瓦特是个有股子倔劲的男子汉，主意一定，他便租了个地窖当工场，卷起铺盖住了进去，没日没夜地一头扎进了蒸汽机的研制中。经过仔细琢磨，瓦特发现纽可门蒸汽机的毛病主要在缸体随蒸气不断地冷了又热，热了又冷，白白耗费了许多热能。如果把冷却、加热两个任务，分别由两个容器来承当，让做功的汽缸始终保持高热状态，让负责冷却的冷凝器始终是冷的，产生真空。这样，不就是大大降低热耗，提高效率了吗？
可是，找出了问题，不等于解决了问题。瓦特整日苦思冥想，也不知做了多少次试验，转眼间两年过去了，仍然没有找到解决问题的办法。真应了“苦修必有果，功到自然成”这句古话。一天夜里，瓦特又准备在他的地下实验室里熬夜，他烧了一壶水，那是准备泡茶用的，接着又翻开斯密顿的实验报告和他自己写的资料，打起精神，细细研读起来。突然，壶里的水突突地开了，壶盖被蒸气推动着，发出“哐当、哐当”的响声，瓦特看看还冒着热气的茶壶，又看看桌子上的茶杯。突然冒出一个念头：“要茶水凉，就得把开水倒进杯子里；要蒸气变冷，为什么不把它从汽缸里‘倒’出来呢？”想到这里，瓦特立刻动手进行模型试验，他设计了一个和汽缸分开的冷凝器，按照斯密顿的计算公式，他算出热效率可以提高3倍，耗煤量可以节约1/4。
瓦特虽然完成了通用蒸汽机的模型，但要把它变成真正的机器，谈何容易？除了技术、材料等方面的问题，还有个资金问题。真是“山重水复疑无路，柳暗花明又一村。”正在瓦特为筹集资金而愁眉不展的时候，他认识了企业家布尔顿，并跟布尔顿共同建立了布尔顿-瓦特商会，总算解决了资金问题。
蒸汽机研制的重要条件是机械加工技术，特别是圆筒汽缸的精密度是个关键。当时这项技术很落后，造出的汽缸内壁不光滑、漏气，大大影响了蒸汽机的效率。格拉斯哥大学的布莱克教授介绍他认识了发明镗床的威尔金。他用镗火炮筒子的方法为瓦特镗制了汽缸和活塞，解决了精度和漏气问题。资金上有布尔顿鼎力资助，技术上有威尔金辅佐，瓦特很快便在1774年制成了第一台新型蒸汽机。这以后，瓦特精益求精，对蒸汽机不断进行改进。到1784年，他的蒸汽机已经装上曲轴、飞轮、活塞，可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用靠人力去调节活门，这才是世界上第一台真正的蒸汽机。你若要了解它是如何把往复运动变成圆周运动的奥秘，不妨去观察一下蒸汽火车头轮子的转动情况。直到现在，蒸汽火车头轮子的构造，仍然保留着瓦特蒸汽机的原貌。“一个好汉三个帮”，瓦特在朋友们的帮助下，完成了他的划时代的发明后，一直到他83岁高龄去世为止，毕生都在研制和改进蒸汽机。
要说蒸汽机的功绩，实在无与伦比。瓦特在取得专利后，很快便把蒸汽机应用到纺织业中去，后来终于出现了蒸汽纺布机。这样，一个由机器代替手工的时代从纺织工业开始了。瓦特的蒸汽机点燃了工业革命的导火索，所以马克思说，蒸汽机的发明，在很短的时间内，改变了整个世界的面貌。不是吗？1807年，美国的富尔顿把蒸汽机装到船上，发明了轮船；1814年，英国的司蒂芬逊把蒸汽机装在车上，发明了火车。有了蒸汽机这样新型的动力装置，机械工业也迅猛地发展起来了。1817年，英国罗伯特发明了刨床，摩兹利发明了车床……蒸汽机不仅改变了整个工业的面貌，还由于工业的兴起而推动着城市的形成和发展。由于蒸汽机的丰功伟绩，以至于人们把19世纪称为“蒸汽时代”。
在科学理论的发展史上，蒸汽机同样功高如山，蒸汽机的发明主要靠的是经验和实践。但蒸汽机产生后，推动了理论研究，产生了热力学，而在热力学理论的研究中，人们又萌发了内燃机的设想，终于发明出效能更高的动力机器--内燃机。事实证明了科技是生产力。在科学和生产之间存在着这样一种循环规律，这就是：生产→技术→科学→新科学→技术→生产。科学技术的发展就这样推动着人类社会的进步，创造出灿烂的文明。
十八、你会像罗蒙诺索夫一样坚持真理吗？
17世纪到18世纪上半叶，工业发展起来了，火的应用简直无所不在，这使许多国家的化学家开始认真研究物质燃烧，因为他们迫切要求弄明白燃烧的本质。
就在这种形势下，有人提出了“燃素说”，成为当时一度被视为不可推翻的经典。“燃素说”认为，燃素是存在于物质中的一种没有重量的可燃因素，一旦燃烧，它便散布于空中，燃素能给人以温暖。动植物有了燃素便生机盎然，失去燃素就奄奄一息。燃烧的物体中燃素愈多，燃烧就愈旺。甚至化学变化的过程，说到底也是吸收和放出燃素的过程。
用燃素说来解释木柴的燃烧倒也显得顺理成章，可是用它来解释金属的燃烧就出现问题了。因为有些金属烧过后，重量反而增加了，这是燃素说所不能解释的。所以，有些“离经叛道”的人开始对这一权威学说产生了怀疑。在这些人中，有个后来被尊为“俄国科学之父”的年轻人，他的名字叫罗蒙诺索夫。当时，他正在德国留学。
有一天，在台上讲课的沃尔夫教授正要开讲燃烧的本质。教授是坚信“燃素说”的，自然把那“燃素说”说得完美无缺。学生们个个听得入神，啧啧称是，还不时在笔记本上记下沃尔夫教授的话。只有罗蒙诺索夫低头沉思，过了一会儿，他瞅准沃尔夫讲课停顿的机会，举起手来要求发言。“沃尔夫教授，”在征得老师同意后，他站起来说，“我觉得燃素说并不能揭示燃烧的本质。”沃尔夫教授被这突如其来的发言弄得有点不知所措，他不免有些恼火，只是由于绅士的修养，使得他没有当堂向这个学生发火。他只是用揶揄的口吻说：“既然如此，你一定有一种新的学说能完美地揭示燃烧的本质了？”听了老师的话，所有的同学都把目光投向罗蒙诺索夫。罗蒙诺索夫涨红脸，嗫嚅着说：“不，目前还没有。”话音刚落，引得同学们满堂哄笑。可以想像，当时罗蒙诺索夫的处境是多么尴尬，可是他暗下决心，总有一天会提出一种学说来揭示燃烧的本质的。
1741年6月，罗蒙诺索夫学成回国后便着手建立起俄国第一个化学实验室。他念念不忘留学时许下的愿望，埋头做起关于燃烧的实验来了。
他取来一块金属，把它放进一个玻璃瓶，再把瓶口焊死，然后连瓶子一起称好重量。在加热到瓶里的金属变成熔渣时，不打开瓶盖，等冷却后，再连瓶子一起称。结果发现，燃烧前后的重量是一样的。他用其他金属重复同样的实验，结果都是一样。罗蒙诺索夫的实验推翻了燃素说，也证明并没有英国化学家波义耳在燃素说的基础上，提出的存在一种叫“火质”的物质。大概是因为当时的俄国各方面都还很落后的缘故，罗蒙诺索夫的这些实验不仅鲜为人知，并且也很少有人去深究这些实验的重大意义。在科学史上许多伟大的成果都是许多代人前仆后继取得的。大概在罗蒙诺索夫完成他的这些具有伟大意义的化学实验的30多年后，在法国有位年轻的名叫拉瓦锡的化学家还在重复着类似于当年罗蒙诺索夫做过的实验。
他在密闭的容器里锻烧金属，燃烧前后他都仔细地用天平称过重量，并没有一点变化，他再称金属灰的重量，是增加了，又称烧过后空气的重量，却减少了，而减少的空气和增加了的金属灰正好重量相等。于是拉瓦锡发现了罗蒙诺索夫也曾经发现了的化学上一条极重要的定律：重量(质量)守恒定律。物质既不能创生也不能消失，化学反应只不过是物质由这种形式转换成另一种形式。
自从拉瓦锅由燃烧金属发现燃素说的破绽后，他立即放下其他研究而专攻燃烧现象。
拉瓦锡有个名叫普里斯特利的英国朋友，也是位化学家，常来拉瓦锡的实验室做客。有一次，他又来拉瓦锡的实验室做客，见拉瓦锡正在忙乎着，便问：“拉瓦锡先生，你又在干什么呀？”
“老兄，”拉瓦锡指着桌上的实验器具说，“我把磷用软木飘在水面罩着燃烧，烧后水面就上升，占去了罩内空间的1/5。”他指着另一个器皿说，“你看这个罩内是烧硫磺的，水面也上升了1/5。这说明燃烧时总有1/5的空气参加了反应。”
“是的！”普里斯特利说，“我也发现空气中有1/5的气体有许多特殊的性质，蜡烛见着它会更亮更旺，而小老鼠没有它便会一命呜呼。”
“是吗？”听了普里斯特利的话，拉瓦锡顿时兴奋起来，“老兄，你的发现对我真是大有启发，看来空气并不是一种元素，起码由这占1/5的与另外的占4/5的两种元素组成。”
“照此说来，水也有两种元素组成的了。”普里斯特利握着拉瓦锡的手说，“因为我在水里也发现了这种占空气1/5的元素，它跟另一种不知名的空气(其实是氢气)在密闭的容器里加热，能生成水。”说着普里斯特利就动手做开了实验。他熟练地制成两种气体，混合到一个密封的容器里，开始加热，一会儿容器壁上果然出现了一层小水珠。拉瓦锡见了，欣喜若狂。他斟了一杯酒递给普里斯特利，又为自己斟了一杯。“干杯吧，老兄！”他举起酒杯说：“今天我们找到了燃烧的秘密，它便是存在于空气和水中的这种未知名的新元素。它能和非金属结合生成酸，又能使生命存活，我们就用希腊文中的‘酸’和‘火’两个字合起来，把它叫做‘氧’吧！”
不久，拉瓦锡写了一份《燃烧概论》的报告递交给巴黎科学院，在这份报告中，拉瓦锡提出了燃烧的氧化学理论，从而结束了统治化学界长达100年之久的燃素说的历史。从此，化学从燃素说中解放出来，迅速地发展起来。
拉瓦锡在化学上的成就是巨大的。1782-1787年，他曾根据化学组成编定化学名词，并形成用化学方程式说明化学反应过程的想法，产生定量化学分析的概论，完成了燃烧理论，发现质量守恒定律，为元素下定义。他在1789年完成的《化学纲要》一书，被认为是近代化学理论的奠基之作。他对近代化学的贡献可以与牛顿对近代物理学的贡献，以及达尔文对生物学的贡献相提并论。
可惜，这位天才的科学家在法国大革命时被推上了断头台。但是，拉瓦锡的事业并没有因此中断，着名的科学家福克林、福克雷，以及盖·吕萨克等都成为他的后继者，推进了化学的发展。
十九、接种牛痘预防天花是外国人发明的还是中国人发明的？
天花，自古以来就是对人类危害最大的一种传染病，全世界凡是有人的地方恐怕没有不曾流行过天花的。那瘟神肆虐时，到处都是一派“千村薜荔人遗矢，万户萧疏鬼唱歌”的凄惨景象。自打有人类以来多少万年过去了，直到公元1979年10月26日，联合国的世界卫生组织终于宣布：曾经给人类带来巨大灾难的天花，已经在全世界范围内被消灭了。这真是一个人类值得喜庆的消息，而把这个福音带给人类的是一位名叫爱德华·琴纳的英国乡村医生。
让我们把时光回溯到183年前在琴纳医生诊所里发生的一幕吧！那一天是5月17日，正是琴纳的生日。那天，他的诊所里挤满了人。他们不是来祝贺生日的宾客，也不是前来求诊的病人，他们是琴纳医生请来观看他的一项破天荒实验的群众。只见屋中央坐着个名叫杰米的男孩，他的边上站着个包着手的少女，大家都认得她是道尔顿牧场的挤奶工蒙丝。几天前，她在挤奶时碰着了牛身上的痘疮，手上因此生了个小脓疱。
实验开始了，琴纳医生取出一把消过毒的小刀，在杰米的左上臂轻轻地划了个“十”字型的口子。见小杰米咬住牙，一声不吭，琴纳医生情不自禁地弯下腰，吻了吻小杰米的头。然后，他熟练地从蒙丝手上的痘疮里挑出一点淡黄色的浆液，小心地涂在杰米左上臂那个“十”字的口子上。在场的人都屏息凝神，目睹了发生在三五分钟内的这一切。他们当时全没有意识到他们看到的是多么伟大的一幕！这是人类历史上第一次种牛痘的实验，因为有了这一次实验，才有了183年以后联合国世界卫生组织消灭天花的庄严宣告。
那么，琴纳医生是怎么想到要做这样一次实验的呢？原来，那一年他的家乡伯克利正流行天花。几乎家家都有人染上了这可怕的传染病，墓地里每天都会树起新的十字架，给亲人送葬的凄哀的哭声把琴纳的心都快撕碎了。
白天，琴纳医生忙着给乡亲们治病，一到晚上，他就辗转反侧睡不着觉，整夜地寻思着有什么办法可以安全可靠地预防天花。
在这以前，民间已经流传一种方法，可是这种方法非常危险。人们知道，得过天花的人，不会再次染病，因而推知，这些人身上一定有一种可以抵抗天花的东西，如果把这东西“种”到别人身上，那么那个被“种”的人不就可以预防天花了吗？于是，人们就把轻度天花病人脓疱的脓液直接种到健康人身上，让他先染上一次“小天花”，这样他就再也不会得天花了，就可以逃避可能降临的天花的劫难。可这种方法实在不妙。首先，并不一定人人都会染上天花，既然这样先人为地得一次“小天花”，不就显得有些得不偿失了吗？第二，这种方法很不安全，因为人们没有办法控制“小天花”小到什么程度，往往为防病而主动染病，原想以小病抵大病，结果病发作得厉害，跟不防病没什么区别，有些人照样送了命。所以，就愈来愈没有人去冒这个风险了。不过这种方法也有成功的例子，所以琴纳思索着，他觉得把带病的脓液看做是“种”，然后种到健康人身上去是个办法，问题是要找到一种安全的“种”，这种安全的“种”在哪里呢？
这个问题搅得琴纳夜夜不得入睡。这天夜里，翻来覆去睡不着的琴纳，终于在天快亮时进入了梦乡。他梦见自己找到了这种安全的“种”，高兴得欣喜若狂。正在这时，“砰，砰……”一阵急促的敲门声惊破了他的好梦。原来，是邻居潘金斯太太出门打工的丈夫染了天花回家了。琴纳赶去一看，只见他身上的脓疱已经溃烂了。为了防止传染，琴纳让潘金斯太太赶紧去找个得过天花的人来护理。可是这潘金斯太太是个泼妇，平时把邻居们都得罪遍了。所以到有困难要人相助时，她也自觉张不出口。于是她找来了她的在道尔顿牧场当挤奶工的表妹安娜。琴纳见安娜光滑细嫩的脸上毫无疤痕，一见就知道她没有生过天花，就连连摇头。可是安娜却说：“我已经护理过好几个天花病人了，从来也没事。我们挤奶女工凡是得过牛痘的，都不会染上天花。”琴纳听了，将信将疑。一则，那时也别无他人，只得留下安娜来护理病人，二则，琴纳也有心要看看，安娜是不是真的有抗天花的能力。