工業的巨輪──《人類大歷史：從野獸到扮演上帝》

2016/04/01 |

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一切的源頭都是太陽能

早在工業革命前的數千年，人類就已經知道如何使用各種不同的能源。像是可以燃燒木材，用火力來煉鐵、取暖、烤蛋糕。用帆取得風力就能推動帆船，用水車取得水力就能用來碾穀子。然而，這些使用方式都有明顯的限制和問題：火力得先取得木材，風力得靠天賞臉，至於水力一定得住在河的附近才成。

還有一個更大的問題，就是我們不知道如何進行能量間的轉換。譬如風力可以推船、水力可以推石磨，但卻沒辦法拿來煮水或煉鐵。相對的，燃燒木頭的熱力也無法推動石磨。在當時想要轉換能量，只能靠一種東西：人類或動物自己的身體。在自然的代謝過程裡，人類和其他動物燃燒有機燃料（也就是食物），把能量轉換為肌肉運動。於是，男男女女或動物攝取穀物和肉類，燃燒碳水化合物和脂肪，再用這些能量來拉車或拖犁。

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在機器不普及的年代，獸力人力是動力的主要來源。圖／wiki

因為所有能量轉換只能靠人類和動物的身體，當時幾乎所有人類活動靠的就是肌肉的力量。人類的肌肉能用來造車蓋房，牛的肌肉能用來拖犁耕田，馬的肌肉能用來運輸貨物。而所有能用來供應這些「有機肌肉機器」的能量來源只有一種：植物。至於植物的能量，則是來自太陽。植物靠光合作用，將太陽能轉為有機化合物。

由此看來，歷史上人類成就的幾乎所有事情，第一步靠的都是將植物取得的太陽能，轉換為肌肉的力量。

正因如此，人類歷史在過去一直是由兩大週期來主導：植物的生長週期，以及太陽能的變化週期（白天和黑夜，夏季和冬季）。

陽光不足、穀物尚未成熟的時候，人類幾乎沒有能量可用。這時穀倉空空，收稅員無事可做，士兵無力行軍或打仗，各個國王也覺得以和為貴。但等到陽光充足、穀類成熟，農民的收穫堆滿了穀倉，收稅員四處忙著收稅，士兵頻頻操練、磨刀利劍，國王也召集大臣，計畫下一場戰事。這一切的源頭都是太陽能—這時候已經取得並封裝在小麥、稻米和馬鈴薯裡了。

廚房裡的祕密

在這之前的幾千年間，人類每天都面對著能源生產史上最重要的發明，卻總是視而不見。每次有哪個家庭主婦或僕人想要燒水泡茶，或是把裝滿了馬鈴薯的鍋子放在爐子上烹煮，這項發明就這樣大剌剌的呈現在他們眼前。在水煮沸的那一刻，水壺或鍋子的蓋子會開始跳上跳下。這時熱能轉換為動能，但是我們過去都只覺得這樣亂跳有點煩人，至於一時忘記而讓水煮乾，就更麻煩了。沒人注意到這件事的真正潛力。

第九世紀中國發明火藥，可說有了小小的突破，能讓熱能轉換成動能。一開始，要用火藥推動彈丸，聽來實在太有悖常理，所以長久以來，火藥只是拿來製作炸彈。直到後來（起因可能是某些炸彈專家在研缽裡磨火藥，磨杵卻被大力炸飛？），才終於發明了槍枝。而要再從火藥發展為有效的火炮，就又過了大約六百年。

即便如此，要將熱能轉化為動能的想法，仍然太過天馬行空，所以要再等三個世紀，人類才發明了下一種使用熱能來移動物品的機器。這項新科技是在英國煤礦坑裡誕生。隨著英國人口膨脹，森林遭到砍伐，一方面是取得木柴做為燃料推動經濟成長，一方面也是為了要有居住地和農業用地。於是，英國逐漸面臨木柴短缺的問題，開始燒煤做為替代品。許多煤礦層都位於會淹水的地區，而且只要淹水，礦工就到不了較低的礦層。

這個問題必須解決。大約在1700年左右，英國的礦井裡開始迴盪著一種奇特的噪音，可說是吹起了工業革命進擊的號角，一開始只是微微在遠方響起，但十年十年過去，聲音也愈趨雄壯，直到最後，整個世界都籠罩在震耳欲聾的聲響之中。

這就是蒸汽機。

瓦特蒸汽機模型。圖／wiki

蒸汽機種類繁多，但都有一個共同的原理：燃燒某種燃料，例如煤，再用產生的熱將水煮沸，產生蒸汽；接著蒸汽推動活塞，讓活塞來回移動，而連接到活塞的任何機械裝置也就跟著移動。這麼一來，熱能便轉換為動能了！在十八世紀的英國煤礦坑裡，是將活塞連接到幫浦，好把礦井底部的水給抽出來。最早的引擎效率低到難以想像。光是想抽出一點點的水，就得燒掉極大量的煤。然而，當時礦煤充足、又近在咫尺，倒是沒人在意。隨後的幾十年間，英國人改善了蒸汽機的效率，還把它請出了礦坑，用在紡織機和軋棉機上。紡織生產彷彿脫胎換骨，開始廉價生產愈來愈大量的紡織品。轉眼之間，英國就取得了世界工廠的地位。但更重要的是，把蒸汽機請出礦坑，可說是打破了一項重要的心理關卡。如果燒煤能夠讓紡織機動起來，為什麼不能讓其他的設備，像是車輛，也這麼動起來？

釋放物質蘊含的力量

1825年，一名英國工程師將蒸汽機裝到了一輛滿載煤炭的貨車上，讓引擎將這輛貨車沿著鐵軌，將煤炭從礦場送到約二十公里外的港口。這是史上第一臺蒸汽動力火車。想當然耳，既然蒸汽可用於運送煤炭，為什麼不能運送其他商品呢？甚至，為什麼不能載運人呢？ 1830年9月15日，第一條商業化鐵路開通，連接了利物浦與曼徹斯特，用的同樣是與抽水或紡織相同的蒸汽動力。不過短短二十年後，英國的鐵軌長度已達數萬公里。從此之後，人類就深深著迷於如何使用機器和引擎，轉換各種能量。只要發明出適當的機器，世界上任何地方、任何類型的能量都能為我們所用。舉例來說，物理學家發現原子內儲存著巨大的能量，就開始思考要如何釋放這種能量，用來發電、推動潛艇，或是摧毀城市。從中國煉丹術士發現火藥，到土耳其人用大炮粉碎君士坦丁堡的城牆，之間足足過了六百年。但是從愛因斯坦發現質量可以轉化為能量（也就是E=mc2）之後，僅僅過了四十年，原子彈就已經落在廣島和長崎上空，核電廠也如雨後春筍般遍布全球。

另一項重要發明是內燃機，僅僅花了不到一個世代的時間，就徹底改革了人類的運輸，也讓石油變成一種液態的政治權力。在這之前數千年，我們早就知道了石油的存在，但只用來為屋頂防水、替軸輪潤滑。就算到了大約一個多世紀前，大家還是認為石油就只有這些用處。說要為石油流血打仗，簡直是笑話。當時為了土地、黃金、胡椒或奴隸打仗，或許天經地義，但為了石油，可是萬萬說不過去。

石油其實在幾千年前就已出現在人類的文明中，但直到內燃機的出現，才讓石油變成一項各方勢力角逐的資產。圖:wiki

至於電力的發展更為驚人。在兩個世紀前，電力對經濟還毫無影響力，多半只是用來做些神祕的科學實驗，或廉價的魔術把戲。

但有了一系列的發明之後，電力就成了我們有求必應的神燈精靈。

手指一彈，就能印刷出書本、織出衣服、保持蔬菜新鮮、冰棒不融化，還能煮晚餐、處決死刑犯、記錄我們的想法和笑容、讓夜間亮起燈光，還讓我們有無數的電視節目可看。我們很少有人瞭解電力運作的機制，但更少人能夠想像生活中沒有電力該怎麼辦。

能源的大海汪洋

工業革命的核心，其實就是能源轉換的革命。我們已經一再看到，我們能使用的能源似乎無窮無盡。講得更精確些，唯一的限制只在於我們的無知。每隔幾十年，我們就能找到新的能源來源，所以人類能運用的能源總量是不斷增加的。

為什麼這麼多人擔心我們會耗盡所有能源？為什麼他們擔心我們用完所有化石燃料之後，會有一場大災難？顯然，這世界缺的不是能源，而是「能夠駕馭並轉換成符合我們所需」的知識。如果與太陽任一天放射出的能量相比，全球所有化石燃料所儲存的能源，簡直是微不足道。太陽的能量只有一小部分會到達地球，但即使是這一小部分，就已經高達每年3,766,800艾焦（exajoule，exa代表10的18次方，焦耳joule是能量單位，在地心引力下將一顆質量1公斤的蘋果抬升1公尺，所需的能量就是1焦耳；艾焦是10的18次方焦耳，這可是要抬舉很多很多顆蘋果呦。）全球所有植物行光合作用，也只能保留大約3,000艾焦的能量。現在，人類所有活動和產業每年約消耗500艾焦的能量，而地球只要大約短短90分鐘，就能從太陽接收到這麼多能量。而且，這還只是太陽能而已。我們還有其他巨大的能量來源，像是核能、像是萬有引力。萬有引力最明顯的例子，就是因為受到地球與月球相互吸引而形成的潮汐作用。

若能好好善用太陽源源不絕提供的能量，我們或許能夠真正保護一個乾淨的地球。圖:Bruno Caimi

在工業革命之前，人類的能源市場幾乎完全只能靠植物。這就像是住在一座容量每年3,000艾焦的水庫旁邊，想辦法盡可能多抽一點水出來。然而，到了工業革命時期，人類發現能使用的能源不是一座水庫，而是一整片海洋，容量可能有幾十億艾焦。我們唯一需要的，只是更好的抽水幫浦罷了。

提煉原料新法

學習如何有效駕馭和轉換能量之後，也解決了另一個阻礙經濟成長的問題：原料短缺。等到人類找出方法駕馭大量而又廉價的能源之後，就開始能夠取得過去無法運用的原料，像是在西伯利亞荒原採集鐵礦；或者從愈來愈遠的地方將原料運來，像是從澳洲將羊毛運到英國的紡織廠。同時，科學上的突破也讓人類能夠發明全新的原料，例如塑膠；或是發現先前未知的天然原料，例如矽和鋁。

化學家一直要到1820年代，才發現了鋁這種金屬，但當時要從礦石中分離出鋁，非常困難、而且昂貴。於是，有幾十年時間，鋁的價值甚至比黃金還要高得多。在1860年代，法國皇帝拿破崙三世還會用鋁質餐具來宴請最尊貴的客人，至於那些二等的客人，就只能用黃金刀叉來湊合湊合。

但是到了十九世紀末，化學家發現了一種電解法，能夠大量、廉價提煉鋁，目前全球的鋁生產量堂堂達到每年3,000萬噸。如果拿破崙三世聽說這些屬民的後代，居然拿鋁做成拋棄式的鋁箔，用來包三明治、外帶剩菜，用完就丟，想必會大驚失色。

兩千年前，地中海盆地的人如果屬於乾性膚質，就會在手上抹橄欖油。而今天他們抹的是護手霜。我在附近一家店裡隨便買了一條簡單的現代護手霜，裡面的成分如下：

去離子水、硬脂酸、甘油、辛酸／癸酸甘油酯、丙二醇、肉荳蔻、酸異丙酯、人參根提取物、香料、鯨蠟醇、三乙醇胺、矽靈、熊果葉萃取物、抗壞血酸磷酸鎂、咪唑烷基脲、對羥基苯甲酸甲酯、樟腦、對羥基苯甲酸丙酯、羥基異己基3-環己基甲醛、羥基香茅醛、芳樟醇、丁苯基甲基丙醛、香茅醛、苧烯、香葉醇。

以上幾乎所有的成分，都是在過去兩世紀間才發明或發現的。

第一次世界大戰期間，德國遭到封鎖，造成原物料嚴重短缺，特別是可做成爆炸物的硝石，更是奇缺無比。德國本身不產硝石，當時最大的硝石產地在智利和印度。雖然用氨來取代硝石，也可以有同樣的效果，但當時要生產氨的成本還非常高。可以說德國人走運，他們的同胞、猶太裔化學家哈柏（Fritz Haber），在1908年發展了一套技術，幾乎只需要用空氣就能製備出氨。德國人很快將哈柏研發的技術投入工業生產，只要靠著空氣當原料，就能製作爆炸物。

德國科學家哈柏(Fritz Haber)，因為在第一次世界大戰期間他鑽研於化學武器工作，也被稱為「化學戰爭之父」。圖:wiki

有學者認為，要不是有哈柏的發現，德國絕無可能撐到1918年的11月。而且，這項發現還讓哈柏贏得了1918年的諾貝爾獎，但可以想見他得的是化學獎，可不是和平獎。（哈柏在第一次世界大戰期間，也是引導使用毒氣的先驅。）

立體書封

《人類大歷史：從野獸到扮演上帝》，天下文化出版。

本書作者哈拉瑞（Yuval Noah Harari）希望滿足讀者的是：「請給我單單一本書，不到五百頁的篇幅，用清晰可讀的散文，不填塞一堆令人暈頭轉向的年份、人名、地名、稱號，就能涵蓋了人類如何崛起、如何被農作物綁架……乃至影響現代生活甚巨的資本主義、一神教、自由人文主義、基因工程……如何興盛的重大脈絡，讓我洞悉其中的關鍵和意涵。」