从古代兵器到核威慑力·第二
作者：迈克尔·怀特 ·美国
出自————《战争的果实》
出自————《战争通史》
在第一章里，我们认识了医疗如何从战场上获取技术进步，以及人类怎样愈合遭受的创伤。而导致创伤的正是武器。
在第二章里，我们将讨论武器，以及武器开发如何天翻地覆地改变了我们生活的技术基础和社会基础。
这种改变确实天翻地覆。触发工业革命的一个重要原因是，人类不断地追求更为致命的武器，它对技术社会的进化是至关重要的。战争技术对于生产线、工厂、标准化等等的升级换代也是至关重要的。它还导致了微型化，在电子领域创造了大规模开发，因此计算技术得以成长壮大。化工是从大规模生产炸药的需求中发展壮大的。除了前述技术进步，对发射性武器的开发催生了第一种国际化产业——军火交易，我们绝不能低估由此带来的后续的社会和政治进步。
有人说，火炮是人类历史上最重要的发明。为了更好地评估武器开发在技术进步方面的重要性，尤其是涉及社会意义的重要性，我们必须追根溯源，探索火炮出现之前一些早期的武器和发明。
第一节 从棒与石到弓和箭
石器时代的人用燧石、动物犄角和骨头等制作工具，并且采用相同的技术设计武器，制作武器，用于打猎和保卫自己的部落，攻击其他部落。最早的武器如后——石头：手抛武器；打磨锋利的骨头和燧石：弹射武器；利器和木棒：近身格斗武器。
自古以来，文明社会的进步始终有军备竞赛相伴相随。在最原始的社会，军备竞赛已经初露端倪。创新行为，让手头的财富发挥最大化效益，往往导致部落间弱肉强食的战争。为了得到能够到手的一切，人类才会有创新的愿望。能否得到资源，凭的是运气。在非常原始的社会里，各部落的实力旗鼓相当，其主要原因是，石头和骨头类型的资源遍地都是。不过，随着时日的迁延，当金属首先被某些人使用，当金属还没有通过贸易传播到远方，首先得到稀有而宝贵的金属的部落，立刻就具备了优势地位。
人类最早期的技术之一是金属加工。由于金属具备多种用途——制造武器和制作工具，金属加工最终演化成了一个大型产业，成了人类早期技艺的鲜活实例。人类从利用某一类金属学到的知识，理所当然地延伸到了利用其他金属的领域。
一切都始于金属铜。大约公元前1万年，石器时代的人们偶然发现了金属铜的多种用途。含纯铜的矿层非常稀少，多数情况下，这种金属存在于矿石之中，通过提取，可得到纯铜。人类最初通过提取获得纯铜的过程，经历了无数次挑战。为达到这一目的，人类学到了一些非常实用的技术。
必须同时拥有两种截然不同的技术，将它们很好地结合在一起，才能提炼出铜。第一种技术是制造高温热源，一种比日常用来做饭的火温度高得多的热源。典型的篝火，其温度大约为700℃。在800℃时，铜才会稍微变软。熔化金属铜，需要1000℃的高温。只有达到这一温度，才能使铜成型，或者将其灌入模具。第二种技术是去除铜矿石中的杂质。例如，蓝绿色的孔雀石含有碳酸盐，而辉铜矿石的含硫量极高。如果运气好，某种火源可以软化金属铜，使之在某种程度上达到可塑，然后才可以用它制造出非常简陋的武器。然而，若想充分发掘铜的潜力，必须开发新技术。
为了获得高温，必须为火加压，也就是说，加压的氧必须到达火的底部。例如，为了抗高温，必须有一根包有泥坯的细管子送风。这种技术一旦开发出来，下一步必须做到将火封闭在某种原始的炉子内，以便控制热源。用这样的方法可以获得高达2000℃的热源。将铜矿石丢进这样的炉子里，金属工匠们需要做的仅剩下去除铜里的氧化物了。在炼铜的第二阶段，工匠们必须减少到达矿石和火势那里的氧，以便去除氧化物中的氧。
在炼铜的最后阶段，需要使用一系列化学物质，才能去除其中难以除掉的杂质和渣滓。人类最早的炼铜证据，现存于伊朗境内的塔阿阿布里斯(Tal－I－Iblis)。人们在那里发现了公元前5000年的金属武器，以及精炼金属铜过程中使用过的沾满残渣的陶土炉。
先人们似乎经历过反复的试验和失败，才掌握了上述制造人工制品的技术，获得了经验和教训。这些技术随后被用于鼓捣化学，给最早的金属工匠们蒙上了一层神秘的面纱。最初，控制燃烧温度的知识几乎被看作一股神秘的力量，随后人们才逐渐认识到，那些不过是知识和技术的应用而已。其核心技术无非是造出合适的炉子，任何进入文明社会的民族都能做到。在提纯金属的过程中，诞生了炼金术，即，如何利用酸和碱的比例，如何去除化合物(例如硫酸盐和氧化物)，以及如何根据需要掺入其他物质。
几乎可以肯定，同样是靠着运气和反复试验、反复失败，金属制造最终获得了飞跃式发展。在古代人看来，铜是一种附加值很高的商品。然而，由于它太软，制造武器的人却不怎么看好它。大约7000年前，人们发现，在铜里掺入10％到15％的锡，即可得到青铜，可提高其硬度和韧度。
青铜是人类制造出的第一种合金，它的发现极大地改变了武器制造业。它使工匠们能够做出各种形状的长剑和短刀。如果在金属做成的柄的外边裹上一层动物的筋或皮子，武器不仅更好把握，还更好控制。青铜像铜一样容易成型，因此人们还用它改善了箭头。此前，箭头都是用石头和燧石打磨锋利而成，而青铜箭头更轻，也更容易成型。不仅如此，石头和燧石箭头必须绑缚到箭杆上，而采用青铜箭头，只要预留下合适的孔，插上箭杆即可使用。
青铜也可做饰物，因此它很快取代了铜。大约在同一时期，也就是公元前5000到前4000年，另外一种合金黄铜也首次现身了。黄铜是铜与锌的合成物。用黄铜制造武器虽然不如青铜，人们却发现，用它可造出许多装饰品。
由于制造青铜需要锡，居住在锡矿附近的人们富裕起来。他们之富裕，或是因为他们的武器比邻居们的好，或是因为他们会作交易。金属锡是古罗马人在古代英国(主要是在英国的康沃尔郡)发现的最有用的资源之一。当时的罗马军团不再使用青铜武器，不过罗马帝国的工匠们已然发现，锡还有其他多种用途。
对于远古时代的武器制造者来说，青铜和铜既可用来做装饰品，也可用于其他用途，可是铁的命运却大不相同。铁是一种难看的没有光泽的金属。铁第一次被人类炼出来，是公元前1500年左右的事。与青铜和铜相比，铁的出现对技术和社会的变革显得更为重要。铁比青铜坚硬得多，而且存量更大。还有，虽然铁会生锈，它的用途却更为广泛，可被制作成种类更多的武器和工具。
给铁器时代的到来确定一个日期，是一件毫无意义的事，因为在世界各地，它的到来并不在同一个时期。由于资源分配不同，需要不同，各个民族最初使用铁，以及随后开发出它的多种用途，时间大不相同。然而，有关此种技术的知识——加工这种坚硬的、多用途金属的能力——以极快的速度从一个地方传到另一个地方。因为，除了在民间的多用途，铁在军事方面的多用途带来了大变革，推动了社会的进步和革新。
希腊人建造了复杂的铸铁厂，造出了高质量的武器，包括形状像树叶的剑，被命名为“塞西亚双刃短剑”(akinakes)，以及弯曲的“双刃曲剑”(kopis)。铁比铜更难于提炼，因此需要更高超的熔炼技术，尤其是在最关键的环节上，控制好入炉的氧显得尤为重要。恰如获得铜合金不过是往铜里加入其他金属，假以时日，金属工匠们早晚会得到铁合金，以满足军事领域的多用途。
世界上第一批利用这种技术的人是斯堪的纳维亚的维京人(Viking)，他们首先懂得了如何将铁碳化，使之强度更高。将铁碳化，使他们造出的剑比希腊人和罗马人用的剑更大。因此，维京武士们可在更大的范围内杀伤对方。碳化铁的秘密从斯堪的纳维亚地区泄露出去之前，这一简单的技术优势使维京人在军事上比其他人更为强势。
工匠们从制造超级刀和剑的过程中获得的知识和经验，使他们也能造出更结实的马掌铁、更好的饭锅、更顺手和更耐用的工具。他们发明了利用金属支撑和金属支柱的技术，大大加固了堡垒和宫殿的墙壁。自从铁诞生以来，它首先被当作制造武器的材料，它也成了各种文明社会不可或缺的材料。简而言之，铁极大地改变了人类文明。
与长剑、长矛、短刀一同发展起来的还有弓和箭。古希腊军队将它们发挥到了极致，《圣经·旧约全书》也提到了它们。对远古时期的人们来说，制造弓箭的技术远比制造便携武器的技术复杂得多。首先，木头必须有适度的弹性。因而弓箭从非常原始的短程武器发展成相当精准和威力巨大的武器，是一个渐进的过程。
远古时期的简易弓随着社会的发展被木纹反向排列的复合弓所取代。后者是一种非常复杂的武器，用多种质地不同的木头制造，在公元前大约1500年投入使用。弓进化到最高阶段是大约1000年以后的事，那时候人们发明了弩机。与它的祖先截然不同，弩机是一种非常致命的武器。公元前500年，它首先由中国人发明，后来被罗马人广为使用。制造弩机必须具备的技术——精确的制作方法，以及可行的机械原理、金属加工、木器加工等知识——随着罗马帝国的垮台在西方世界消失了，直到中世纪以后才重新被发现。
罗马人使用弩机的证据来自历史学家维吉提乌斯(Vegetius)所著《罗马军制论》(De Re Militari)里的一段文字。那本书的献辞是“献给瓦伦蒂尼安一世皇帝”(Emperor Valentinian)，时间是公元385年。不过，在10世纪的欧洲，弩机的使用达到了巅峰，成了欧洲广为使用的武器。当时的士兵们将弩机当作“超级武器”，在当时的军备竞赛中，它的发展达到了“惊人”的程度。它是一种令人极为恐惧的武器，在技术熟练的弩兵手里，它可以射穿300码(约274米)开外的锁子甲。它显示了一种全新的威力水平。如果敌方的来袭有弩兵参与，进攻总会被描述为“来自晴天的霹雳”。此话不假，由于弩机是一种杀伤力极强的武器，有人提议禁用它。1097年，教皇奥本二世(Urban Ⅱ)立法禁用弩机。40年后，教皇伊诺森特二世(Innocent Ⅱ)召开了拉特兰代表大会(Lateran Council)。在会上，各方同意禁用弩机。用它的人“……会遭到诅咒和严惩”，因为它是“懦夫的武器”。那以后不久，神圣罗马皇帝康拉德三世(Conrad Ⅲ)在他的势力范围内全面禁止了弩机的使用。
由这一全新的、致命的武器导致的上述决定(当时，几乎所有军事领袖们对这一决定全都采取了置若罔闻的态度)与道德特权几乎无关，有关联的反倒是对“掌权者”的威胁。如果农民手中握有这种武器，即可将全副武装的骑士置于死地。在当时那种尚武的年代，唯有上帝敕封的骑士才可以杀戮。弩机极有可能成为平抑社会的撬杠，所以掌权者很快就将其看作是一种威胁。
禁用弩机的所有努力均以失败告终，因为人类需要获取军事优势。这种需要比所有社会的和文化的清规戒律势力更大。无论教皇伊诺森特二世或罗马皇帝康拉德三世说得多么漂亮，威胁得多么声色俱厉，他们谁都不愿意接受单边裁军。因此，弩机在近500年里一直享有盛名，它是最令人恐惧和最具威慑力的武器之一。15世纪初以前，弩机一直坐享头把交椅，火炮的出现改变了这一局面。
第二节 火炮蒸汽工业革命
说穿了，试图超越毗邻，试图获取对方最前沿的技术创新，就是某种形式的军备竞赛。而军备竞赛还有另一种形式，即双方互相抵消：你开发进攻性武器，我构筑防御系统。这就好比一枚硬币有两面：既对立，又共存。
伴随社会的进步，防御系统的发展也亦步亦趋。例如，人类设计出了堡垒和城堡，用来保卫自己的家园。这些防御系统越造越大，越建越坚固。原因是，入侵者排兵布阵用来进攻的利器发展得实在是太快了。
现存人类最早的防御工事在埃及境内。2000年以后，希腊人也试验过一些类似的防御系统，不过，他们那时的城市防御系统极易被攻陷。在希腊人的居住区和城市里，真正具有防御能力的区块是“城中城”(akropolis)。它们一般都在城市中心，临坡而建。不过，随着古罗马帝国的灭亡，恰如许多其他被湮灭的历史一样，建造这些坚固的堡垒和城堡所获得的知识也随之湮灭了。直到公元1000年，人们才再次发现它们。
建造城堡防御的反措施是建造攻城利器，希腊人也是这方面的先驱。举世公认的第一台攻城器械是公元前3世纪由阿基米德在锡拉库扎(Syracuse)设计的。当年的希腊人将撞门锤和抛石机发展到了极致。
在前述越来越精良的进攻性武器与越来越具备独创性的结构和建筑此消彼长的共存历史中，人们总结出了许多经验教训。对进攻者来说，他们的器械必须具备操控性强、威力大、经久耐用等品质。这意味着，设计师们交付发射机械时，为了使这些器械更结实，破坏力更大，在制作和改善这些装置阶段，他们必须常常寻求新的途径。如我们在本书导言中所说，列奥纳多·达芬奇曾经被冠以军事工程师的头衔，曾经是设计攻城器械的大师，也曾经对设计抛石机、臼炮、投石器等作出过大胆的承诺。然而，像他的许许多多其他奇思妙想一样，这些规划一直没有超越设计阶段，一直停留在他存世的手稿中。
侵略者们的另外一个技艺是无止境地追求破坏性机械的性能极限。在制造发射机械的领域，希腊人在抛物线数学算法的某些方面处于领先地位，他们还掌握了根据器械的大小判断其威力和功率的方法。无怪乎深深地耽迷于数学的希腊人当年能够成为技术精湛的大型军事装备设计师，这绝非偶然。作为举世公认的第一台军用抛石机的建造师，阿基米德本人就是举世公认的数学家。
人类从早期军备竞赛中获得的技术，在民用领域同样派上了大用场。从建筑工程中总结出的经验教训——例如建造更结实和更耐用的承重墙的最佳方案，将巨大的石块运输和移动到位的最佳方法，建造楼层台阶的最佳设想等等——所有这些，以及其他许多技术，转而成了民间建筑师们的技艺。与此相同的还有，人们在设计杠杆、滑轮、运输系统，以及可以拆卸运输到进攻前沿再行组装的攻城器械等方面，同样获得了工程知识。这些知识也流向了许多领域，民间建筑因此获益匪浅。
列奥纳多·达芬奇生活在进攻性武器和防御系统都处于登峰造极的新时代。15世纪末期，在记述他的攻城器械，进而吹嘘他如何如何能造出投石器和抛石机时，他也提到了那个时代最新的技术成就：大炮的投入使用。
对于大炮第一次投入使用的时间和地点，学术界一直存在争议。一份佛罗伦萨政府1326年的档案文件保存至今仍然完好无损，该文件详细记录了一次交易的付款过程，交易内容包括金属子弹、箭头、大炮等，用途为城市防御。同年，历史学家沃尔特·德米里米特(Walter de Milemete)在他为爱德华三世(Edward Ⅲ)起草的一份文件里画了一幅插图，内容为一个骑士正在点燃一尊花瓶状的大炮。有意思的是，文件描述的发射物是一只结实的箭。这份文件为下述猜测提供了依据：早期的大炮不过是填满火药的炮筒，用来抛射体积庞大的箭和石头，它们或多或少类似于攻城用的抛石机。
德米里米特的插图既没有标题也没有文字说明。30年后，第一次描述大炮使用情况的文字记录出现在一份文件里，作者描述了法国国王约翰二世(John Ⅱ)下令其军队向驻守诺曼底布雷特尔(Breteuil in Normandy)要塞的英国军队发起进攻一事。文件的字里行间有“火焰喷涌”和“沉重的箭头”等描述，然而作者并没有详细记述装备本身。第一次使用大炮的效果自相矛盾：法国军队夺取了要塞，然而在战斗过程中，要塞本身被彻底烧毁了。
早期的大炮不仅对遭受攻击的一方十分危险，对使用大炮的一方同样危险。在制造火药的过程中，调和各种原材料必须精确，一丁点儿火星就会引来致命的恶果。大炮本身经常爆裂、回火，点火时也经常发生爆炸。苏格兰王詹姆斯二世(James Ⅱ)在1460年的罗克斯堡(Roxburgh)围城战中命丧炮身爆炸。炮手是军队中死亡率最高的兵种之一。甚至在并不遥远的1844年，美国国务卿阿贝尔·厄普瑟(Abel Upshur)在参观普林斯顿(Princeton)战舰时，也因为炮身爆炸死于非命。
尽管大炮总是让人联想到种种不足，它仍然被认为是战争中令人胆寒的器械。意大利历史学家马基雅弗利(Machiavelli)在他所著的《君主论》 [ cdhyy注：原译为“王子” ] (The Prince)一书中这样描述道：1494年，法国人入侵意大利时，许多城市都是由手里“捏着一截粉笔”的士兵攻陷的。这种说法的释义为：只要某位法国军官在某要塞的大门上做个标记，以此宣示这里将要成为国王炮火的下一个轰击目标，守军就会出于恐惧而投降。
在某一历史时期，火炮就是核武器。只要稍微提起它，即可产生足够的威慑力。从它被引入社会，到它被用于战场，在那一时期的政治斗争中，它一直扮演着关键角色，影响着各个国家的政治动向。然而，与其说它对军人的影响意义重大，莫如说它在推动技术进步方面意义更加深远。可以毫不夸张地说，如果没有火炮，工业革命和蒸汽机时代极有可能迟到好些年。
最早的火炮是用木头制作的。当然，这既不可靠又很危险。很快，金属条和金属带被用于加固炮筒，可惜这些都远不尽如人意。人们很快认识到，若想让火炮用起来安全，经得起军事行动的考验，炮身必须整体为金属制造。所以，正如青铜时代那些早期的武器工匠们有赖于稳定的金属供给，16世纪初期的武器设计师们和工程师们同样有赖于大量的金属供给。
在整个欧洲，铁被用于制造大炮。可是在英国，亨利八世(HenryⅧ)的军队更喜欢用青铜制造大炮。不管怎么说，若想得到金属，就意味着开采和冶炼。欧洲人到处搜刮铁矿，在英国，人们则忙于开采铜矿石和锡矿石。那时候，建立工厂，冶炼和提纯金属，主要都用于满足军备需求。焦炭的发现(通过加热煤，使其中的挥发成分脱离，即可得到焦炭)提高了工厂的效率，金属产量得到了迅速提升。
世界上第一个意识到焦炭潜能的是英国人亚伯拉罕·达比(Abraham Darby)。早在1709年，他已经建造了第一个焦炭炉。可惜他的炉子效率不怎么样，因此他的努力几乎完全被世人所忽视。的确，仅仅由于不够经济，达比的设想在黑暗中沉睡了将近半个世纪。1783年，另一位英国发明家亨利·科特(Henry Cort)终于造出了名为“烧炭反射炉”(coke－fired reverberatory furnace)的炉子，焦炭炼铁才开始大行其道。设计和建造了一个原型炉之后，科特成功地生产出一些全尺寸的炉子，然后运用商业手段向英国政府推销他的方法。他使政府官员们相信，一旦采用他的炉子生产大炮，会比采用传统生产方式便宜许多。
科特在烧炭反射炉设计方面的成功，加快了改革和大面积应用各种新炉子的步伐。英格兰北部荒无人烟的地区，以及苏格兰和威尔士的偏远地区，全都成了制造炉子的区域，新兴城市围绕这些地区繁荣起来。随着工业革命的进展，以冶炼和提纯金属为初级产品的新兴产业也在制造炉子的区域出现了。
这一切的发生都基于如下事实：产业先驱和金融先驱敢于冒险兴建规模庞大的产业链，不过是因为他们拿到了政府的合同，向军队供给制造大炮的金属。据估计，在1793和1815年之间，当拿破仑的一系列战争在欧洲各国之间如火如荼地进行时，英国各个工厂生产的铁，一半以上都用于制造大炮了。美国历史学家威廉·H．麦克尼尔(William H．McNeill)的记述如下：
从1793到1815年之间，英国炼铁厂和铸造厂的产量无论是分别计算还是合起来计算，都是由政府为谋划战争所作的开销决定的。尤其需要指出的是，政府的需求催生了制铁业的早熟，使铁产量远超和平时期的需求。不过这也强烈地刺激着铁厂老板们为新建的大规模冶铁炉生产的廉价产品开发新用途，为其未来的增量创造条件。
钢的大规模生产以及步入良性循环和铁的经历如出一辙，都是源于一场战争。公元前3世纪，武器工匠们已经晓得，往熔化的铁里适量地加入一点点碳，即可生产出钢。这种产品比铁坚硬得多，也有用得多。然而，制造钢并非易事，在生产过程中需要付出的成本令人生畏。传统的技术是，炭、铁、沙(碳的来源)分层码放后加热，不过这样做产量极小。
然而，由于钢被视为珍品，尽管生产成本昂贵，又是劳动密集型产业，还是有人生产它。13世纪，弩机钢被用于强化弩机的压杆。不过，由于这样做会极大地增加制作弩机的成本，弩机的产量历来都非常小。
克里米亚战争结束后不久，包括英国发明家和军事计划制定者在内，人们开始充分意识到，为开发武器而从事技术创新，潜力巨大。因此，英国专利局源源不断地收到了各种发明申请。那一时期最聪明和工作最勤奋的人屈指可数，其中之一是亨利·贝希莫(Henry Bessemer)。关于贝希莫的设计，其他的暂且放下不提，必须提到的有：甘蔗榨汁机、制造玻璃板的炉子，以及为矿井送风的机器。1854年克里米亚战争爆发初期，他开发出一种新型的、比常规炮弹飞得更远、爆炸力更大的臼炮炮弹。当年10月份，他带着自己的发明去了国防部，可惜他的想法不招人待见。一个月之后，仍然游离于失望中的贝希莫在巴黎的某次晚宴上偶遇法国国防部长，向他提起了这件事。令贝希莫惊喜的是，事后不久，他不仅收到了肯定的答复，对他提出的开发经费，法国方面也作出了承诺。
返回英国后，贝希莫拼命工作，以便完善新炮弹的设计，不过他很快碰上一个无法逾越的障碍。神速而又便宜地(这是制造军火的两个至关重要的门槛)制造臼炮炮弹对他并非难事，然而他意识到，当时的传统臼炮承受不了他的炮弹发射时的威力。贝希莫没有退缩，他很快发现，在各个环节中，问题出在制造臼炮炮筒的铁上。他当然清楚，钢的强度没问题，可是其代价令人望而却步。唯一的出路是，寻找生产廉价钢的方法。
据传，某一天贝希莫卧病不起时，生产廉价钢的方法冷不丁闯进了他的脑海。熔炼铁的传统方法为，风从侧面送入炼铁炉中。贝希莫当时推测，如果将风从炉底送进去，铁会被加热到更高的温度，生产钢即可变得非常合算(从侧面送风，炉内材料的结块没有规律，因此出钢的流程常常被阻断)。
贝希莫的第一个炼钢炉建在伦敦圣潘克拉斯区的巴克斯特豪斯(Baxter House，St Pancras)。炉子为4英尺高的圆柱体，炉底有水平排列为环状的6根送风管。第一次实验时，炉子里装进了大约300公斤生铁，空气压力为每平方英寸9公斤。贝希莫的实验记录如后：“前10分钟平安无事，随后出现一系列中等程度的爆炸，将炉渣和铁块高高抛向空中，整个装置变得像个处于活动期的火山。没人能靠近转炉，以便终止爆炸。烧红的物质像雨点般落下，转炉附近一些低矮的涂了锌的房顶岌岌可危，快要着火了。”
后来的实验越来越成功。到1856年，贝希莫设计的炉子已经能够生产出价格适宜的高等级钢。在接下来的14年中，通过这套系统，他积累的个人财富达到了100万英镑。1879年，他被授予骑士头衔。
这些技术创新给人们带来了光明的前景。可是，若想让熔炉为工业提供金属，必须将原料提纯，加入合金，精炼。所以，在最初阶段，采矿业必须拼命努力，才能跟上进度。由于社会对金属需求的增长，为达到收益最大化，矿井越挖越深。由于地下水常常涌入，正在开采的矿井用不了多久便会报废。不仅如此，随着矿井深度的增加，矿工们的呼吸越来越困难，将矿石提升到地面的时间也越来越长。
17世纪的英国作家和社会评论家西利亚·芬尼斯(Celia Fiennes)曾经遍游欧洲，并详细记述了她的冒险经历。她曾经游历过英国西部，并且生动地描述了人们为得到制造火炮的金属而采矿的场景，以及采矿公司当时面临的技术难题。以下是她1695年在英国康沃尔郡雷德鲁斯(Redruth in Comwall)地区的所见所闻：“……有100个矿，有些仍在开采，其他的由于地下水漫顶关停了。”关于矿工，她是这样描述的：“为保证及时排走矿井里的水，矿工们星期天也不休息。在20个矿上抽水的男人和男孩加起来有1000人。”
矿井如何向纵深开采，矿藏如何物尽其用，以便满足不断增长的军事需求，在两个辉煌的世纪里，这一问题长期困扰着全欧洲的工程师们。在军事冲突绵延不绝的年代，尤其是以英国和法国为主要代表的欧洲大国忙于建设强大帝国的年代，这一难题总是以这样或那样的形式存在。整日忙于以更快的速度冶炼更多金属的人们绝对没有想到，这一问题的解决，依靠的竟然是蒸汽机的发明，和它同时到来的竟然是当代技术的新纪元。
出现在采矿领域的几项发明，渐渐开始让矿工们的口子好过了一些，同时也提高了生产效率。由于对水泵有需求，便有人进行了一系列实验，因此人们在17世纪最初的10年发现了真空的存在。1654年，一个名叫奥托·冯·格里克(Otto von Gueficke)的德国工程师创造了第一台真空泵。他的原理被生活在德国的法国雨格诺教流亡者丹尼斯·潘皮(Denis Papin)推而广之。后者制造了一个有活塞的圆柱体，活塞由圆柱体底部烧开的水产生的蒸汽推动。水被冷却后，活塞被它下边的真空拉动，折返并缩回原位，由此产生的“力”通过滑轮传导，用于提升重物。
相比于后来用于采矿的蒸汽机和简单的水泵，潘皮的发明离实用还有相当的差距。然而，它为英国人汤马斯·塞弗里(Thomas Savery)制造能够实际使用的蒸汽驱动设备打下了坚实的基础。塞弗里的机器由一套真空管道构成，其工作原理和潘皮的模型机相仿：将水烧开，蒸汽会推动一个活塞移动，水会随着由此产生的真空涌入。这一工作原理和以蒸汽为动力的真空吸尘器一致。塞弗里的装置受到矿主们的青睐，自它1695年发明以来，人们使用它近一个世纪之久。人们将其称为“矿工之友”，它产生的动力高达20马力。直到18世纪中叶，仍有150家采矿场在继续使用它。
虽然“矿工之友”被广为采用，尤其是在英国，更多的工程师们和发明家们依然没有放弃寻找蒸汽的其他用途，以便发挥其巨大的潜能。最成功的发明家之一是英国德文郡(Devon)的一位五金商人，名叫汤马斯·纽科曼(Thomas Newcomen)。纽科曼生于1663年，时年30岁出头，在金属和采矿方面，他已经是一位饱学之士，并且立志要改革塞弗里的机器。1705年前后，他和管道工约翰·加利(John Galley)成了合伙人，两人建造了一台巨大的蒸汽驱动的机器。这台机器与塞弗里的机器有所不同，它的主要结构是一个圆柱体和一个活塞。蒸汽从一个巨大的紧邻泵房的蜂窝状结构穿过，然后被导入圆柱体，而圆柱体的顶部密封着一层冷水。
然而，纽科曼的第一台泵效率极其低下，动力仅为塞弗里的机器的一小部分。更令人不安的是，由于接缝处的焊接材料质量低下，蒸汽可以将其熔化，机器的各个接头极易漏气。自实验开始以来，纽科曼和加利的系统几乎没取得什么进展。随后发生的一次偶然事故让纽科曼得出了惊人的结论。对于那次事故，他的记录如下：
由于封堵砂眼的一处焊锡被蒸汽熔化，冷水刚刚注入裹在圆柱体周围的铅皮夹层，便通过砂眼渗漏到圆柱体内部。在压强下进入圆柱体的冷水使蒸汽迅速收缩，造成巨大的真空，导致水泵中承受冷水重量的一根小拉杆承受不起拉力，压缩空气产生的巨大冲力将活塞链拉断，活塞撞开了圆柱体底部，将小锅炉顶部击碎，导致开水四处横流。这使我们确信，我们终于发现了无可匹敌的巨大动力。
纽科曼充分享受了这一发现的潜力，立即着手建造了一个新系统，以便利用冲击活塞造成事故的条件。每当蒸汽在圆柱体内蓄积起足够的动力时，一股冷水被喷射进去，圆柱体内的活塞即可上下运动。活塞连接着一个拉杆，因此活塞提供的动力可以被用来抽出矿井里的水，也可推动风箱，往竖井里送入新鲜空气。
纽科曼的设备效率并不是很高，可是，这并不妨碍它在商业上获得巨大的成功，而且，它使采矿业获得了新生。人们造出了体积更大和动力更大的纽科曼机器，使竖井向更深的纵深延伸着。开采的金属被军方用于制造更多的大炮和枪支。具有讽刺意味的是，恰恰是军火制造商们促成了蒸汽技术的下一次飞跃，是他们帮着造出了效率更高的蒸汽机，使之超出泵的领域，进入更为广阔的应用领域。
正如人们误以为牛顿通过苹果发现了万有引力，爱因斯坦曾经列举行驶的火车和闪电解析相对论，詹姆斯·瓦特(James Watt)通过观察开水壶发明蒸汽机的故事同样过分简单化，而且经不起推敲。因为这故事几乎完全回避了引领瓦特从事革命性的工作，勇攀科学和工程思想高峰的缓慢且深思熟虑的进程。
纽科曼在英国斯塔福德郡(Staffordshire)的某矿井口安装第一台机器大约50年后的1763年，一天，詹姆斯·瓦特按照吩咐去修理一台纽科曼模型机。当年他27岁，是英国格拉斯哥大学(University of Glasgow)的设备制作员和设备养护总管。在那之前，他一直没把那台设备放在眼里。将模型拆解完之后，瓦特当即发现，这套设备的效率竟然如此低下，运行速度如此缓慢。他当场就认定，如果让蒸汽在圆柱体和活塞旁边的另一个汽室里冷凝，效率会更高。在制作并完成一台实验模型的基础上，瓦特进而开始制造世界上第一台庞大的、能够实际使用的蒸汽机。
上述事实说明，后人对瓦特宽宏大量，实在有失公允。纽科曼被世人铭记，只是因为他在控制蒸汽方面作出过重大贡献，然而他远没有瓦特那么出名。全世界每个上过学的孩子都知道瓦特的名字。这全都是因为，瓦特碰巧接手了一个受到严重制约和效率极其低下的设备，随后将其整合为一台超级机器——一台能够产生巨大动力的引擎，动力之大可以拉动一列火车，可以发动一场工业革命。他之所以成功，是由于两项重大改善。第一项为，他设计了分体式汽室，以便冷却蒸汽；第二项同样重要：圆柱体内的活塞必须严丝合缝，这一改革极大地提高了这套设备输出的动力。
这两项修正全都来自对纽科曼设备进行的重新思考。第一项修正可以通过对设备组件进行重新组合完成，或多或少还算是一种新设计。不过说到第二项修正，最多也就是让工匠们做出尺寸合适的部件。当年瓦特真是走运，碰巧与武器制造商进行了合作，后者正在四处寻找制造机器部件的好方法。
18世纪前期，工程师们付出艰苦的努力，试图改善大炮的设计，可惜收效甚微。一个名叫吉恩·马里兹(Jean Maritz)的瑞士工程师和枪械前辈首先对制造大炮的方法提出了质疑。按照传统方法，制造大炮需要将铁进行翻砂处理(在英国，多数情况下需要将青铜翻砂处理)，而成型需要用到模具。然而，通过这种加工方式生产的炮筒远不能尽如人意，因为当时模具本身的加工精度不够高。马里兹确信，曾经发生过的绝大多数灾难性炮体爆炸，由此一缺陷可以得到解释。
马里兹放弃了翻砂工序，转而采用实心圆柱铁，通过钻孔的方式打通了一个炮筒。1720到1740年之间，他先后实验了各种各样的设计，他儿子(与他同名同姓)子承父业，将父亲的工作延续到了18世纪50年代。可惜父子二人始终没有造出既耐用又精确的钻孔机，因而无法生产出比采用翻砂工序制造的好的大炮。
时间到了1773年，法国政府成立了一个委员会，调查大炮的炮筒何以在战斗中发生那么多爆炸，以便找到出路，改善设计，提高其可靠性。一个名叫马钱特·德拉霍利埃尔(Marchant de la Houliere)的法国军官临危受命，重新审视了马里兹的加工方法。马钱特·德拉霍利埃尔的结论是，前人采用的方法美中不足，是因为钻孔设备不合要求。因此，他开发出一种通过导轨移动的精度非常高的切削头，可以将圆柱状的铁钻出一个笔直而光滑的孔，作为炮筒。
发明上述方法当年，马钱特·德拉霍利埃尔带着他的创新去了英格兰，落脚在英国什罗普郡的考布鲁克戴尔镇(Coalbrookdale in Shropshire)。这一小镇正是由于铸造业才为世人所知。德拉霍利埃尔在那里遇到了认识詹姆斯·瓦特的工程师约翰和威廉·威尔金森(John and William Wilkinson)。德拉霍利埃尔的炮筒钻孔机正是瓦特求之不得的，正好可以用来大规模生产严丝合缝的活塞和圆筒，以便充分利用蒸汽机产生的动力。
马钱特·德拉霍利埃尔经过三年的努力，使瓦特的第一台蒸汽机在一家煤矿正式投入使用。几年之后的1782年，瓦特造出了第一台往复式蒸汽机，这台机器输出的动力更为强大。18世纪即将结束时，英国已经拥有500台往复式蒸汽机，在其境内的工厂和矿山投入使用。现代技术时代终于来临了。
第三节 攻防技术发展历程
当大炮在使用中变得更为安全，在制造时变得更加便宜，因而也更为寻常时，作为对抗炮火的要塞和城堡，从设计上来说，必须跟上变化的节奏。自从欧洲第一个城堡破土动工，到列奥纳多·达芬奇和历史学家马基雅弗利的年代，其间跨越了500年。从外表看，城堡是越来越宏伟。15世纪初期的城堡都有高耸的外墙，以抗御投石器、飞箭，以及其他攻城利器。城堡的围墙上还有城垛，以保卫守城的弓箭手，多数外墙由大块的石材堆砌而成。
在火炮成长的初期阶段，城堡在设计方面几乎没发生什么变化。如果非要在设计上找出什么变化，无非是外墙加高了一些。人们相信，这有利于防御。然而，在现实中，这种简单的修改只能使敌方的炮火更容易击中目标。16世纪20年代，冶金领域出现的新技术，以及炸药质量的提高，极大地提高了大炮的射击精度和效率，彻底击碎了城堡坚不可摧的神话。这转而促使人们在要塞和城堡的设计上彻底改变了态度。
保卫城堡免遭炮火摧毁，最简单的方法是，给塔楼和外墙增加土层。土层可以吸收发射物的部分能量。然而，这种防御手段无法让人完全满意。它样子丑陋，代价高昂，建造它还耗费时日。因此，建筑师们被迫从设计上进行了根本性改变。首先，人们取消了外墙的垛口，外墙的高度也被削低了。其次，外墙的基础部分成了斜坡状，以增加发射物的反弹力度，降低它的破坏力。再次，新城堡采用砖头砌墙，以取代加工成型的石材，因为砖头能更好地吸收炮弹的能量。即便如此，新设计的大炮仍然能够一炮轰塌整座塔楼，或击穿一面城墙，导致数十个守卫者在建筑物倒塌的过程中命归西天。不久之后，人们认识到，必须对城堡进行大规模改造，人们赖以生存的城堡才能保护自己。
在城堡设计策略方面，第一步实质性的变化为，在城堡的主墙外构筑一道防御屏障，在屏障之外开挖一道深沟。这样设计城堡，等于多了一道防御。另外，这也意味着，假设来犯者攻破了外墙，倒塌的建筑会掉进深沟，阻滞其攻势，以便防御者调集炮火实施反击。
人们发掘出一些中世纪之前已然消失的古代设计思想，受其启发，城堡设计方案随后发生了翻天覆地的变化，其结果是攻守双方的势力恢复了平衡。这些设计理念来自古希腊和古罗马文献，15世纪末期，由意大利学者们翻译和整理出来。这些设计理念使建筑师们和工程师们摈弃成见，重新思考防御工事究竟应当如何构建。
随着古代设计思想的复活，16世纪上半叶新建的城堡与火炮出现之前建造的高墙环绕的宏伟城堡相比，几乎没有了相似之处。多数新城堡的内部建筑低于外层围墙，这意味着，来犯者必须让炮弹翻过围墙，才能毁坏城堡内部。不过，最重要的变化体现在城堡塔楼的设计上。
在传统城堡设计领域，众所周知的一个设计缺陷是，紧贴外墙和塔楼下方存在着视觉盲区。从高高在上的墙垛子往下看，完全看不见潜伏在下边的来犯者。进攻方可以在高墙的墙脚打洞，深入城堡内部，发动突然袭击，或者在城堡的地下埋藏炸药。在这样的死角里，还可设置炮位，毫无顾忌地向围墙内开火。
新设计包括延伸到围墙以外的塔楼和棱堡，它们延伸到环绕城堡的壕沟边缘。这些塔楼都是延伸在外的，并且有个大斜坡。因此站在高墙垛旁边的守卫者可以随心所欲地看到以前看不见的视觉盲区。架在墙垛子上的大炮还可以掉转炮口，向围墙外侧开炮，让来犯者无处藏身。
这种新的设计理念在数十年里渐渐发展成熟起来。最为典型的范例是1533年建成的位于佛罗伦萨的达巴索城堡(Fortezza da Basso)，它的设计者是意大利建筑师安东尼奥·达桑加罗(Antonio da Sangallo)。这座城堡包括布局复杂的棱堡，守卫者因此可以看到外墙的每一处角落。当年人们曾认为，这座城堡称得上固若金汤。
虽然上述革新导致一批宏伟壮丽的城堡横空出世，阻止了装备火炮的进犯者随心所欲的行为方式，它们的普及却十分缓慢。原因之一是，建造这种城堡工程浩大；另外，城堡无论是翻建还是新建，代价都非常高昂。1440年，即达巴索城堡建成之前近一个世纪，意大利建筑师利昂·巴蒂斯塔·埃柏蒂(Leon Battista Alberti)——他的思想远远超越了他那个时代——曾经写道：“如果你有幸回顾历史上曾经发生过的各种远征，或许你会发现，多数胜利的取得，依靠的是建筑师们的技术和艺术，而非将军们的谋略和财富。敌我双方兵戎相见，制胜的法宝往往是建筑师的智慧第一，长官的军队次之，而非长官的军队第一，建筑师的智慧次之。”
公平地说，在火炮和城堡的军备竞赛中，建筑师的智慧(如果我们将埃柏蒂的说法扩大一点儿，将测量员、设计师、建筑师、理论数学家等等都包括进来)得到了极大的提升。16世纪，一位观察家威廉·西格(William Segar)爵士曾经这样评论道：“无法想象的是，没有知识的人怎么会有能力调遣和部署正在行进和驻扎过程中的大军，没有数学家，怎能进行战斗？”这一评论可谓一针见血，因为自古以来，数学家一直在军事变革中扮演至关重要的角色，同时，他们反过来将战争中总结的教训回馈到民用领域。随着火炮应用领域的扩大，这一进程被无限放大了。
如何正确地使用火炮，并非看起来那么简单。大炮和弹药价格不菲，运输困难，因此炮手们需要看到期望的结果。在火炮投入使用初期，打击敌人靶点的最佳方法是试射和校准。为了提高射击精度和打击力度，数学家应召找出解决问题的方法。
在火炮问世初期，实际上，自测量学诞生以来，测量角度和高度的标准用具几乎就没改变过。天象仪由埃及人最先使用，9世纪的阿拉伯人将其完善了。这种仪器的主要用途是观测天象，用于测量太阳、行星、恒星等的仰角。如果用其测量建筑物的高度，只要站在一定的距离之外，借助一个十字结构即可。这一方法是法国数学家莱维·本·热尔松(Levi ben Gerson)引入欧洲的，他翻译了一部阿拉伯著作，其中包括一大堆很久以来被人们遗忘的数学难题。
不过，炮手们面临的棘手问题是如何确定射程，即大炮到目标之间的准确距离。16世纪30年代，这一问题由荷兰天文学家格马·弗里西斯(Gemma Frisius)解决了。当时他是比利时鲁汶大学(Louvain University)的数学教授。他的步骤极为简单，不过是将上述天象仪放倒而已，由此他还创立了三角学。
为测得大炮与目标之间的距离，炮手的助手需要在火炮西边相应的地点设置好弗里西斯的仪器，向北测量事先设定的目标的夹角，然后在火炮东边对应的地点重复前述过程。通过计算两个夹角和底线(方位角)的长度，即可在目标点画出两条相交的三角形边线。从目标点到火炮在底线的位置拉一条直线，即可轻易计算出两点之间的距离。将上述繁杂的过程简化为一台手持设备的人是英国测量和军工专家伦纳德·迪格斯(Leonard Digges)。1571年，他造出了经纬仪。如今，测量员们仍然使用这种仪器。在跟踪定位领域，人们仍然广为使用三角测量技术。它也是GPS系统(global positioning system，全球定位系统)、现代交通路网、全球监测系统等数学运算模式的核心。不同的是，如今在轨运行的两颗保持相应距离的人造卫星取代了当年那位炮手的助手。
遥想当年，抛射武器不过是一些简易的攻城利器、长矛、弓箭等，攻城器械操作手或弓箭手根本没必要分析弹道，他们依靠本能和经验即可完成任务。由于火炮可以从非常遥远的距离发射，为了使炮弹击中目标，必须进行精确的计算，所以，伴随火炮的发明，一门崭新的学科——弹道学诞生了。列奥纳多·达芬奇曾经进行过一系列实验，探索炮弹在空气中的运行方式，以及影响它们运行的一些力。作为希萨尔·波尔金的首席军事工程师，他的研究为他的工作增色不少，他画的许多草图如今仍然留存于他传世的手迹中。
在随后而来的17世纪初期的某一阶段，伽利略曾经在威尼斯军械厂担任顾问。他也曾经投入大量精力和体力，以建立某种理论，解释炮弹的飞行原理。他勾勒出了早期的微积分模式。后来的一代人艾萨克·牛顿和德国数学家戈特弗里德·莱布尼兹(Gottffied Leibniz)分别将其完善了。瑞士出生的数学家伦纳德·尤勒(Leonard Euler)、英国哲学家弗兰西斯·培根(Francis Bacon)、英国数学家约翰·沃利斯(John Wallis)均对弹道数学作过深入研究，并就此写过大量研究报告。
不过，基于弹道研究的最重要的论述是1742年发表的《射击学新原理》(New Principles of Gunnery)，作者是英国数学家和工程师本杰明·罗宾斯(Benjamin Robins)，它的发表晚于牛顿和雷伯尼兹时代。《射击学新原理》成了这一学科的标准，因为它源自对火炮性能的第一手研究，以及对数学原理的精深理解。这一论作发表200年后，德国火箭设计师们用V1和V2型飞弹瞄准伦敦时，仍然需要依靠罗宾斯的数学解析方法确定目标。20世纪60年代，美国国家航空航天局(NASA)的工程师们在规划奔月征途时，采用的仍然是罗宾斯当年量化和记录的，应用于18世纪欧洲战场的同一理念和技术。
第四节 规模化生产的鼻祖
随着火炮的演进以及防御火炮的措施变得越来越复杂，出现了一种被世人广为采用的弹道武器：手枪。枪最早出现于什么年代，人们一直存有争议。据信，早在公元前1300年，中国人已经在使用枪了，至少那一时期留存下来的手稿中有使用枪支的插图。不过，这些事在中国以外并不为人所知。直到14世纪初期，阿拉伯人将造枪的方法和使用火药的方法传入欧洲，西方才知道世界上还有这样的东西。
对于枪，最初人们持有强烈的抵触情绪。人们在弓箭技术方面已经投入了许多，保守的指挥官们(他们构成了军队上层的多数)对变革有一种本能的抵触。令人惊异的是，从1617到1850年将近两个半世纪里，英国专利局仅仅录入了不足300个与手枪有关的技术专利。然而，1850到1860年不到10年的时间内，在枪械技术迅速发展时期，有超过600个与火器有关的专利得到了批准。
欧洲人把最早的手枪称为“筒子”。实际上，它们真的不过是一些筒子。把精心称过重量的枪药填进筒子里，借助引爆的枪药，即可将塞进去的箭头或石头打出去。理所当然的是，当时的枪极不准确，用起来也特别危险。尽管枪械在初期阶段显示出诸多不足，人们非常清楚，手枪终将成为重要的和万能的武器。与弓箭手相比，枪手不必掌握什么技术，也不必经过什么培训，就具备了足够的杀伤力。当年，能够击穿全副盔甲的武器，除了弩，唯有利用枪械发射的箭头或石头。如果运气好，业余射手在30码(约27米)开外即可让骑士一枪毙命。
弩机在中世纪的重新崛起，已经让骑士制度和尚武传统处于风雨飘摇中，而枪械成了举足轻重的最后一根稻草。更为重要的是，枪械相对便宜，容易制造，它的发明和投入使用使军队的组织结构发生了天翻地覆的变化。在枪械到来之前，权力一般掌握在少数人手里，他们的力量来自拥有特殊装备的军队，例如拥有大炮，拥有精良武器和身披坚甲骑着战马的骑士。而枪械的到来，使军队的成与败维系在由士兵数量多寡构成的实力上。未经认真训练的农民，只要装备了枪械，并且数量占优，即可轻易击溃经过最严格训练的骑士、长矛兵和弓箭手组成的大军。
与豢养骑士相比，将农民变成士兵更为便宜。前者需要马匹、盔甲、武器，后者简单到给枪即可。不过，枪械(与长枪短剑相同)也有劣势，其中之一是，每支枪必须由一名工匠制造。这意味着，枪与枪之间多少有点不同，每支枪会有它自己的特性。从某种程度上说，枪支掌握在不同的士兵手里，会因为持枪人不同而表现出不可预料的特性。同时它也意味着，枪的零部件不可互换。更为重要的是，必须有一大批工人和匠人，才能制造出足够数量的武器，以装备军队。
对于这些劣势，枪械的鼓吹者们希望人们给予更大的宽容。他们清楚，必须找到一种方法，以便既迅速又便宜地大量制造枪支。还有，他们也知道，造枪必须采取统一的制式。换一种说法，就是枪支必须标准化。如果能采用标准化方法制造枪支，就意味着，已然积累起来的让士兵们疑惑不解的事(许多士兵已经对枪械抱有了成见)就会减少，训练士兵们使用这种武器也会变得更容易，更有效。最后一点是，如果枪械是标准化的，枪支的部件就可以互换，替换受损部件就会变得相对容易。对于多数情况下总会感到手头拮据的统治者们来说，上述这些听起来都很合算。简而言之，枪支必须大规模制造。
古代社会的人们曾经尝试过某种规模化生产模式。在公元前1400年的埃及，制造战车的人曾经采用过轮毂式车轮，与传统的全木车轮相比，这种轮子更轻，也更结实。这种轮子由一大批匠人共同制造，参与其中的每个成员仅仅负责制造过程中的某个环节。在公元前200年的中国，弩机是以万为单位制造的，采用的也是快速的生产线方式，线上的每一位工匠仅仅负责这一复杂制造过程中的一小部分。在古希腊，人们大规模制造雕像以供出口。据信，当时采用的是类似于缩放仪的原始方法，切削者使用一种联动装置复制原始模型。
不幸的是，中世纪时期，上述技术在欧洲好像已经销声匿迹了。直到文艺复兴时期，意大利学者们通过翻译一些古代文献，才使这些技术重新登上舞台。在16世纪的法国，火炮制造者们首先将人们已然遗忘的某些希腊和中国技术引进到他们的“工厂”里。不过，人们虽然很快掌握了标准化原理，在相当长的一段时期，这一原理从未超越如下理念：大规模制造的弹药只能用于某种大炮。
采用某种先进的工厂系统或某种规模化生产方式制造成千上万支枪械的情况并未出现，因为人们还没有掌握以特定速度复制单一产品的技术。必须拥有特殊的切削工具、车床、可靠的传动装置、精密测量仪，才能造出依样执行制造任务的机器。这意味着，机械化生产线还需要假以时日，静观技术的成熟，等待欧美两地具有创新精神的工程师和设计师们的理论能够付诸实践。
使制造业向工厂生产线方向进化，最重要的一个步骤来自一位名叫亨利·莫兹里(Henry Maudslay)的英国人的创新想法。当时他在伦敦的皇家伍尔维奇兵工厂(Woolwich Royal Arsenal)工作。1800年，他开发出一种全新形态的车床。他造出的模型跟实际使用的机器大小一样，他还为它起了个名字，叫做“婴儿车床”。
莫兹里制造出第一台体型庞大的车床时，他和法国移民、保皇党人马克·伊桑巴得·布鲁内尔(Marc Isambard Brunel)成了朋友。后者遍游美国后，最终定居在了伦敦。布鲁内尔手中握有英国皇家海军的一份利润可观的合同，制造船用卡座——固定滑轮的配套卡座，而滑轮是用于控制船帆缆绳的。1800年，生产线上的每条船至少需要装配2000个卡座。在那个年代之前，这样的卡座需要小心翼翼地用手工打造。由此不难理解，这些卡座的交货期总会出问题，因而常常导致造船进度缓慢，下水滞后。
对于莫兹里的车床，布鲁内尔一眼就看出了它的价值所在。他还意识到，使用莫兹里的装置制造卡座，速度会非常快。他们两人花费六年时间改进设备，到1808年，他们位于朴次茅斯的卡座作坊成了世界上第一个规模化生产的单位，或称“工厂”。他们在世界上首次实现了雇用10位非技术人员，每年制造13万个船用卡座这一现实。
这一飞跃的到来正当其时，因为那时候工业革命正处于遍地开花阶段，它原本可以使英国的工业生产远远超越其竞争对手。然而，这一创举事实上被当局搁置在了一边，被回避了。其原因是，这种看起来像传统手工制造的自动化，被政府当作一种可怕的威胁。数以万计的技术工匠和支撑传统生产方式的非技术人员赖以生存的是传统的生产方式。政府方面担心，如果机器取代人工，社会会陷入动荡。直到发生了另一场战争，出现了确凿的证据，证明整个国家的工业已经落后于竞争对手，在这一问题上，英国人的看法才发生了变化。
莫兹里和布鲁内尔致力于改进他们的机器时——他们的机器后来充斥于商品化社会的各种工厂里，用于制造汽车、自行车、缝纫机，以及上万种家用商品——美国的军火工业已经采用现代化生产方式高速前进了。
这一进程的背后是法国人昂纳·利布兰克(Honoré Le Blanc)的身影。他开发出一种使便携武器零部件标准化的方法，即采用专用设备制造枪械零部件。他曾经尝试让法国政府支持他的生产方式，结果碰了壁。不过，利布兰克在巴黎认识美国大使托马斯·杰佛逊(Thomas Jefferson)之后，后者坚定了他的希望，因为杰佛逊很快领悟到这个法国人想法背后无限的潜力。
美国独立后，一晃过了一代人时间。让人无法原谅的是，其间美国军队完全依靠欧洲制造商提供装备。杰佛逊和许多政治家以及军中人物有个共识，认为这是个重大缺陷。见过利布兰克不久，杰佛逊回到了美国。他这次回国的重头戏是说服国会，将研究和开发经费投向这位法国人的设想。
尽管利布兰克聪颖过人，又有商业头脑，背后还有具备强大影响力的人物杰佛逊支持，他却宁愿扎根欧洲，不愿跨越大西洋到达彼岸。因此，采用利布兰克的方法为美国军队制造步枪的合同转给了著名的美国发明家伊莱·惠特尼(Eli Whitney)。对于建设制造枪支的生产线，惠特尼投入了全副精力。如今，多数历史学家把他当作工厂体系的奠基人，然而，他对利布兰克的生产体系几乎没作什么改动，而且，他的生产效率相当低下。他交给美国军队1.2万支步枪的交货期居然比原计划延后了6年！
尽管开局不利(尽管惠特尼差强人意的经营业绩不值一提)，规模化生产的理念对美国企业家们来说犹如醍醐灌顶。1804年，惠特尼终于向美国军方交第一批步枪时，美国仍然是个年轻的、富于冒险精神的国家，它从未遇到过英国和其他欧洲国家遭遇的来自社会的限制。尽管每年都有数以万计的新移民来到这个国家，工人短缺始终是永恒的主题。采用自动化体系大规模制造枪支，无疑是个理想的出路。创新迅速改变了19世纪的工业生产方式，而这种方式不久之后被世人称为“美国工业化生产模式”也就不足为奇了。
与此同时，尽管建立在人力和蒸汽基础上的英国工业仍然在蓬勃发展，其影响也扩展到了全世界，英国和法国的总体情况几乎没发生什么变化。那里的工厂雇用着无以数计的男人、女人、童工。虽然大英帝国生产的产品仍然使其保持着财富、国力、竞争力，一两代人之前在英国促成工业革命的创新思想却再也没有催生新的生产方式。
1851年的世博会(Great Exhibition)将英国工业的精华以及其他30个国家的5万种产品呈现给了世人。那次展会场面壮观，位于伦敦海德公园里新建的玻璃宫殿(Crystal Palace)每天都有4万多位观众莅临。前后6个月会展期间，大约600万人前往参观。当年的一位评论家是这样评论的：“观众们无论贵贱，一时间都被玻璃大厅里展出的科学和劳动成果所折服，骄傲和崇敬之心油然而生。此前英国历史上从未有过各个阶层的人同在一个屋檐下如此自由和融洽地相处的场面。”
1851年海德公园的参展商之一是美国枪械制造商科尔特枪械公司(Colt)。这家公司的展台给前往参观的各军事代表团留下了极其深刻的印象，其中包括英国枪械制造商。尽管如此，英国政府始终以傲慢的态度对待实现军队武器现代化一事。一场几乎输掉的战争动摇了政府官员们的信心，随后政府的态度发生了变化。
军事当局宣称，1856年发生在克里米亚的战争在很大程度上赢在远距离运输系统的效率上。严格地说，事情并非如此。正如当年新闻媒体热衷报道的那样，供给线并不能真正有效地满足军队的需求。特别是，更换损毁武器的速度慢得出奇，弹药到达前线的速度慢得出奇，英法两国几乎输掉了那场战争。
当大英帝国自认为处于巅峰状态时，这场因为侥幸才赢得的胜利震怒了英军指挥官们。在克里米亚战争期间，人们已经清楚地认识到，后来者如惠特尼们的改革已经使美国工业发生了天翻地覆的变化。19世纪中期，美国已经超越英国，在工业化方面成了最先进的国家。在整个工业生产领域，美国的产品比英国同行的更便宜。在此前的50年里，美国人取得了两项重大进步：他们采用现代技术装备了军队，他们改进这些技术，以适应更为广泛的商业用途，大规模制造出无数日用商品。
值得庆幸的是，在克里米亚战争中差点丢尽颜面的一些人，1851年曾经参观过科尔特枪械公司的展台。战争结束之前，他们已经行动起来，着手建立类似于科尔特公司的英国公司。这家令人敬佩的公司就是1855年创建的英国恩菲尔德枪械公司(Enfield Company)。采用从美国进口的制造设备，恩菲尔德枪械公司从1859年起开始生产枪械。
如今这一进程已经势不可当，在英国，以至在整个欧洲，老旧的生产方式正迅速被取代，代之而起的是“美国工业化生产模式”。它因一个法国人而起，由天分极高、不分社会等级的美国企业界耕耘，终于结出了硕果。
战时需求如何催生了民品的规模化生产，最具说服力的实例是20世纪20年代建立的亨利·福特汽车工厂。在本书第四章，我将进一步对此进行说明。不过，这一首先用于生产军需设备的技术，在很大程度上保证了20世纪两个宏伟的民间工程得以实现，第一个是巴拿马运河(Panama Canal)，特迪·罗斯福(Teddy Roosevelt)最引以为自豪的工程，也是工业领域的奇迹之一，于1914年完工；第二个是帝国大厦，这座位于纽约市中心的103层建筑建于1930年3月和1931年5月之间，耗时仅为410天。
这两项工程的共同之处是，它们均占用了大量的资源，动用了数以万计的人力。每项工程均涉及复杂的工程规划和劳务分派，还要依赖上万个零部件在规定的时间运输到位。这类零部件数量巨大，规格统一(包括立柱、支架、墙体、楼板、隔断等)，而且全都在远离建筑工地的工厂预制，每个零部件在施工现场安装时必须像拼图玩具一样严丝合缝。在严谨的规划背后，如果没有规模化生产的原理支撑，这两项工程是不可想象的。
第五节 炸药和化学的渊源
到目前为止，我已经从一个侧面阐述了枪械、火炮、城堡——即破坏性机械和防御性设施等“硬件”——对技术的影响，同等重要的还有“软件”，即所谓的爆炸物。
人们普遍认为，大约在公元9世纪，中国人发明了火药。由宋朝皇帝仁宗(中国宋朝初期的一位统治者)下旨，曾公亮、丁度等人参与编纂，并于1043年出版的《武经总要》一书提到，在更早以前的公元850年，已经有了关于火药的文字记录。不过，在《武经总要》一书出版之后，世人才知道了标准的火药配方，以及它在军事领域的应用范例。
古代中国人极其好战。在中国版图内，部落和部族之间的战事连绵不断，即使外敌当前，他们依然如此。进犯最频繁的外族是来自西域的，较为贫穷、贪婪的蒙古人。中国人喜欢用火攻，《武经》一书中的一些插图反映了年代最久远的奇特的纵火设备——公牛和公猪身上绑着燃烧的长矛，尾巴上挂着火，被人们赶着冲向敌人的防线。在随后的年代，出现了设计师们的新作：满载稻草和可燃物的战车被点燃，然后被推向敌人的营地。
编纂《武经》一书时，枪械还没有发明。数十年以后，才出现了最早的类似于枪的设备，那也不过是填充了火药、可发射箭头的竹管。发明人是谁，已经无从考证。实际上，按现有的证据分析，少数人对中国人是否曾将火药用于战争提出了质疑。对于如此好战的民族来说，没有迅速将枪械和火药大规模投入实战是不可思议的。不过，这也可以简单地解释为，由于战火的缘故，中国早期的枪械技术早已失传。
虽然古代中国的社会结构严重限制人的发展空间，个人几乎不可能改变自己的生存状态，热衷发明的中国人却大有人在。实际上，精明的中国政府鼓励创新，特别是军事方面的创新。11世纪的一份文件是这样记述的：“宋太祖开宝三年(970)，冯将军及幕僚力荐新型火箭。皇上下旨验其实效，大获成功。皇上赠宫袍、丝绸与众发明者。”
大约在14世纪初期的某个时段，阿拉伯炼金术士将火药介绍到了欧洲。火药是如何首先传到意大利，然后迅速传遍了欧洲其他地区，如今已无从考证。火药大概是不同地区的发明家分别独立完成的发明之一。不可否认，中国人首先用文字记录了火药配方。不过，几乎可以肯定，中国人的知识传遍世界各地之前，欧洲的炼金术士们和自然科学界的哲人们已经通过自己的努力找到了配方。
欧洲早期的科学家群体中最重要的成员之一是英国大哲人罗杰·培根(Roger Bacon)。他是圣芳济会的修士，他不仅是个虔诚的牧师，还是个激进的思想家。他写过许多著作，记录了他在自然哲学、炼金术、玄学方面的奇思妙想。然而，正是这些想法最终导致他撞上了霉运。当年已63岁的他前往罗马晋见教皇时，随身带去了三部颇具远见卓识的新作《著作一》(Opus Majus)、《著作二》(Opus Minor)和《著作三》(Opus Tertium)。而他却被教廷当局投入监狱，罪名是他的著作含有“异端邪说”。他的余生是在梵蒂冈的牢房中度过的。
培根描述火药的著作是《密室操作和自然奇象》(Epistolae de Secretis Operibus Artis et Naturae et Nullitate Magiae)。在这部13世纪的著作里，他列出了一份可行的火药配方(硝石41.2％、木炭29.4％、硫磺29.4％)。或许他真的配置过这些东西，进行过实验。问题是，培根必须面对现实，因为他是个牧师。他几乎不可能将自己的研究公开，在他那个年代，这样的研究会被人看作是玄学，也就是异端邪说。
具有讽刺意味的是，在培根秘密实验火药几年后的1247年，西班牙摩尔人的城市塞维尔(Seville)被围困时，火药第一次在欧洲派上了用场。已经有证据显示，那个世纪末期，德国曾出现过几家火药工厂。又过了若干年，出现了一本据说是希腊人马克(Mark)写的广为流传的书，书中详细列出了多种不同配方的火药。
火药很快达到了它的完美境界。也就是说，它容易配置，容易制造，威力特别大，是一种很难改进的杀生方法。众多化学家对其中的三种主要成分——硝酸钾(硝石)、硫磺、木炭——的比例换着方法进行过各种各样的实验，试图找出一种克服火药主要劣势的方法。火药具有亲水的特质(换句话说就是特别容易吸收潮气)。拿1750年用来发射子弹和炮弹的火药与1500年的火药对比，它们几乎没什么区别。
时间到了18世纪，人们对化学理论有了更深的了解，火药在使用上威力更大，也更安全了。法国大革命即将爆发之际，作为巴黎军工厂的皇家火药和硝石监管委员会成员，伟大的法国化学家安托万·拉弗伊赛尔(Antoine Lavoisier)将他的学识发挥到了改善火药质量的生产方法上。在参与军工厂管理的19年任期内，他取得了两项成就：提高了火药的纯度，改善了火药的颗粒度。
同一时期，拉弗伊赛尔还使火药的产量提高了一倍。到1787年，法国军队已经储备了226.8吨火药。另外，拉弗伊赛尔的一通鼓捣还增强了火药的威力，因此，法国大炮的射程从150米提升到了260米。说实话，这使英国皇家海军在忧虑的同时急于找到一位和拉弗伊赛尔实力相当的化学家，以便改善英国的火药配方。法国革命一浪高过一浪时，英国截断了法国许多进口物资的通道，包括硝石的供应链。拉弗伊赛尔成功地利用硝酸和钾盐合成了硝酸钠。对拉弗伊赛尔(当然也包括对科学)来说极为不幸的是，在法国革命政治风向不断变换的1794年，他因为站错队被当作叛徒处决了。伟大的拉弗伊赛尔曾经在诸多方面对法国革命作出过极其重要的贡献，然而在听证会上，告密者对此显示了令人震惊的无知，他宣称“……革命不需要科学家”。
将近500年间，火药一直是唯一安全可靠的爆炸用品。而且，除了变得更容易使用，制造速度更快，效率稍有提高，火药在其他方面没有任何改变。不过，到了19世纪中期，一位名叫埃尔弗雷德·诺贝尔(Alfred Nobel)的瑞典工程师和化学家首次开发出一种自培根时代以来完全不同的爆炸物质。
颇具讽刺意味的是，诺贝尔本人是个和平主义者。他曾经说过一句名言：“比起国会，我的工厂或许能够更快地阻止战争：能够瞬间歼灭对方的两支军队在面临冲突时，所有文明国家都会因恐惧而解散其军队。”在潜心研发一种新物质以替代露天采矿用的火药时，诺贝尔发现了一种潜力巨大的叫做“硝化甘油”的物质。在诺贝尔之前，由于火药具有不稳定的特性，矿工、筑路工和破拆工们的工作极具危险性。诺贝尔发现，混合硝和硫酸的甘油，生成物为硝化甘油，这种物质遇热的稳定性好于其遇震的稳定性。因此他发明了一种能够混合在硝化甘油里的多孔物质，他将其称为炸药。他对其专利名称描述如后：“一种改进的混合爆炸物：炸药。”申请日期：1867年(专利号：78 317)。
军队理所当然会毫不犹豫地出手抓住诺贝尔发明的新材料。其他发明家则利用它做起了重新设计枪支和大炮的文章。与此同时，诺贝尔则开始深入研究这项新发明更为安全的多种用途。由于他拥有炸药专利，凡涉及军事的用途，都给他带来了财源。诺贝尔死于1896年。据信，当时他的个人财富达到了1000万英镑，其中一部分在1901年用于设立诺贝尔年度奖——这是诺贝尔的遗愿，因发明致命武器使其财源滚滚，他只好以此向社会作出补偿。
自诺贝尔时代以来，人们已经合成出了多种形态的爆炸物，包括改变形态后可做肥料的硝酸铵，以及威力数倍于炸药的TNT(三硝基甲苯)。爆炸物演进过程中最亮丽的一笔是，人们在无穷无尽地追逐更好的、威力更大的爆炸物的进程中，获得了有关化学的知识，这并没有根本性地改变战争的形态，反而促使人们的日常生活用品得到了改善。
拉弗伊赛尔在巴黎被执行死刑后，他在军工厂的助手，年轻的化学家艾鲁西尔·埃利·杜邦(Eleuthère Irénée Du Pont)携带妻子和两个孩子逃离了欧洲。19世纪初，他们融入了前往纽约的移民大潮。几个月后，他们搬到了纽约以南，在位于华盛顿和费城之间的“白兰地之谷”长住下来。
伴随杜邦的到达，他带去了从伟大的导师拉弗伊赛尔那里学来的技术和知识。他也是制造高质量火药的专家。他到达美国可谓恰逢其时，那个国家当时正在遭受英法两国的禁运。当时美国特别需要像杜邦那样具备创新思想的人——能够从当地出产的原料中制造生产资料的人。不仅如此，不久之前还是英国殖民地的美国，当时正处于扩张的巅峰时期。那时的美洲大陆正处于等待工业化社会开发的状态，身处扩张进程中的建设者们十分清楚，缺少原料意味着进程缓慢。
杜邦早期的所作所为是，向东部沿海迅速扩张的采矿业和建筑业提供炸药。那时候，军队的需求也非常旺盛。除此而外，从杜邦抵达美国算起至19世纪80年代止的80年间，美国共修筑了35万公里公路。更为重要的是，在同一时期，1812年的一场战争，1846至1848年间的美墨战争，尤其是1861至1865年间的美国内战，几场战争使杜邦公司(如人们所熟知的)成了美国境内的一个大型组织，其雇用的化学家涉及化学的所有学科。
由于20世纪的两次世界大战，仅凭销售炸药，杜邦公司的创收就以数十亿美元计。然而，从20世纪初期开始，杜邦公司的发展已经涉足多个领域。第一次世界大战甫一结束，它已经成为一家羽翼待丰的公司的大股东。这家公司即著名的通用公司。在随后而来的10年里，杜邦公司大量投资于合成染料生产。由于当时还无法与根基雄厚的欧洲染料生产商竞争，杜邦公司败下阵来。不过，杜邦公司从这次失败中获益匪浅，因为它拥有了世界上最先进的实验室之一，并且将许多世界级的科学家收入麾下。实际上，在20世纪20年代的一段时期内，全美国五分之一以上的化学博士受雇于杜邦公司。
有了这样的基础，外加试图追回在染料市场上遭受的损失(4000万美元)，理所当然的是，杜邦公司的管理层和股东们特别希望看到，他们令人称奇的研发机构能够早日结出硕果。虽然成果姗姗来迟，当它们真的到来时，杜邦公司的实验室注定会改写历史。
1928年，杜邦公司雇用了当年才华横溢的一位化学家——哈佛大学化学教师中的明星人物华莱士·卡罗瑟斯(Wallace Carothers)。七年后的1935年2月28日，他和他的团队发明了尼龙。在极端秘密的情况下——由于公司和军方的关系，雇员们对此早已见怪不怪了——他们对尼龙又进行了两年的实验和验证。1937年圣诞节期间，第一种女式长袜(人们很快给它起了个俗名叫“尼龙袜”)涌进了零售商店。
各种尼龙和塑料产品的发明，与杜邦公司以及世界各地的化学工程公司对炸药的研究或多或少有某种联系。没准这两项发明之间最为重要的关联是，准确地添加某些溶剂到19世纪70年代初期发现的硝化纤维(一种与诺贝尔发现的硝化甘油关系特别近的化学物质)里，即可得到人们所熟知的强度更大、可塑性更强、生产成本更低的聚合物。杜邦公司利用硝化纤维生产出了世界上第一种聚合物，推向市场时，人们将其称作“赛璐珞”。
对于理论化学家来说，上述突破预示着一长串聚合物的出现。只要将一些简单的分子与合适的连接剂人工合成，即可产生很长的反应链。每种反应链都会显示出复杂的特性，只要调整好合成物，即可得到希望得到的材料。如需坚硬和韧性好的材料，只要选对化学物质，化学家即可人工合成具备所需特性的合成物。如需纤细和高强度的纤维，就需要其他添加剂，以及合适的条件。
话虽如此，不过言之有理的是，当前人类生活中不可或缺的数量庞大的塑料制品的形成，是人类投入(人类会继续投入)大量智力劳动和高深理论，历经无数失败和实验的结果。尼龙只不过是第一种多用途的、大规模生产的塑料制品而已，具备了上述所有的因素，才有了它的诞生。其中杜邦公司提供了资金和设备，公司里具有创新精神的才华横溢的化学家贡献了智慧。在开发尼龙长达八年的时间段里，必不可少的还有自拉弗伊赛尔以来即已存在的，通过失败和错误总结重大经验教训的化学实验传统。
第二次世界大战甫一开始，人类的语言里就多了“塑料”一词。塑料在战后的用途我们暂且放下不说，在6年的军事冲突中，400万降落伞，50万飞机轮胎，无数绳索、鞋带、防弹衣，从吉普车发动机滤网到血浆透析网等各种滤网，它们的主要成分正是尼龙。由于战争期间金属材料短缺，尤其是铝和黄铜短缺，这种新材料的登场起到了至关重要的补充作用。
如今的人们已经无法想象，离开了塑料，人类世界将会怎样。从一位没有留下姓名的中国发明家开始，历经无数化学家在世界各地的实验室里不停地探索，正是由于许许多多研究者们的努力，这种奇妙的具备万能特性的合成物，已然成为人们每日生活中不可或缺的重要组成部分。我们在惊奇的同时不应忘记这些。
第六节 核子炸弹与大科学
据信，炸弹是另一种源自古代中国的武器。由于古代中国人喜欢用火攻，军事工程师们琢磨出可发射爆炸物的发射器之前很久，纵火设备早已发明出来了。当时的纵火设备极为简陋，也就是把可燃材料做成类似手榴弹的样子。人们当时采用手抛的方式投掷这些东西，或者借助攻城利器，将它们抛向敌方阵地。不过，我们将要讨论的可不是这个，而是人类彻底改变世界面貌的一项制造炸弹的工程：曼哈顿计划。
主要是由于一批欧洲理论科学家，才促使人类产生了研制第一颗原子弹之类的想法。1915到1940年间，这些人一直潜心于理论方面的研究。他们当时正在探索的学问，对人类是个全新的领域，人称量子理论。这一理论源自19世纪人们对原子的传统认识。这一学科的领军人物包括德国物理学家沃纳·海森伯格(Werner Heisenberg)、丹麦物理学家尼尔斯·波尔(Niels Bohr)、奥地利物理学家埃德温·施罗丁格(Edwin Schrodinger)、法国人路易斯·德布罗格利(Louis de Broglie)、美国人罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer)。当然，他们背后还有一批在理论科学领域最前沿进行探索的骨干物理学家。
阿尔伯特·爱因斯坦是这些人的同事，他并不支持这些人在量子探索方面的许多激进想法。他们诸多探索的核心，是对现实世界的彻底颠覆。人们在量子理论方面的新发现促使科学家们重新思考现实世界的一切，现实世界的不确定性大于其确定性。最为重要的是，核技术基础理论向人们揭示，能量和物质是可以互相转化的。
20世纪20和30年代之间，当量子理论变得越来越复杂时，这一新思路的一些重要前提对局外人(甚至对某些周内人)似乎变得越来越诡异，有时甚至达到了不可理喻的程度。然而，这一处于萌芽状态的科学可以很好地解释原子的“质”和“量”，即，被禁锢在亚原子领域的令人恐惧的威力。具有讽刺意味的是，虽然爱因斯坦从根本上反对20世纪30年代量子理论的一些原则，恰恰是他的方程式——他的狭义相对论的组成部分，即质能方程E＝mc^2——在引领量子理论家们揭示蕴藏在原子内部的威力。
这一方程式意味着，通过所谓的核裂变过程，数量非常小的物质有可能释放数量巨大的能量。这种巨大的威力，取决于方程式中的关键值，即字母“c”。这个看起来不起眼的小写的字母代表着光速，它的值接近于每秒钟300 000 000公里。这一数值的平方为90 000 000 000 000 000(即9万兆)。利用这一等式，即可轻易计算出，只要找到1公斤(2.2磅)合适的材料(某种不稳定的放射性同位素)，即可产生大约250亿千瓦时的能量。这等于为250亿个家用暖气平均供暖一小时所消耗的能量，即一颗原子弹在百万分之一秒释放的巨大能量。
20世纪30年代，奋战在量子科学领域的科学家们都清楚，从理论上说，原子威力的破坏性是可控的。然而，当初没有一个人相信人类有可能造出原子弹。从理论上理解科学，与拥有释放原子能的专业技能比较，两者之间的差距实在是太大了。
不过，1939年1月，第二次世界大战即将在欧洲爆发，纳粹正逐步披露其统治世界的计划时，两位德国放射化学家奥托·哈恩(Otto Hahn)和弗里茨·斯特拉斯曼(Fritz Strassman)，以及奥地利物理学家利斯·梅特纳(Lise Meitner)的一篇论文发表在了德文杂志《自然科学期刊》(Naturwissenschaften)上。在论文中，几位作者披露了基于实验室小规模实验的结论：利用中子轰击不稳定的同位素，即可产生裂变，从而释放出巨大的能量。
这一结果震惊了全世界物理学界。不过在震惊之余，人们并没有做什么。在实验室里造出一点点效果是一回事，利用它制造一颗可实际使用的炸弹是另一回事。大多数科学家仅仅将它当作一项令人惊异的、不切实际的发现而已，最多不过是有朝一日可以向世人炫耀的理论上的诸多新知识而已。
但是，并非所有的人都如此短视，看不出制造这样一种装置的可能性。20世纪30年代末期，在英国和美国前沿科技领域工作的许多物理学家是德国移民，他们中的大多数是犹太人，对纳粹恨之入骨。他们虽然和留在欧洲大陆的多数科学家保持着友谊(例如德国物理学家沃纳·海森伯格领导的一批非犹太科学家)，有些人却不无担心，认为德国科学家们可能会屈从于纳粹的压力，通敌合作，变不可能为可能：造出一颗原子弹。
1939年，确实出现了这样一位科学家。这就是移居到美国的匈牙利物理学家利奥·西拉德(Leo Szilard)。他是个年轻的、中等水平的科学家，当时在大学里任教。虽然他本人没什么影响力，他的朋友中却有重要的实力派人物。西拉德首先预见到哈恩、斯特拉斯曼、梅特纳等人的发现可能带来的危险。在他看来，沃纳·海森伯格——人们普遍认为，他是世界上三位最权威的物理学家之一——极有可能已经通过某种方法成倍率地提高了裂变进程，正在利用原子的威力制造真正的炸弹。
然而，即使有重量级朋友在背后支持，西拉德的警告在美国政界和军界也没有引起任何反响。如果他移居到英国，情况或许会不一样。因为英国已经感受到，德国的威胁近在咫尺，这两个国家正处于战争的边缘。然而在美国，政界的实权派对无国籍科学家的危言耸听不感兴趣。西拉德认清了形势，他的结论是，若想让自己的观点被人们接受，必须得到科学界更为重要的大人物们的支持。
意大利物理学家和诺贝尔奖获得者恩里科·费米(Enrico Fermi)1938年与妻子劳拉一起移居美国。阿尔伯特·爱因斯坦白1933年起一直在新泽西州普林斯顿前沿科技研究院(Institute of Advanced Study)工作。西拉德通过前者与后者见了一面。西拉德热情洋溢，能言善辩。爱因斯坦像其他移民一样，对希特勒嗤之以鼻，同时对海森伯格的天赋了如指掌。爱因斯坦后来又跟西拉德和费米见过两次面。在大不列颠英国向德国宣战数周之前的1939年7月，爱因斯坦同意给当年的美国总统富兰克林·D．罗斯福(Franklin D．Roosevelt)写封信，提醒他警惕原子科学方面的最新发现带来的危险，催促美国政府赶在德国人逼其走上绝路之前造出一颗原子弹。那封信的内容如下：
阁下：
利奥·西拉德和恩里科·费米最近交给我的一些文字材料，促使我认为，铀材料在最近的将来有可能成为一种新能源。这一研究领域的某些方面值得我们高度关注。如果有必要，还须迅速采取措施进行管理。因此我认为，我有责任提请阁下注意如下事实和我的建议：
在过去四个月里，人类已经有可能利用大量的铀进行——基于乔里奥特(Joliot)在法国的进展，尤其是费米以及西拉德在美国的进展——链式反应，这一过程可产生巨大的“能”和大量的新材料“镭”。从目前情况看，这一点在不久的将来即可实现。
人们可利用这一新现象制造炸弹，由此可以预见——虽然目前还无法十分肯定——人们因此可以制造出威力特别巨大的新型炸弹。
鉴于目前的形势，恳请阁下充分考虑，应否在政府和美国境内从事链式反应研究的物理学家团队之间建立某种联络机制。
令人费解的是，即使提出者为爱因斯坦，上述提醒一开始并未引起人们的警惕。当时美国人对那场战争的心态非常矛盾，他们唯恐英国人战败，使他们成为下一个目标。可是，美国民众又不愿意直接卷入战争，更令人揪心的是，他们对身处这一紧迫情势核心区域的科学家没有信任感。美国军事情报部门掌握着所有移民的档案材料，从当时的档案材料看，人们甚至怀疑西拉德和费米是纳粹的同情者。即便是爱因斯坦，也深受怀疑。有关西拉德、费米、爱因斯坦的档案材料披露，负责监视他们的军官科洛内尔·康斯坦特(Colonel Constant)中校甚至扬言，应当禁止他们三人参与政府的所有秘密战备项目。
不过，由于随后发生的一系列事件，促使美国人最终将资金投向了曼哈顿计划。最主要的因素之一是，英国首相温斯顿·丘吉尔(Winston Churchill)本人直接介入了此事。他使罗斯福相信，原子弹的危险确实存在。因素之二是，德国入侵比利时以后，获得了大量的铀材料(实际上得到的是从比属刚果开采的铀原料)。因素之三是，来自德国的情报显示，在制造原子弹方面，德国的海森伯格实际上已经迈出了一大步。
别看美国人起跑慢，一旦他们全副身心投入，他们会不惜一切代价。曼哈顿计划正式开始的时间是日本人偷袭珍珠港之前的1941年12月6日，随后它很快成为历史上代价最高昂和最雄心勃勃的计划。的确如此，一些人甚至将它与古埃及金字塔相提并论。
该项目的领头人是莱斯利·格罗夫斯(Leslie Groves)将军。他是个保守的循规蹈矩的人。他似乎从来无法理解为他工作的这帮科学家的思想状况。该项目的首席科学家是罗伯特·奥本海默(他和格罗夫斯之间的个人关系总是令人担忧)，他是那一代人中最有才华的物理学家之一，与量子理论的先行者们关系密切，并且在1939年为这个处于萌芽状态的科学作出了重要贡献。
曼哈顿计划可被视为革命性的创举，可以将其当作“制度化战时科技”(Institutionalized war－science)的第一个成功范例。即，自由世界最好的物理学家应召组成一个全额享受政府资助的特殊团队，由军队提供保护，从事关键项目，目标只有一个：赶在德国人之前造出一颗原子弹。
曼哈顿计划如此庞大，耗资如此巨大，有一个词可以恰如其分地形容它：前无古人。从正式开始实施该项目，到1945年在广岛投掷第一颗原子弹之间的三年半时间里，整个项目耗费了政府20亿美元资金(相当于21世纪初的500亿美元)。位于新墨西哥州沙漠地带的阿拉莫斯国家实验室的研究中心雇用了数万名科学家、工程师和技术人员。
团队成员包括一些最令人肃然起敬的世界级科学家，其中有爱德华·特勒(Edward Teller)、汉斯·贝蒂(Hans Bede)、詹姆斯·查德威克(James Chadwick)，以及特别年轻的理查德·范曼(Richard Feynman)。詹姆斯·查德威克是中子的发现者，而理查德·范曼后来获得了诺贝尔奖，成了物理领域的标志性人物。1943年，从丹麦逃亡出来的尼尔斯·波尔也加入了这一团队。缺阵的重量级人物包括费米、西拉德、爱因斯坦。
虽然格罗夫斯将军有时候会怀疑阿拉莫斯国家实验室里的人都是纳粹分子、同性恋者、说不清道不明的怪物等等，他却十分尊重这帮人的智力水平。有一次他甚至说，这帮人是“有史以来世界上最大的一群智力超群的秃瓢儿”。不可否认的是，开发原子弹是科学界的盛装表演，是人类所从事的第一个“大科学”项目。该项目同时也为后来的大规模项目设立了样板。后来的项目包括阿波罗登月计划(Apollo missions)、哈勃望远镜计划(Hubble telescope)、国际空间站计划(International Space Station)、超导超级对撞机项目(superconducting supercollider)，以及20世纪80年代里根总统动作频仍的星球大战计划(Star Wars)等。说到这些项目和其他科技投入的区别，主要还不是它们的规模庞大，吸纳数以十亿计纳税人的钱，而是如下事实：这样的项目总会将最前沿的理论思想糅合进可操作的应用科学领域。
造出第一颗原子武器，有赖于理论学家(我们有必要记住，这些人刚刚认识到，核裂变仅仅是一种可能性)在30年来的量子科学研究上有所拓展，也有赖于人们建立一个能够精确而贴切地解释原子的本质和特性的数学模型。与此同时，实验物理学家们(他们必须与理论学家们合作)担负着紧迫的任务。他们必须建立一套可行的系统，提纯铀的同位素，用于产生裂变，同时还必须提出适用的炸弹设计、运载系统、起爆装置，以及全套复杂的配套装置。
阿拉莫斯国家实验室的成功，是许多因素的集大成。首先，这些人是一帮才华出众的先生和女士，他们拥有当时最好的设备，他们可以调动当时能够动用的一切资源。不过，同样重要的是，事实上他们是迫于压力，政治家们唯恐在竞赛中输给德国人。每当人们想到希特勒会掌握一颗原子弹，其想法本身就足以让人毛骨悚然。
直到战后，人们才发现，德国科学家们离造出一颗原子弹还有十万八千里距离。与阿拉莫斯国家实验室得到的资源相比，德国科学家们得到的资源微不足道。另外，人们也不应忘记，尽管海森伯格才华出众，尽管他领导的小组成员才华过人，1942到1945年间，全世界的顶尖科学家们全都集中在了新墨西哥州的沙漠里，而不是柏林。
赶在德国人之前获得拥有核武器的能力，这样的心态产生了极为强大的推动力。阿拉莫斯国家实验室的科学家们，加上几乎所有相关的政治家们，他们全都天真地相信，他们和德国人之间正在进行一场难分仲伯的竞赛。然而，战争即将结束时，即第一颗原子弹即将用于打击日本人之前数个月，事实真相渐渐清晰起来。英国情报机构的报告证实，至少在三年内，德国科学家还无法制造出一颗适用的原子弹。
几乎可以肯定的是，仅有极少数处于核心圈的政治家和军人知道这一情报，甚至在广岛和长崎的事发生之前几个月，奥本海默也不知道这件事。格罗夫斯将军对此事是否知情，谁也说不清。对于情报，他似乎是至关重要的人物，所以他应该清楚，根本就不存在与德国竞争那回事。无论如何，事已至此，曼哈顿计划已然消耗了那么多金钱、时间、精力。各盟国认为，它已然成为一辆停不下来的高速运行的货运列车，只能任其向前发展了。
对美国政府来说，应否终止这一计划，是个非常复杂的问题，绝不仅仅是因为，总统和他的核心幕僚们必须考虑他们作出这一决定的长远影响。当人们发现，德国人根本就不具备原子弹威胁时，希特勒早已被打败，而日本人正在生存线上挣扎。当时，美国人、俄国人、英国人已经开始着眼于未来，即，战后的世界新秩序。
唯有美国人是第二次世界大战的胜利者，他们意外地从盟国所经历的痛苦中发了横财。1939到1941年间，这些国家在前线浴血奋战，因而保护了美国。美国人只是考虑到自身利益，才参与了后来的冲突。战时，财力和物力从美国流向欧洲，犹如高压水枪的水从破裂的水龙里喷涌而出。当战事结束后，人们开始算账时，世界上仅剩下两股势力——俄国势力(他们在人力方面损失最为惨重)和美国势力。美国人想拥有核武器，以便在1945年之后居世界统治地位。即使明知不存在来自德国的竞争，美国人也绝不会轻言终止曼哈顿计划。最明显不过的是，战争结束后，美国政府中的一些人甚至还试图(他们在一定程度上成功了)对他们最亲密的盟友英国——为保证曼哈顿计划的成功，英国提供了与此有关的一些最棒的科学家——保守核秘密。
1945年夏，原子炸弹即将准备好之际，以常规军事力量入侵日本作为选择之一被提了出来。然而，战略家们认为，这样做有可能牺牲3.6万美国军人——这是不可接受的代价。据信扔在日本的原子弹在一瞬间杀死了大约30万日本平民，另外还使大约相等数量的人受到了辐射之害，还有基础设施被毁和全国医疗系统瘫痪之害。毫无疑问，使用原子弹的道德底线至今仍然受到人们的质疑。不过，不容否认的是，人类从开发这一武器中获得了意义深远的好处，而且其范围仍在扩大。
正如这一计划的成功有赖于理论科学和实验科学的共生共存，从曼哈顿计划开始以来，加上后续的探索研究等等，科学俨然分成了两大阵营——人们对理论物理学的认知得到了极大的强化，应用物理学也斩获颇丰。
对普通民众来说，由于理论物理学自身独有的特质，阿拉莫斯国家实验室在这方面的成果不及它在技术层面上取得的进展来得明显。不过，这丝毫也抹杀不了它自身的价值。不仅如此，人们对原子科学理论的深入探索，其本身即加速了技术进化的程度。
对于促进原子理论来说，第二次世界大战和决定执行曼哈顿计划适逢其时。近30年来，这一领域的一小批专家通过一种松散的国际网络才能一起工作。他们有时在国际会议上碰头，交换意见，有时在声望卓著的科学刊物上发表论文，介绍新发现。一大批这方面的科学家会聚在阿拉莫斯国家实验室，形成了一个无与伦比的思想库(智库)。在超过三年的时间里，这些先生和女士们共同生活在一个类似于村庄的社区里。所有人都有共同的目标和目的，每个人最紧迫的却是渴望学习。他们有竞争对手，也有个人天地，这些都为他们的工作环境增光添彩。除了内在的动机，还有来自外部的政客们的推动。20世纪40年代初期，政客们花费公众的钱大手大脚，他们需要的回报是，必须有人在科学和技术上取得某些意义特别深远的成就。
人们从曼哈顿计划里悟出了“大科学”项目的道理，如今，这样的项目定期得到政府的资助。这类项目主要包括由国家资助的高能原子研究设施，例如日内瓦附近的欧洲粒子物理研究所(CERN)，以及位于芝加哥以西，距芝加哥仅两小时车程的费米实验室(Fermilab)。
科学家们已经在这些实验室里研究了数十年，以便揭示亚原子粒子是如何相互作用的。他们研究原子相互作用时产生的能量，了解通过巨型对撞机发现的一大串新粒子。这个机器将亚原子粒子加速到接近光速，让它们撞击到一起，在撞击碎片中产生新粒子。这些“粒子加速器”就是从1942到1945年间诞生于阿拉莫斯国家实验室设计草图上的机器改造而来的。如今它们被用来验证现代物理学最高水准的理论结构。
粒子物理学家的工具往往是笔、纸、计算机终端、随机存储器等等。他们必须随时验证自己的想法，因为，站得住脚的理论往往来自转瞬即逝的假设，必须找到实验数据支持它，结果还必须经过反复验证、记录，才能最终归入逐渐扩大的科学门类。回旋加速器(Cyclotrons)以及各高能物理实验室里类似的机器都是干这些用的。只要能找到证据，人们就会用这些机器去查找。随着理论家们提出的新奇理论越来越多，指出存在着更为不可思议的粒子以及构成粒子的元素，人们就得使用越来越先进的加速器去量化这些概念。这一进程需要威力越来越大的机器跟进。相应地，需要的资金也越来越多。
为此，科学家们和提供资金的政治家们总是在喋喋不休地争吵。后者往往无法理解超前的物理理论意义之所在。前几年，一个重大项目(超导超级对撞机项目)因此被取消了。据认为，取消的原因是实验经费(达到了数以百亿美元计)实在是太高了。
当我们细数原子武器开发项目给人类带来的技术红利时，我们理所当然首先会想到核能工业的起点，以及它的发展历程。截止到2004年，全球31个国家运行的335座反应堆提供了全世界16％的电能需求。但是，这不过是一个例子。正如当年阿拉莫斯国家实验室团队面临着工程和规划方面的挑战，如今人们需要在认知方向上作出重大调整，在应用方面进行标新立异的思考。所有这些意味着，踏着参与过曼哈顿计划的人们的足迹，新一代物理学家们、化学家们、工程师们、军事规划家们，他们如今仍在尽享这一项目当年开辟的广阔天地。人类在那三年半里取得的成就可以概括为：资源的高度集中和几乎无止境的占用，人类聪明才智的集大成。
当然，人类在核技术民间应用方面也犯过一些低级错误，最臭名昭著的莫过于“天坑开垦项目”(Operation Ploughshare)，即利用受控核爆炸进行采矿的项目。一些核技术倡导者曾经喋喋不休地坚称，核爆炸可用于改变地貌，或纵深挖掘。爱德华·特勒有时被美誉为“核弹之父”，他是奥本海默在阿拉莫斯国家实验室的关键合作者。就是这样一个人，曾经四处吹嘘可以利用核技术进行超大规模采矿和地貌再造。20世纪50年代，作为大规模应用核技术的前期验证，人们在阿拉斯斯加进行了小规模实验。原来的设想是，利用6枚总当量相当于2.4兆吨(相当于第二次世界大战期间全世界发射的弹药总量的40％)的超级氢弹炸掉阿拉斯加西北海岸，在希望角(Point Hope)附近造就一个钥匙孔形状的海湾。自实验起至今，那一地区始终存在着放射性残留。
其他领域的应用则较为成功，也更有经济效益。战争结束后的1949年，美国联邦政府设立了美国能源部桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)。这一实验室如今归洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)管理，在阿拉莫斯国家实验室所在地周边设有数个运营中心。1949到1993年间，洛克希德·马丁公司曾经是美国电话电报公司(AT﹠T)的下属单位。桑迪亚国家实验室的基本任务是管理和维护美国的核武库，在完成其主要任务的同时，它给美国带来了许许多多创新。因为这一实验室的责权是多方面的。
除了上述基本任务，桑迪亚国家实验室还负责防止核扩散的监测，为保密级别最高的存放武器设施开发密码识别系统，同时还负责制作军用模拟地形。该实验室的科学家们开发出了利用安装在卫星上和地面平台上的遥感器进行跟踪和监测的系统，还开发出了加密技术和编码技术。该实验室最引人注目的成就，当数这里的科学家研制了现今计算机的雏形。
20世纪90年代催生了许多新兴产业的上述最后一项成就，其开始时间在1942到1945年之间，地点在阿拉莫斯国家实验室的一些会议室里。忆往昔，当时的科研团队所做的不过是一大堆不确定的事而已。事先没人制造过原子弹，没人知道原子弹的破坏力，原子理论能否真的变成看得见摸得着的现实，没人有十足的把握。原子弹投向广岛之前几个月，除了对实验装置进行过唯一一次试爆，当时的科研团队甚至连倒数计时装置都没来得及造出来。试爆地点在新墨西哥州阿尔伯克基市(Albuquerque)以南120英里的特里尼蒂(Trinity)实验场。不仅如此，除了1945年十分有限的一段时间里，当时的科研团队曾经使用过一台非常原始的名为“埃尼阿克”(ENIAC)的计算机，科学家们只能借助笔、纸、计算尺等工具进行计算。所以，当时他们只能用图表和数字构建想象中的实景。我们可以这样说，现代计算机发明出来之前，是这些人创造了计算机的雏形。
现如今，我们惊异于计算机游戏中采用的精美图形，我们因好莱坞三维影像工作室借助计算机制作的生动形象而癫狂，我们中的大部分人都在使用安装了令人目眩的屏幕保护程序和视窗操作系统的高性能计算机……如果没有当年的奥本海默，没有他那帮同事们在阿拉莫斯国家实验室昏暗的小屋里突发奇想，没有他们的追随者对他们那些工作方法的继承和发扬，今天的一切都不可能出现。
从核武器研究项目中脱胎出来的另一项重大成果是对许多人生命攸关的技术应用，即核医疗设备。比较突出的是用于治疗癌症的放射性疗法。在医疗科学领域，另外还有许多其他重要的应用。同位素被用来诊断外科的内伤和器官异常，还被用于检测血液循环、淋巴异常、消化系统病症。
曼哈顿计划的核心是提纯用于第一颗原子弹的原料，即铀－235(U－235)。必须将它从更常见的同位素材料铀－238中分离出来。由于同位素铀－238里仅含0.1％的铀，若想获得足够的铀－235，造出第一颗原子弹，首先必须有大量的未提纯的铀材料。建在田纳西州橡树岭(Oak Ridge)的离心总厂当年雇用的人手占了曼哈顿计划的半壁江山，分离足够数量的适用铀－235耗费了全部20亿美元预算的50％。在提纯过程的巅峰时期，仅此一家工厂消耗的电能超过了全美汽车制造业的耗电总量。政府只好让财政部出售银块，为提纯装置的核心部件超大磁铁买单。
位于橡树岭的提取机械是一台分离同位素的机器，其工作原理为，充分利用每一种同位素对强磁场的反应有所不同将其分离。核磁共振成像技术(magnetic resonance imaging，MRI)即由此产生，如今工业化社会的每一家大医院都利用它生成三维图像。
近些年诞生于桑迪亚实验室的某些想法和创新会让人感觉更像是科幻小说里的内容(公平地说，即使对开发出原子弹的阿拉莫斯国家实验室的科学家们来说，诸如放射性同位素、超级计算机、智能金属等也会被当作科幻小说里的内容)。超乎想象的进展包括“微型机器人”或称纳米机器，以及可大量投放到战场上的身形和体积如真昆虫的监测机器。这些装置的出现极大地强化了人们对纳米科学的研究，并且于20世纪90年代初渗透到了民用研究领域。
可以预期，纳米技术会成为21世纪最重要的科学技术之一，而且可应用于人类社会的各个层面。仅举两个例子即可说明这一点：由中心计算机控制的许许多多大小不超过人体细胞的机器人可以被安放于患者体内，以手术的方式割除癌变肿瘤，缝合伤口，拼接断骨。同样的机器人还可被用于“以颠覆性方法”制造商品，用极为精确的仿生手段制造每一件商品的每一个零部件。
目前，纳米技术仍然是处于胚胎阶段的学科。它出自军事科学家和军事计划制定者之手，它对人类生活会产生何种影响，我们仍须拭目以待。不过，正如我们所熟知的诸如计算机、喷气式飞机、核电站、抗生素等的生产，它很快也会进入大规模生产阶段，成为民品生产的中流砥柱。它是又一个生动的实例，说明军品可以做得更好、更高、更精，其产品大大超乎人们的想象。
