于用白炽灯提供超过7个小时的照明费用。而到了2000年，这个时长达到了120个小时。人工照明第一次进入普通人的生活，它驱散了冬夜的寒冷，同时也增加了阅读和学习的机会，顺带说一句，这也降低了火灾的风险。这种创新并不存在显著的负面影响。
白炽灯占据统治地位达一个世纪之久，目前仍是照明的主要形式，至少在居家环境中如此，并一直持续到21世纪的头十年。当它让位于新技术时，这也是在胁迫之下而出现的，是不得已而为之。也就是说，它必须被禁止了，因为它的替代品太受欢迎了。2010年左右，为削减二氧化碳排放，全球各国政府在紧凑型荧光灯泡（节能灯）制造商的游说下做出了决定，以法令的形式“逐步淘汰”白炽灯，这被证明是一种愚蠢的行为。紧凑型荧光灯这个替代品需要太长的时间预热，并不像广告所说的那样持久耐用，而且废品的处置也会带来一定的害处，它们还昂贵得多。在绝大多数消费者看来，它们的节能并不能弥补这些缺点，所以它们不得不被强行推到市场之中。单就英国这一个国家的支出来说，强制购买所支付的费用以及伴随这种购买而出现的补贴估计就达到27.5亿英镑左右。
最糟糕的莫过于，如果政府能够多等几年的话，它们会发现出现了一个更好的替代品，它甚至在能源方面更加节约，而且毫无缺点，它就是发光二极管（light-emitting diodes，LED）。在白炽灯和紧凑型荧光灯都被迅速地抛弃之前，紧凑型荧光灯只维持了6年的统治地位，厂商们也因为发光二极管成本的下降和质量的提升而停止生产这两种灯泡了。这就好像是政府在1900年强迫人们去购买蒸汽汽车而不是等待拥有更好的内燃机车辆一样。紧凑型节能灯是政府在创新上的一个糟糕的案例。如经济学家唐纳德·布德罗（Don Boudreaux）所言：“强制美国人从使用一种类型的灯泡转向另外一种的任何立法都必定是一种可怕的利益集团政治的产物，这种政治具有不计后果的象征意义，它的目的是安抚那些日益相信天要塌下来的选民。”
发光二极管灯（以下称LED灯）实际上蓄势待发很久了。它背后的现象是半导体有时候在导电时会发出暗淡的光，这种现象于1907年在英国被首次观测到，并且苏联于1927年首次进行了研究。1962年，通用电气（General Electric）一个名为尼克·何伦亚克（Nick Holonyak）的科学家无意中发现了用砷化镓磷化物制造出能发明亮红光的发光二极管的方法，他当时正尝试着开发一种新型激光。能发黄光的发光二极管很快就在孟山都（Monsanto）的实验室里制造了出来，到20世纪80年代，手表、交通信号灯和电路板中已经用上了发光二极管。但是在日本日亚化学（Nichia）工作的中村修二（Shuji Nakamura）于1993年用氮化镓开发出发蓝光的发光二极管之前，人们一直认为发光二极管是不可能发出白光的，这使得LED灯一直未进入主流的照明领域。
人们用了20年时间才把这种固态照明的价格降到合理的水平。如今这种情况已经发生了，不过它的影响是显著的。LED灯的耗电量特别小，甚至没有连接电网的家庭也可以使用太阳能电池板实现很好的照明，这对于贫穷国家那些位于偏远地区的房屋来说是一个宝贵的礼物。它们让智能手机里有了明亮的闪光灯。它们的散热量非常小，从而使得在室内大规模种植生菜和草本植物的“立体”农业成为可能，尤其是在利用可调谐的发光二极管来产生最适合光合作用的波长方面。
无所不在的汽轮机
如果说纽科门出身低微，年轻时又穷又目不识丁，那么蒸汽动力史上的另一个关键人物则完全不一样。查尔斯·帕森斯（Charles Parsons）是家财万贯的罗斯伯爵（Earl of Rosse，一个爱尔兰贵族）三世的第六个儿子。他出生在爱尔兰奥法利郡的比尔城堡（Birr Castle），并在那里长大成人，在前往剑桥大学攻读数学专业之前，他接受的是私人家教，而非公立学校的教育。
但这并不是典型的贵族式家庭。伯爵本人是一个天文学家和工程师，他鼓励自己的儿子们把时间用在作坊里而非图书馆里。查尔斯和他的兄弟们造了一个蒸汽机，这可以为伯爵磨削天文望远镜的反光镜提供动力。离开大学后，帕森斯没有在法律、政治或金融领域谋得一个安逸的职位，而是在泰恩河畔的一家工程公司当起了学徒。他是一个才华横溢的工程师，1884年，他设计了蒸汽轮机并获得了专利，这个经过很少修改的汽轮机将被证明是一种不可或缺的机器，它会给世界提供电力，给军舰和海上的轮船以及后来空中的喷气式飞机提供动力。直到今天，之所以电灯可以照亮每个角落，军舰可以在汪洋大海上游弋以及飞机可以在天空中翱翔，依靠的基本上还是帕森斯设计的汽轮机。
汽轮机是绕轴旋转的一种设备。利用蒸汽（或水）让某些东西旋转起来有两种方式——冲力或反作用力。把源自固定喷嘴上的蒸汽对准轮子上的叶片就可以让轮子转动起来，并且让喷嘴中的蒸汽以一个角度喷射在轮子外部也会让轮子转动起来。在公元1世纪，亚历山大港的希罗（Hero of Alexandria）建造了一个旋转球体，他所用的动力来自两个固定角度的喷嘴喷出的蒸汽。帕森斯在早期得出结论说，冲击式汽轮机效率较低，并且会给金属制品造成压力。他还意识到一系列汽轮机（每个都由一些蒸汽驱动旋转）将更高效地采集更多的能量。为了从汽轮机产生电力，他重新设计了发电机，不到几年的时间，他就用越来越大的帕森斯汽轮机建造了第一个输电网络。
帕森斯成立了自己的公司，但不得不放弃他原创设计的知识产权，在回归平行的轴流式汽轮机之前，他花了5年的时间尝试建造径流式汽轮机。他尝试让海军对这种设备产生兴趣，以便把它作为给轮船提供动力的一种方式，但没有成功。所以在1897年，他决定给皇家海军来一个突如其来的“惊喜”。
帕森斯非常热衷于乘坐轮船和游艇，他制造了一艘名为“透平尼亚号”（Turbinia）的快艇，用蒸汽涡轮机驱动螺旋桨旋转来提供动力。初次航行的结果很让人失望，主要是因为螺旋桨存在问题，这导致在水中出现了“空穴”，旋转的叶片后方存在着浪费能量的小型真空区。帕森斯和克里斯托弗·利兰德（Christopher Leyland）又回到了实验室中，为找到可以解决空穴这个问题的涡轮机，他们尝试了很多款设计。他们反复尝试着，有时候甚至是彻夜不眠，当女仆们在第二天早晨来家里工作的时候，他们还在水箱里忙碌着。这是让人沮丧的工作，但是到1897年，帕森斯用3个轴流式汽轮机取代了单独的径流式汽轮机，单传动轴被替换成3个轴，每个轴都安装了3个螺旋桨。他通过试航知道了，这艘有9个螺旋桨的小船的航速可以达到34节，比当时的任何一艘船都快很多。他甚至还在1897年4月对此发表了一次公开演说，《泰晤士报》（Times）轻蔑地报道说，就船舶而言，涡轮机技术“仅仅存在于实验阶段，或许近乎处于胚胎阶段”。他们错得有多离谱！
同年的6月26日，为庆祝维多利亚女王的加冕60周年，大舰队集结于斯皮特黑德（Spithead）接受威尔士亲王检阅，帕森斯也在策划一场大胆的特技展示。140多艘舰船集结成四列纵队，位列两旁，总长绵延25英里[1]。在这些纵队中间的是蒸汽动力的皇家船队，分别是载着威尔士亲王的维多利亚和阿尔伯特号（Victoria and Albert），载着其他皇室贵宾的P&O公司客轮迦太基号（Carthage），载着英国海军大臣的女巫号（Enchantress），载着上议院议员的多瑙河号（Danube），载着下议院议员的丘纳德客轮坎帕尼亚号（Campania），以及载着各国大使的埃尔多拉多号（Eldorado）。还有一列受邀的外国战舰，包括载着普鲁士亨利亲王（Prince Henry of Prussia）的威廉国王号（König Wilhelm）。
帕森斯无视规则且避开了执行警戒任务的快速蒸汽船，驾驶着“透平尼亚号”在战舰的队列中全速前进，然后于王公大臣面前在波涛间穿行，皇家海军的舰艇也只能徒劳地追赶着，其中一艘还差点与海面上的一只快船撞在一起。这引起了轰动，出人意料的是，帕森斯的举动并没有让皇室龙颜大怒，反而帮了皇室的大忙，现场的德国人见证了这一场面，普鲁士的亨利亲王给帕森斯发去了贺信，海军领会了贺信中的暗示，并且在1905年决定未来所有的战舰都要用涡轮机提供动力。皇家海军无畏号是第一艘安装了汽轮机的战舰。1907年，有人拍到由帕森斯汽轮机提供动力的大型客轮毛里塔尼亚号（Mauretania）跟她“娇小”的前辈“透平尼亚号”并排停泊在一起。
在某种程度上来说，斯皮特黑德事件有一定的误导性。汽轮机和电力的历史完全是渐进的，不是以任何突然的阶跃变化为标志的。帕森斯只是沿着这条路前进的很多人中的一个，这些人逐步地设计和改进了可以产生电力和动力的机器。这是一种演化，而非一系列革命。在前进的过程中，每一个关键的发明都是建立于前一个发明之上的，并且让下一个发明成为可能。1800年亚历山德罗·伏特（Alessandro Volta）制造出了第一个电池；1808年汉弗里·戴维（Humphry Davy）制造了第一个弧光灯；1820年汉斯·克里斯蒂安·奥斯特（Hans Christian Oersted）在电和磁之间建立起了关联；1820年迈克尔·法拉第（Michael Faraday）和约瑟夫·亨利（Joseph Henry）制造出了第一台电动机，并于1831年制造出了第一台发电机。波利特·皮克西（Hippolyte Pixii）在1832年制造出了第一台直流发电机，塞缪尔·瓦利（Samuel Varley）、维尔纳·冯·西门子（Werner von Siemens）和查尔斯·惠斯通（Charles Wheatstone）都在1867年想到了全功率发电机；齐纳布·格拉姆（Zénobe Gramme）于1870年把这种想法变成了直流发电机。
帕森斯汽轮机将燃煤产生的能量变成电能的效率大约是2%。今天，一个现代的燃气轮机联合循环发电机组的效率大约是60%。一个有关二者之间进展的图表表明，这是一个持续改善而非阶跃变化的过程。到1910年，工程师们通过废热来预热水和空气，已经把效率提高到了15%。到1940年，通过利用超细粉煤，蒸汽再热和更高的温度，其效率已经接近于30%了。在20世纪60年代，随着联合循环发电机有效地将一种形式的涡轮喷气发动机和蒸汽涡轮机一齐引入之后，潜在的效率几乎翻了一倍。挑选出在前进的道路上带来重大改变的聪明人既是困难的，也是有误导性的。这是许多大脑的协同努力。在关键技术被“发明”出来不久之后，创新就持续下去了。
[1] 1英里=1609.344米。
核能与缺乏创新的现象
在成规模的能源创新方面，20世纪只见证了一种，那就是核能。虽然风能和太阳能有了很大的改善并且也有广阔的前景，但是它们所提供的能源只占不到全球能源的2%。就能量密度来说，核能无可匹敌。只要恰当地接入行李箱大小的一块核燃料，便可以为一个城镇或者一艘航母提供不竭的动力。民用核能的发展是应用科学的胜利，这场胜利始于核裂变和链式反应的发现，一路经历了把理论转换成核弹的曼哈顿计划，逐步发展出了可控核裂变反应的工程应用，并最终将该工程应用于加热水蒸气。如果利奥·西拉德（Leo Szilard）没有在1933年认识到链式反应的潜力，如果不是莱斯利·格罗夫斯将军（General Leslie Groves）在20世纪40年代主持了曼哈顿计划，如果不是海曼·里科弗上将（Admiral Hyman Rickover）在20世纪50年代开发出了第一个核反应堆，并将它改装到潜艇和航母上，这一切都无从谈起。这些名字恰恰说明，这是军方、国有企业、私人承包商协作的结果。到20世纪60年代，这些成果的积累最终形成了在全球各地建设核电站的大型项目。这些核电站只需要用少量的浓缩铀，就能制造大量的水蒸气，为全世界提供可靠、持续且安全的能源供应。
不过如今，核能作为一种产业，在整体上它在衰退，随着老旧核电站关停的速度超过新电站投产运营的速度，核电的产出开始萎缩。作为一项创新，核能的时代已经过去了，而作为一项技术，核能也已经停滞不前了。这种情况的出现并不是因为缺乏新的想法，而是因为某种不寻常的原因，也就是缺乏试验的机会。核能的发展是一个创新只要畏缩不前就会出现倒退的警示故事。
问题在于成本膨胀。几十年来，核电站的成本在不断地增加，主要是因为在安全性上越来越谨慎。这个行业始终与试错无缘，而这是人类已知的降低成本的最有效办法。就核能来说，一个错误就可能会导致巨大的灾难，而且试验的成本巨大，所以核能无法开启试错流程。我们卡在了一种不成熟且低效的技术上，即压水反应堆技术。而且就连这种技术也要被逐渐扼杀了，因为激进的反核运动让公众倍感焦虑，他们要求监管当局采取相应措施。同时，对于政府向全球推行的核技术，即便推广做好了万全的准备，它们有时候也会踌躇不前，如果任由其进展得缓慢一些，它们可能会表现得更好。横贯美国大陆的铁路满盘皆输，并以破产告终，只有一条私人出资的铁路幸免于难。人们不由得会想，如果核能的开发不那么匆忙，并且如果不是军事副产品的话，那么它可能会发展得更好一些。
核物理学家伯纳德·科恩（Bernard Cohen）在1990年出版的图书《核能选项》（The Nuclear Energy Option）中认为，在20世纪80年代，大多数西方国家停止建设核电站的原因并不是因为害怕出现事故、核泄漏或者放射性废料的扩散，而是因为监管导致成本出现了无法改变的攀升。后来的情况证明了他的判断尤为正确。
实际上，并不缺乏新型核能的想法。工程师们的演示文稿中有数百种裂变反应堆的设计方案，有一些在过去已经达到了工作原型设计的程度，而且如果这些设计方案能够得到像传统的轻水反应堆一样的经费支持的话，它们可能还可以走得更远。液态金属反应堆和熔盐反应堆是两个宽泛的类别。后者可以利用钍基熔盐或氟化铀工作，可能还有包括锂、铍、锆或钠在内的其他元素。这种设计的关键优势在于，燃料以液体形式而非固体棒出现，所以冷却得更均衡，废物的移除也更容易。它的运行不需要高压环境，因而风险也降低了。熔盐既是冷却剂，同时也是燃料，并且它具有有序的性能，随着它逐渐变热，反应会减速，因而不太可能发生堆芯熔毁。此外，这种设计还包括一个插头，它可能会在超过特定温度时熔化，从而可以将燃料排入一个可以终止裂变的腔室，这是第二个安全保障系统。与切尔诺贝利（Chernobyl）核电站相比，这更加安全。
钍的含量比铀更丰富一些；实际上，可以通过制造铀-233来几乎无限制地产生钍元素；利用相同数量的燃料，钍可以产生的电力几乎是铀的100倍；它不会产生裂变钚；它产生的废物更少，半衰期也更短。尽管美国在20世纪50年代下水了一艘装有钠冷却剂的潜艇，并且在60年代建造了两个试验性的钍基熔盐反应堆，但是因为所有的经费、教育培训和兴趣都着眼于轻水铀的设计，所以这个项目最终终止了。各国都在思考如何扭转这个决定，但是没有一个国家真的敢冒险一试。
即便尝试了，他们似乎也不太可能实现20世纪60年代做出的那个臭名昭著的承诺，即核能终有一天会“便宜到可以忽略不计”。问题仅仅在于，核能是一种不太适合在做中学的技术，而这对于创新实践来说是最关键的。因为每一个核电站都十分巨大且造价不菲，所以不太可能通过试验来降低成本。即便是在施工的半路改变设计方案都不太可能，因为在施工之前，每一种设计方案都要通过大量的盘根错节的监管。你必须提前设计好，并且在施工中始终坚持那种设计，或者就只能回到原点，推倒重来。在任何一种技术中，这样的行事风格都无法降低成本和提高性能，这会让计算机芯片停留在1960年的阶段。我们像建设埃及金字塔一样，把核电站看成了一个一次性的项目。
在1979年三哩岛（Three-Mile Island）事故和1986年切尔诺贝利事故之后，环保激进分子和公众提出了更高的安全标准。他们也确实得到了这样的标准。根据一项估算，以生产每单位电力计算的话，燃煤、生物能、天然气、水电和太阳能（人们在安装电池板时从屋顶跌落）导致的死亡人数分别是核能的2000倍、50倍、40倍、15倍和5倍，甚至风能造成的死亡人数也几乎是核能的2倍。上述统计包括切尔诺贝利事故和福岛（Fukushima）核事故造成的死亡人数。额外的安全要求只不过是把核电站从一个非常安全的系统变成了一个极其安全的系统。
又或许，他们让核电站变得更不安全了。不妨想一下2011年的福岛事故。福岛核电站的设计存在着巨大的安全漏洞。它的水泵安装在一个非常容易被海啸淹没的地下室里，而在更现代的设计中，不太可能出现这种简单的设计错误。这是一个陈旧的反应堆，如果日本仍然在建设新的核反应堆的话，那么福岛的方案会在此后被逐步淘汰掉。被费用巨大的过度监管所扼杀的核电扩建和创新使得福岛核电站超期运行，因而降低了这个系统的安全性。
监管者所要求的额外的安全性带来了很高的代价。投入到核电站施工现场的人力大为增加，但绝大多数都是在文件上签字的白领。据一项研究显示，20世纪70年代期间，新的监管使得每兆瓦电能所需的钢材、水泥、管道和电缆的数量各自增加了41%、27%、50%和36%。实际上，随着监管矛头的转向，这些项目开始增加新的功能来预测规则的变化，尽管这些变化有时候甚至根本不会出现。至关重要的是，这种监管环境迫使核电站的建设者们抛弃了解决意料之外问题的现场创新实践，以免导致监管造成的项目重置，这进一步增加了成本。
当然，出路在于把核能做成一个模块化系统，提前在生产线上大量生产小型的、预制的反应堆，然后在每个核电站现场进行组装，就像把鸡蛋放在篮子里一样。就像对福特的T型车所做的那样，这可以降低成本。问题在于，验证一个新反应堆的设计，需要3年的时间，对于轻型的反应堆来说，很少有或者说没有捷径，所以认证费用更多地落在了轻型的设计上。
同时，核聚变，即氢原子聚变形成氦原子并释放能量的过程，可能最终会兑现它的承诺，开始在接下来的几十年里提供几乎用之不竭的能量。高温超导体的发现以及球形托卡马克的设计可能会最终平息“我们离核聚变永远还差30年”这个古老的笑话，而今自这两样发明出现以来已经又过去30年了。现在，利用很多相对较小的反应堆产生电能的方式，核聚变可能会结出商业上的硕果，每一个小型反应堆的发电量都可能会达到400兆瓦。这是一种几乎不会产生任何爆炸风险或堆芯熔毁风险的技术，它产生的放射性废物极少，也不用担心它会成为制造核武器的材料。它的燃料主要是氢的同位素，而这种燃料可以使用反应堆自身的电力从水中分解出来，所以它在地球上的印迹会很小。与核裂变一样，核聚变仍然需要解决的主要问题是，如何通过大规模量产反应堆来降低成本，并有能力在前进的道路上根据经验进行再设计，以便吸取削减成本的经验。
页岩气带来的惊喜
21世纪最让人惊奇的故事之一就是天然气的崛起，就在十几年前，这种燃料还被认为是马上要耗尽了，而今它却变得既便宜又丰富了。这主要是一个从页岩中产生了天然气的创新的故事。直到2008年左右，能源专家们所持的传统看法仍然是，到21世纪初，在所有实用程度上的便宜的天然气供应将会消耗殆尽。石油和煤炭会持续得更久一些。此前人们反复地做着这种预测。1922年，由沃伦·哈定（Warren Harding）总统成立的美国煤炭委员会在11个月的时间里访谈了能源行业的500个人，并得出结论说“天然气的产量已经开始减少了”。1956年，石油专家哈伯特（M.King Hubbert）预测说，美国的天然气产量会在1970年达到每天生产380亿立方英尺[1]的高峰，然后就会下降。实际上，当时已经达到了每天580亿立方英尺的产量，并且仍在增加。如今它的产量已经超过了每天800亿立方英尺。
最终的结果表明，这些预测错得十分离谱，原因有二。首先，美国在20世纪70年代基于天然气是稀缺的这一理论而对天然气施行严格的价格管制，有效地抑制了按正常轨迹发展的天然气勘探。开采公司把天然气当成是一件麻烦事，它们不是烧掉剩余的天然气就是停产停工，转而去追求石油开采。这确实导致了产量达到峰值，而很多人误以为这是储量耗尽的开端。不可思议的是，美国政府在20世纪70年代通过几项了措施，严禁可以获取到煤炭的任何公用事业利用石油或天然气来发电，严禁建设不使用煤炭的工厂。里根总统对天然气产业解除管制带来了产量的激增。
创新是导致21世纪的第二个十年出现天然气供应过剩的第二个原因。从整个美国来看，天然气和石油勘探公司开始寻找一些方法，以从每个油气田挤出更多产量，以及从油气不会自然流动的“低渗透”岩石中挤出油气。这导致了20世纪90年代在得克萨斯州意外地发现了“滑溜水”水力压裂法，通过与可以实现在岩石的缝隙内转向后，水平钻进几英里的水平井拐角技术[2]相结合，这种方法可以把坚硬的页岩变成石油和天然气的巨大来源，而大多数碳氢化合物就储存在页岩中。再加上海上天然气，以及为便于海上运输而让天然气液化的能力，如今全球拥有天然气这种最清洁、最低碳以及最安全的化石能源的充足供应的原因就一清二楚了。
滑溜水水力压裂取得重大突破的关键地点位于沃斯堡（Fort Worth）附近的巴涅特（Barnett）页岩，那里有一个名叫乔治·米切尔（George Mitchell）的企业家，他的父亲是一名希腊牧羊人，由于给芝加哥提供天然气，米切尔变得富有起来。他拥有一个令人满意的固定价格合同。如果他搬到其他地方，那他就要降价。所以他竭力地想从巴涅特页岩中压榨出更多的天然气，他在那里有很多开采权。到20世纪90年代末，那里的产量日渐减少，所以米切尔能源（Mitchell Energy）的股价也日益下降，这使得米切尔个人陷入了困境之中，因为他承诺要做慈善事业，而这是靠以他的股份为抵押的贷款来支撑的。他的妻子患有阿尔茨海默症，而且他也有前列腺问题。按理说，这个78岁高龄的千万富翁应该十分理智，他应该像很多石油巨头们已经在做的那样放弃美国来减少他的损失。天然气的未来在海上，或在俄罗斯和卡塔尔。但是和很多创新者一样，米切尔并不理智，他一直试图让天然气从页岩中冒出来。
众所周知，巴涅特页岩富含碳氢化合物，但是它们并不能轻易地流动，所以需要在地下深处把岩石压裂，这样微型裂缝就会敞开。一项身负盛名的技术可以做到这一点，它利用凝胶来让裂缝敞开，并且让天然气漏出来。这种技术在一些岩石中非常奏效，但是在页岩中不太有用。为试着让这项技术在巴涅特油气田上也能够奏效，米切尔投入了2.5亿美元，却铩羽而归。
1996年的一天，米切尔公司的一个名叫尼克·斯坦斯伯格（Nick Steinsberger）的员工发现了一种有些莫名其妙的结果。他正雇用承包商向井下泵入混有大量沙子的硬化凝胶。但因为凝胶和沙子都很昂贵，所以为降低成本，他一直强迫提供服务的公司降低泵入洞里的混合物中凝胶和化学材料的数量，并在页岩中泵入更少的黏性物质。在这一天，凝胶太稀了，以至于它不能恰当地“凝固”。不过斯坦斯伯格还是把它泵到了洞中，并且注意到油气井的天然气产量出现了相当不错的激增。他又在更多的油气井中进行了尝试，也得到了类似的结果。在与来自另外一个公司的朋友——麦克·迈尔霍费尔（Mike Mayerhofer）一起观看棒球比赛时，他从迈尔霍费尔那里听到了类似的故事，在不同类型的岩石中，加入一点润滑油和更少沙子的水的效果非常不错，迈尔霍费尔提到的岩石就是得克萨斯州东部的致密砂岩。
所以斯坦斯伯格在1997年开始刻意地利用含更多水剂的配方，这种水剂基本上是由较少的沙子和非常少量常见的厨房水槽洗涤用品（基本上是漂白剂和肥皂）混合而成的，而非凝胶。他在三口油气井中进行了尝试，但并未奏效。“压力上升的太高了，这迫使我终止了水泵作业，因为滑溜水并没有像它在更具渗透性的致密砂岩中表现的那样把沙子带入到页岩中。”1998年初，他失望透顶，并且老板们已经做好了放弃巴涅特页岩的准备，他说服了管理层，让他再测试三口油气井。这回他在作业的工程中泵入了更多的滑溜水，不过大大提高了沙子的浓度。第一口油气井——“S.H.Griffin Estate 4”冒出了大量天然气，并且持续了几个月之久。他意识到自己已经发现了造价只有原来的一半，而且产量高达两倍的配方。这是偶然现象吗？并不是，其他两口井也产生了类似的结果。
斯坦斯伯格的突破改变了乔治·米切尔生命的最后岁月，在他出售自己的公司时，他已经是一个亿万富翁了。巴涅特页岩成为美国最大的天然气生产地。复制了这种做法的其他地方都在各种页岩中得到了同样的效果——路易斯安那州、宾夕法尼亚州、阿肯色州、北达科他州、科罗拉多州，然后又是得克萨斯州，不过它们都用后来的创新持续改进了斯坦斯伯格的方法。很快同样的技术也被用来提炼石油。如今美国不仅是全球最大的天然气生产国，还是全球最大的原油生产国，这完全要感谢页岩压裂革命。仅得克萨斯州帕米亚盆地（Permian basin）现在的原油产量就达到美国2008年全年的产量，同时比除伊朗和沙特阿拉伯之外的其他任何一个欧佩克（石油输出国组织）成员国的产量都要多。21世纪初，美国开始建设大型的天然气进口码头，如今这些已经变成了出口码头。廉价的天然气在美国的电力产业中已经取代了煤炭，因而其碳减排的速度比任何一个国家都快很多。这削弱了欧佩克和俄罗斯的地位，从而使得俄罗斯为捍卫其市场份额而支持反水力压裂的活动人士，这种做法在欧洲取得了很大的成功，因为在很大程度上来说，欧洲不准进行页岩探测。
2015年，为了让水力压裂破产，欧佩克蓄意地引发了廉价天然气和廉价石油的供应过剩，不过这产生了适得其反的效果，虽然它消灭了较弱的公司，但是却迫使幸存下来的公司不得不去解决如何在每桶原油60美元、50美元和40美元的情况下仍然具有竞争力。廉价碳氢化合物的可用性给美国的制造业带来了优势，因而使得化工行业迅速地“回流”美国，并造成了化工公司离开欧洲的高潮。有十几个国家基于日益飙升的化石能源价格而认为风能和核能看起来并没有那么昂贵，因而它们出台了一些能源政策，比如英国，这几乎在一夜之间成为代价昂贵的愚蠢行为。
为何这种革命会发生在美国一个过时的、石油和天然气已经枯竭且充分开采过的区域？在某种程度上来说，答案就在于产权。因为矿产开采权属于当地的土地所有者，而非国家，也因为美国并没有像很多其他国家那样，比如墨西哥和伊朗把石油公司国有化，在风险投资雄厚财力的支持下，美国存在着一种石油钻探观念，这种观念是竞争的、多元的和富有企业家精神的，并在“盲目钻探”的行业中有所体现。在产生正的现金流之前，早期的水力压裂法花费了大量的借入资金。一个关键的创新者在讲述这个故事时说道：
小公司通常在从土地所有者那里租借开矿权方面占有先机，因为他们与土地所有者的互动通常更加私人化。很多小公司趋之若鹜地追求页岩气生产，因而导致了大量的各种各样的钻探和完井方式得以实践，并且在众多盆地中得到了测试。这些“实验室”导致了（开采技术的）持续改善，并且促成了经济上的成功。
所以在水力压裂法上，反复试验对于创新来说是至关重要的。斯坦斯伯格犯了一系列幸运的错误，在此过程中也失败多次。当他发现了这种配方时，他也不知道为何这种配方会奏效。地震专家克里斯·怀特（Chris Wright）很快对此做出了解释。怀特是顶峰矿业公司（Pinnacle）的一个工程师，该公司正利用新的倾斜仪设备来帮助米切尔公司追踪地下水力压裂的进展，怀特指出滑溜水压裂产生了多条裂缝的大型网络。他在20世纪90年代初开发了一个多条裂缝同步增长的模型，“水力压裂领域所有守旧的人都对这个模型嗤之以鼻，因为他们坚信多条裂缝总是会迅速地合并成一条单一的裂缝”。最终证明怀特是正确的，加压水在岩石中产生了交叉的裂缝，从而极大地增加了接触到沙子的表面积。裂缝在一个方向会蔓延一英里或好几英里，而且在轴线的两侧都会伸展数百米。在这个例子中，科学紧跟在技术后面，而非相反。将启动这种创新的功劳归功于联邦政府的近期尝试通常都不得要领。是的，很多研究是在政府实验室完成的，但是大多都发生在与天然气行业的合约范围内，因为在很大程度上来说，这些地方有像米切尔和现在已经是这个行业的领袖之一的怀特这样的创造了这种研究需求的企业家。
起初，环保分子们热烈欢迎页岩气革命。2011年，参议员蒂姆·沃思（Tim Wirth）和约翰·波德斯塔（John Podesta）将天然气热忱地视为“最清洁的化石能源”，他们写道水力压裂法“创造了前所未有的机遇，并将天然气作为通往21世纪能源经济的桥梁燃料，而21世纪的能源经济是依赖于效率、可再生能源和诸如天然气这样的低碳化石能源的”。全球护水者联盟的掌门人小罗伯特·肯尼迪（Robert Kennedy，Jr）在《金融时报》（Financial Times）的文章中写道，“短期来看，天然气是‘新’能源经济的一种显而易见的桥梁燃料”。然而，很明显的是，这种廉价的天然气意味着这个桥梁会很长，因而给可再生能源产业的可行性带来了威胁。（行业的）自私自利使得肯尼迪撤回了他适时发表的看法，转而将页岩气称为“大灾难”。
在水力压裂法开始的腹地（得克萨斯州、路易斯安那州、阿肯色州和北达科他州）反对者甚少。大量的空地、石油钻探的悠久传统以及勇于尝试创业的文化确保了页岩气革命即便在当地的抗议活动下，也未受太多阻挠并蓬勃发展起来。但当它扩散到东海岸时，页岩气突然开始招致了反对，先是宾夕法尼亚州，随后是纽约，环保人士在反对党的支持下找到了筹款，通过雇佣一些知名明星，包括像马克·鲁法洛（Mark Ruffalo）和马特·达蒙（Matt Damon）这样的好莱坞演员，这股潮流的步伐加快了。有关供应有毒的水、管道泄漏、废水污染、放射性、地震和额外的交通堵塞的指控越来越多。就像铁路刚出现时那些初期的反对者们指责火车让马匹放弃了它们的马驹子一样，在对页岩气行业的控诉方面，任何指责都是十分荒谬的。因为每一种恐慌破产之后，新的恐慌就会出现。尽管成千上万口燃气井提供了数以百万计的从事“水力压裂”的工作岗位，但是它所带来的环境或健康问题极少且轻微。
[1] 1立方英尺=0.028 316立方米。
[2] 即水平钻井转向。——译者注
火的统治
在我们讲述创新的故事的过程中，缺憾之一就是我们有失公允地挑选出了一些个体，因而忽视了小人物的贡献。我选择了讲述纽科门、瓦特、艾迪森、史旺、帕森斯和斯坦斯伯格的故事，但是他们都是拱门上的一块石头或链条上的一个环节。并非他们所有人最终都变得十分富有，更别说他们的子孙后代了。今天没有一个基金会以他们任何一个人的名字命名，并且或是由他们的资金提供支持的。反而是我们享受着他们的创新所带来的大部分好处。
然而能源本身确实值得单独挑出来说一说。仅仅是因为创新就是变化，而变化需要能源，所以我们可以说能源是所有创新之源。能源转换不仅至关重要，而且还相当困难且缓慢。约翰·康斯太勃尔认为，对于历史上的绝大多数时期来说，由小麦、风和水所提供的能源供应都太薄弱了，以致无法在足够规模上产生出可以改变人们生活的复杂结构。接着在1700年出现了从热到功的转变，并且在能源投入方面，通过利用化石能源巨大的能源产量来创造奇异且复杂的物质结构突然就变得可能了。在今天，现代世界对化石能源的依赖性与20年前基本相同，大约85%的初级能源来源于化石能源。社会上绝大多数的能量需求是通过热提供的。1700年左右，“火的推进性使用”在热和功之间建立起了奇怪的关联，它进入了人类的生活之中并且如今对全世界来说仍然至关重要，那最终会废黜它的东西会是什么？目前尚无人知晓。
第2章 公共卫生一种由一个庸俗的、目不识丁的人而非由精通哲学或擅长医术的人发明的手术方法；一种对人类具有最高程度益处的方法。
1701年，吉亚科莫·普拉利尼（Giacomo Pylarini）论天花接种
玛丽夫人枕边的敌人
在托马斯·纽科门建造他的第一台蒸汽机的同一年，也就是1712年，并且在距离建造地点不远的地方，在一列火车上发生了一段更加浪漫的插曲，这段插曲将间接地拯救更多的生命，它的社会地位也更高一些。博览群书又倔强的玛丽·沃特利·蒙塔古夫人（Lady Mary Pierrepoint）正值23岁芳龄，为逃避前景沉闷的婚姻，她正准备与人私奔。她的追求者是富有的爱德华·沃特利·蒙塔古（Edward Wortley Montagu），玛丽与他有着大量的通信，其中充斥着激烈的分歧以及露骨的情话。不过他未能就玛丽的婚姻契约与玛丽更富有的父亲金斯顿伯爵（后来的公爵）达成一致。但是对她的父亲强迫她嫁给一个有钱的笨蛋的前景堪忧，克洛特沃西·史格芬顿阁下（Honourable Clotworthy Skeffington）说服了玛丽，让她与沃特利（玛丽是这样称呼他的）旧情复燃。玛丽建议私奔，沃特利也在一反常态的冲动之下同意了，尽管这样做会错失玛丽的嫁妆。这段插曲变成了闹剧，沃特利迟到了，玛丽独自动身前往汇合点，沃特利在一个小旅馆追上了玛丽，但是没有意识到她就在里面，不过经历过更多的意外之后，二人最终还是相遇了，并于1712年10月15日在索尔兹伯里完婚。
在这个浪漫的开始之后，这段婚姻却让人大失所望，作为丈夫的沃特利冷酷且毫无想象力。他博学、有口才又机智的新娘在伦敦文学界崭露头角，她与亚历山大·蒲柏（Alexander Pope）用维吉尔（Virgil）的风格撰写过田园诗，并且与当时的文坛和社交名流交好。约瑟夫·斯宾塞（Joseph Spence）后来写道，“玛丽夫人是世界上最非凡的光辉人物之一；她像彗星一样闪耀；她很不寻常并且思绪总是在游荡。她是世界上最具智慧、最放肆、最美丽动人、最难相处、最本真、最冷酷的女性”。
天花在她的皮肤上留下了疤痕，并让她出了名。这种恶性的病毒是人类最大的杀手，对18世纪初期的伦敦来说，这一直是一种威胁。它杀死了玛丽二世女王和她的侄子，斯图亚特王朝最后一个非天主教徒的王位继承人，即年轻的格洛斯特公爵；它还差点杀死了汉诺威选帝侯夫人索菲亚和她的儿子乔治，后者注定要成为英国的下一位国王。它于1714年杀死了玛丽夫人的哥哥，并且于翌年几乎也杀死了她，因而让她的皮肤留下了严重的疤痕，而且还失去了眼睫毛，这残酷无情地折损了她的美丽容颜。
但是将给她带来持久名声的恰恰是天花，因为她成为在西方世界推动预防接种这种创新性做法的第一批提倡者，当然也是最具热情的人。1716年，她的丈夫被派往君士坦丁堡出任大使，玛丽夫人带着她年幼的儿子陪丈夫一同前往。她并没有发明预防接种的方法，她甚至是平生首次接收到预防接种的消息，但作为一个女性，她能够在隐匿于奥斯曼社会之中的妇女身上看见这种做法的细节，然后把它带回家乡，并支持在为孩子担忧的母亲中推行这种做法，以及让它流行起来。她是一个创新者，而非发明者。
两份有关用这种“嫁接”的做法来治愈天花的报告从君士坦丁堡送到了英国的皇家学会。这两份报告出自以马内利·提莫纽斯（Emmanuel Timonius）和吉亚科莫·普拉利尼，他们都是在奥斯曼帝国工作的医生。他们认为将来自天花幸存者的脓液与健康人手臂上的刮痕流出的血液混合可以预防天花。皇家学会发表了这两份报告，但是伦敦所有的专家都将其蔑视为危险的迷信行为。这些人认为，它更有可能引发而非阻止疫情的暴发，会给人们的健康带来一种有违良心的风险，纯属无稽之谈，以及是巫术。鉴于当时医生们蒙昧且毫无助益的实践，比如放血疗法，这种蔑视既具有讽刺意味，又或许是可以理解的。
似乎两个在中国的通讯员马丁·李斯特（Martin Lister）和克洛普顿·哈弗斯（Clopton Havers）甚至在更早之前——1700年就跟皇家学会提到过这种做法。所以这个消息并不算新鲜。这两个医生没能说服英国人，不过玛丽·沃特利·蒙塔古夫人的运气要好很多。1718年4月1日，她在土耳其给自己的朋友萨拉·基丝维尔（Sarah Chiswell）写了一封信，详细地叙述了预防接种的做法：
通过发明嫁接，在我们中间如此致命又如此普遍的天花在这里却变得完全无害了，嫁接是他们对这种做法的称呼。很多女性把施行这种方法当成了自己的任务……当她们见面时（通常都是十五六岁），一个老妇人会带来一个装满了最好的天花的小器皿，并问她们选择注入哪条血管。她迅速地用一根大针在你露出的血管上扎一下（产生的痛感跟常见的擦伤差不多），并把落在针尖上的尽可能多的毒液送入静脉之中……没有一个人死于这种做法，你可能会相信，我对这种试验的安全性非常满意，因为我打算在我亲爱的小儿子身上试一把。作为一个爱国者，我将竭尽全力让这种有用的发明在英格兰流行起来。
玛丽夫人确实给她的儿子爱德华接种了天花，她焦急地看着他的皮肤在进入免疫健康状态之前突然出现了伤及自身的脓包，这是一种冒险的举动。在她返回伦敦后，也给自己的女儿接种了，她因为倡导多少有些鲁莽的手术而变得臭名昭著。这是道德哲学家们爱得发狂的某种版本的电车难题：你会让失控的卡车转向杀死五人而拯救一人的那条路，还是相反？你是有意地选择了一种风险来规避更大的风险吗？在那个时候，一些医生也加入了这项事业之中，尤其是查尔斯·梅特兰（Charles Maitland）。他在1722年给威尔士亲王的孩子们进行预防接种是这次运动中的一个重要时刻。但即便是此后，这种做法仍然被猛烈地斥责成残暴的行径。背后的部分原因是歧视女性情结和偏见在作怪，正如威廉·瓦格斯塔夫博士（Dr.William Wagstaffe）断言，“后人会难以相信，一群无知女性不计后果地对一群目不识丁者们的试验会突然被用在世界上最文明国家的皇宫中，而且这个试验进行的还很粗糙”。
差不多在同一时间，根据一个名叫阿尼西母（Onesimus）的非洲奴隶的证词，预防接种的措施出现在了美国，这个奴隶把有关情况告诉了波士顿传教士科顿·马瑟（Cotton Mather），时间可能要早于1706年，马瑟反过来又把这个情况告诉了医生扎布迪尔·博伊尔斯顿（Zabdiel Boylston）。因为在300个人身上尝试了预防接种，在跟他有竞争关系的医生的怂恿下，博伊尔斯顿遭到了猛烈的批评和危及生命的暴力对待，为避免被暴徒杀掉，他不得不在一个秘密的储藏室里躲了14天。创新通常需要勇气。
没过多久，疫苗接种这种更安全但类似的措施取代了后来被称为人痘接种的做法，即用天花本身进行预防接种，也就是说，利用了一种相关但比天花本身危险性更低的病毒，这种创新通常归功于爱德华·詹纳（Edward Jenner）。1796年，詹纳从一名挤奶女工莎拉·内尔姆斯（Sarah Nelmes）手上挤出了脓液，后者从一头叫布鲁沙姆（Blossom）的奶牛身上感染了牛痘，他又故意地将其传染给一个八岁的男孩詹姆斯·菲普斯（James Phipps）。然后，他尝试着让菲普斯感染天花本身，结果表明他对天花免疫了。詹纳真正的贡献就是这个实证证据，而不是疫苗接种本身，并且这也是他产生了如此之大的影响的原因。到那时为止，故意地让人染上牛痘以让他们对天花免疫的想法已经存在了30年了。一个名叫约翰·费斯特（John Fewster）的医生在1768年进行了尝试，并且德国和英格兰的几个医生也在18世纪70年代尝试过。早在那之前，这种做法可能已经在农民中广为应用了。
所以，这再一次表明，创新是渐进的，在精英人士邀功请赏之前，它开始于胸无点墨的普通人。这对詹纳来说可能有点不公平，跟玛丽·沃特利·蒙塔古夫人一样，他在说服全世界采用这种做法方面应该得到赞誉。尽管法国正与英国交战，但是受到詹纳对这种做法进行倡导的影响，拿破仑也让他的军队进行了接种，并且给詹纳颁发了一枚勋章，称他为“人类最伟大的救星之一”。
巴斯德的鸡
疫苗接种彻底地战胜了天花，曾经是这颗星球上对人类最致命的疾病在20世纪70年代就完全地灭绝了。重型天花（Variola major）这种更致命毒株的最后一个病例在1975年10月出现于孟加拉国。当时年仅三岁的拉希马·巴努（Rahima Banu）得以幸存下来，至今仍健在。最后一例轻型天花（Variola minor）在1977年出现于索马里。染上天花时已到成年的阿里·马奥·马阿林（Ali Maow Maalin）也幸存了下来，他一生的大部分时间都在致力于开展消灭小儿麻痹症的运动，2013年他死于疟疾。
疫苗接种展现了创新所具有的一种共同特征，也就是对创新的使用往往先于对它的理解。纵观历史，在没有科学地理解技术和发明为何会有用的情况下，这些技术和发明就已经被成功地采纳了。对于18世纪任何一个有理性的人来说，当他听到暴露于致命疾病的毒株之下可以防范该疾病的想法时，一定会觉得提出这个观点的玛丽夫人是疯了。因为这没什么合理依据可言。直到19世纪末，路易·巴斯德（Louis Pasteur）才开始解释疫苗接种如何以及为何奏效。
巴斯德煮沸了一种发酵的液体，他发现这些液体失活了，除非暴露于能带来细菌的空气中，否则它不会进一步发酵，由此巴斯德证明了细菌是微生物。他还通过让这种液体经由一个狭窄的鹅颈式容器与空气接触，容器的形状确保了细菌无法通过，最终证明了自己的观点。他在1862年自负地说：“自然发生说休想从这个简单实验的致命一击中死灰复燃。”
如果传染性疾病是由微生物引起的，那么是否就可以用微生物性质的变化以及人体对微生物的脆弱性的变化来解释疫苗接种？细菌和小得多的病毒之间的区别还要有待于后来的证明。巴斯德的理论源于一次偶然的事故。1879年夏，他出去度假，留下他的助手查理斯·尚柏朗（Charles Chamberland）用感染了霍乱的鸡汤给一些鸡打预防针，这是理解霍乱弧菌的性质的一系列实验的一部分。尚柏朗忘了这件事，自己也去度假了。在他们度假回来并且继续开展实验时，发现陈腐的肉汤能够让鸡生病，但不会杀死它们。
也许是出于直觉，巴斯德开始研究一个在正常情况下会轻易把鸡杀死的致命霍乱毒株，并把它注射给那些如今已经康复且饱受着长期病痛的禽类。这个毒株甚至都没能让它们染病，更别说杀死它们了。这个较弱的霍乱毒株让它们对更强的毒株免疫了。巴斯德开始意识到，疫苗接种奏效的方式是，通过一种不致命的微生物触发了抵抗一种更致命的微生物的免疫应答。他并没有意识到他对人类免疫系统依然一无所知。科学开始对技术奋起直追了。
终有回报的氯气赌博
1908年，新泽西的法庭上。正在审理泽西市供水公司（Jersey City Water Supply Company）的案件，该公司输了之前的官司，事实证明它没有给泽西市提供合同中规定的“纯净且卫生的饮用水”。问题出在该城市水库的上游，越来越多的人在那里盖房子，并且把厕所的污水直接排进河流之中，并最终流入了水库。在这个城市中，因伤寒致死的情况太常见了。尽管自1899年以来，已经移走了500多个户外厕所而且对水进行了过滤，但该公司无法阻止暴雨过后出现的供水污染，这种情况每年都会发生两三次。
鉴于法院给了三个月时间来改变这一局面，该公司的卫生顾问约翰·利尔博士（Dr.John Leal）想到了一个主意，把一种消毒剂，氯化漂白粉滴入供水中。到9月26日，也就是第二次庭审的前三天，厂房建设完成并正式投产，每天可持续用氯消毒4000万加仑[1]水。在庭审中发现，没有人许可利尔对泽西城的公民开展这项实验，当时公众普遍对饮用水中添加化学物质深恶痛绝。“化学消毒剂这个想法本身就是令人厌恶的。”麻省理工学院的托马斯·德朗（Thomas Drown）怒吼道，这也呼应了法庭中其他人的看法。利尔博士的决定是勇敢的，也是冒险的。
在法庭上，因为该公司并没有征求人们的同意，所以泽西市的律师反对该公司的说法，即可以通过一种对居民具有未知风险的快速的化学方法来履行为城市提供清洁水的职责。该律师甚至要求法官拒绝听取氯化漂白剂是否有功效的证据。法官拒绝了律师的请求，允许该公司陈述案情。在盘问的过程中，利尔在氯化作用的问题上是这样说的，“我认为这是最安全、最容易、最便宜也是最好的净化城市用水的方法，这个方法夜以继日，年复一年，无时无刻地服务着城市”。他还补充说，“我认为泽西城今天的供水是世界上最安全的”。
问：对那里的人们的健康有任何不良作用吗？
答：一点都没有。
问：你也喝这个水吗？
答：是的，先生。
问：习以为常地？
答：是的，先生。
经过了冗长的庭审，法官最终判定，该公司通过这种创新履行了它的职责。泽西城案是一个转折点，一个清洁用水的分水岭。全美以及全球所有的城市都开始利用氯化作用来净化供水，直到今天也是如此。伤寒、霍乱和腹泻的疫情迅速地消失了。但是利尔博士是从何处得到这个想法的？他在庭审中表示，这来自英格兰林肯（Lincoln）市的一个类似实验。跟大多数创新者一样，他没有宣称自己是这个方法的发明人。
在安装了供水的砂滤装置之后，林肯市的伤寒死亡率开始下降。但1905年的一次严重暴发让它再次遭到重创，导致125人死亡。这个城市找来了皇家污水处理委员会的细菌学家亚历山大·克鲁克香克·休斯顿博士（Dr.Alexander Cruickshank Houston）。在1905年2月抵达后的两天内，休斯顿博士设计了一个应急装置，通过重力将次氯酸钠（Chloros）滴入水中，并立即见到了效果，新的伤寒感染率没有再次上升。
但是休斯顿又是从哪里得到这个想法的？也许是从印度陆军医疗服务部一个名叫文森特·内斯菲尔德（Vincent Nesfield）的官员那里得到的，他在1903年发表了一篇论文，就如何制作和使用液氯来对供水进行消毒给出了明确的建议。内斯菲尔德的技术接近于今天所用的，而且大大超前于他那个时代。不过，对于他是否使用过以及在何处使用过这种技术，我们尚不得知。
那么内斯菲尔德先生是从哪里得到这个想法的？也许是从1897年秋季肯特郡梅德斯通（Maidstone）的一次伤寒暴发中得到的，这次暴发导致1900人患病，大约150人死亡。这一次，“在代表供水公司行事的西姆斯·伍德海德博士（Sims Woodhead）的监督下，于周六夜间用氯化漂白粉溶液对给梅德斯通的法莱区供水的水库和干线进行了消毒”。到12月份，疫情结束了。
而伍德海德博士又是从哪里得到这个想法的？也许是从当时一种众所周知的技术那里得到的，也就是把氯化漂白粉用作污水消毒剂。当时，把氯化漂白粉用作消毒剂在外科医生中也流行起来了，不过作为一种意识到他们在施行手术时应该要洗手的职业来说，他们的进展真是缓慢得让人羞愧难当，更别说用强力漂白剂洗手了。
1854年伦敦霍乱疫情期间，氯化漂白粉在苏豪区（Soho）的使用不受任何限制，一份杂志甚至报道说，“泥坑都是白色和乳白色的，石头上也沾满了它；排水沟里的氯化漂白粉到处飞溅，空气中散发着它强烈又让人不愉快的气味”。
在伦敦疫情暴发的时候，约翰·斯诺博士（Dr.John Snow）正试图向当局证明霍乱是由污水而非有难闻的空气所引发的，也就是当时盛行的“瘴气”理论，不过在很大程度上来说，他无功而返。他证明了与那些从乡村溪流取水的人相比，从泰晤士（Thames）河口取水的人更有可能染上霍乱，备受关注的是，他移除了苏豪区布劳德街（Broad Street）水泵的把手，那里是聚集性霍乱案例发生较多的地方。
但是他在很大程度上被忽视了，氯气也因为一些错误的原因而在街道上扩散开来，人们用氯气来抗击据传具有危险性的气味，而非杀死水源性的细菌。在1858年的“大恶臭”[2]时期，议会议员们对泰晤士河发出的恶臭感到十分厌恶，因而他们最终授权建设现代的下水道，以把生活污水排入大海。为掩盖气味，连议会的百叶窗也涂上了氯化漂白粉。
所以跟疫苗接种一样，氯化法发明的起源也是神秘和让人困惑的。只有在回顾历史时，我们才能把它视为一项拯救了数以百万计生命的颠覆性的、成功的创新。创新的演化相当缓慢，它可能侥幸地开始于一个在很大程度上来说是错误的思想。
[1] 1加仑=3.785 411 8升。
[2] 指1858年夏天开始英国首都伦敦散发出一股恶臭，臭味源于大量未经处理的生活污水直接排入泰晤士河而挥发出来。——译者注
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