格物院八大學館的設立,如同在舊有知識體系的池塘中投入了巨石,漣漪正一圈圈擴散開來。算學館的沙盤計算聲,格物館的實驗碰撞聲,化機館的爐火煅燒聲,地輿館的星圖測繪聲,舟車館的模型推演聲,軍械館的沉悶試射聲,農工館的稻穗摩挲聲,醫道館的藥碾滾動聲……這些聲音交織在一起,形成了一種奇特而充滿生機的韻律,回蕩在洛水之濱這片新辟的學術領地上空。然而,在看似紛繁的研究方向中,李瑾心中,一個終極目標始終如燈塔般指引著方向――動力。
人力、畜力、水力、風力……這些傳統的動力源,或受限于人畜的耐力與數量,或受制于地理與季節,已越來越難以滿足他腦海中那宏偉藍圖的驅動需求。更大、更快的遠洋戰艦,更高效的礦山提水、礦石粉碎,更強大的機床驅動,乃至未來可能出現的陸地載具……這一切,都需要一種更強大、更穩定、更可控的動力。他知道答案――蒸汽。
然而,從“知道”原理,到將其轉化為實際可用的機械,中間橫亙著材料、工藝、密封、傳動、控制等一系列巨大的鴻溝。直接拋出成熟的蒸汽機圖紙是荒謬且危險的,那超越了時代太多,如同給原始人看噴氣發動機。他需要做的,是引導這個時代的智者與巧匠,沿著一條符合認知規律的道路,自己去探索、發現、解決那些必然會出現的問題,讓“蒸汽之力”的概念,如同種子,在這片名為“格物院”的土壤中,自然而然地萌芽、生長。
這一日,李瑾召集了格物館館主清玄子、化機館館主章煥、舟車館館主鄭海和魯平,以及算學館館主趙玄默,在新建成的、位于格物院核心區域的“論道堂”內,舉行了一次小范圍、高密度的研討。論道堂陳設簡樸,中央一張巨大的硬木長桌,四周墻壁上掛著各種圖紙和模型,氣氛肅穆而專注。
“今日請諸位前來,是想探討一物之力。”李瑾沒有繞彎子,示意親衛抬上一個蓋著麻布的小型銅制裝置。揭開麻布,露出一個造型奇特的銅器:下方是一個密閉的銅制圓球,上方連接著一根彎曲的銅管,銅管另一端則對準一個帶有葉片、可以靈活轉動的小輪。銅球下方有一個開口,似乎可以添柴加熱,側面還有一個帶著螺旋閥門的細管。
“此物,暫名‘驗汽轉輪’。”李瑾指著這個簡陋的裝置,“其理甚簡:于這銅球內注水少許,下以炭火加熱,水沸化為蒸汽。蒸汽自這銅管噴出,沖擊葉片,則可驅動此輪轉動。”
原理確實簡單。在座幾人,都是當世在各自領域最富探索精神的人物,對水沸化汽、汽遇冷復凝為水的現象并不陌生,甚至清玄子在煉丹時,就常用類似裝置(原始的蒸餾器)來收集“華池玉液”(蒸餾水)。但他們從未想過,這“汽”的力量,除了將壺蓋頂起,除了用來煉丹,還能用來驅動輪子轉動,做“功”。
“水汽之力,竟能如此?”鄭海是資深船工,立刻聯想到風帆,“若此輪可被汽力驅動,是否意味著,無風之時,舟船亦可自行?或可驅動更大、更復雜之器械,如提水之車,鍛打之錘?”
“正是此意。”李瑾贊許地點頭,“然,欲使其為我所用,需明其理,克其難。首要便是,這蒸汽之力,究竟有多大?如何度量?與水量、火候、銅球大小、噴管粗細,有何關聯?”
這是典型的“格物”問題。清玄子眼睛一亮,他最近正帶領弟子們研究力與運動的關系,用杠桿、滑輪、斜面做實驗,試圖量化“力”的概念。“大帥所極是!力有大小,需有度量。下官觀此物,水沸為汽,體積劇增,撐于銅球之內,無處可去,其力必大。然究竟多大,需以實驗測之。或許……可于銅球噴管處,設法測量其推力?”
趙玄默立刻接口:“既涉測量,便需算學。可先設定不同水量、不同火候(炭火多寡、時間長短),測量每次能驅動葉輪轉動之圈數,或……在噴管對側置一標尺與彈簧(或重物),看其能將重物推起多高,以此間接推算力之大小。此中變化,需記錄成表,尋找規律。”
章煥則從材料和制造角度考慮:“水沸化汽,其力甚大,恐非尋常銅鐵所能久持。需選上等精銅,甚至嘗試不同配比之合金,以增其強韌。這銅球與各處接縫,尤其閥門、噴管接口,需嚴密合縫,否則漏汽,力必大減。如何密封,乃是難題。或許可嘗試以鉛錫之屬,或軟木、浸油麻繩,填充縫隙?”
魯平是木匠出身,對傳動和結構更敏感:“此輪轉動,若想帶動他物,需有軸、有齒。如何將輪之轉動,平穩、有力地傳遞出去?齒輪之大小、齒數、咬合,皆需精密計算與打造。且這蒸汽時有時無,力有大小,如何使其轉動均勻,而非驟動驟停?”
眾人你一我一語,原本模糊的概念,在討論中迅速變得具體,一個個關鍵的技術難點被提了出來:力的測量與量化、材料強度與耐壓、密封技術、傳動機構、熱能效率、安全控制……這些都是蒸汽機從“玩具”走向“實用”必須跨越的障礙。
李瑾心中欣慰,這正是他想要的效果。他并不直接給出答案,而是引導他們思考方向:“諸位所慮,皆切中要害。此事非一日之功,更非一館之力可成。需各館通力協作。”
他看向清玄子和趙玄默:“格物館與算學館,當為首要。清玄道長,你可率精干弟子,專設一‘力、熱探究組’,以此‘驗汽轉輪’為基礎,設計系列實驗,探究水汽轉化之力與溫度、壓力、體積之關系,嘗試定義、測量‘壓力’、‘溫度’、‘功’之概念與單位。趙館主,算學館需全力配合,設計實驗數據記錄之法,推演公式,務必使此力可被計算、預測。”
“下官領命!”清玄子和趙玄默齊聲應道,眼中閃爍著發現新天地的興奮光芒。
“章大匠。”李瑾轉向化機館館主,“材料與密封,是此物能否實用之關鍵。你需率‘金鐵冶煉組’與‘物性探究組’,嘗試冶煉更強韌、更耐壓、更耐熱蝕之銅鐵合金。同時,廣尋天下可用于密封之物料,無論是金石、膠漆、織物,逐一測試其耐熱、耐壓、密閉之性能,尋求最佳方案。”
“小人明白!定當窮搜博試!”章煥用力點頭,這對他來說是個全新的挑戰。
“鄭老、魯師傅。”李瑾最后看向舟車館的兩位,“待格物館測出蒸汽力量之大概,化機館尋得合用材料與密封之法后,便需你等出手,設計真正可用于提水、鼓風甚至驅動小舟的‘實用蒸汽機’原型。如何將往復之汽力轉化為平穩之旋轉?如何設計鍋爐、汽缸、活塞、連桿、飛輪?此中機械結構,千頭萬緒,全賴二位巧思。初始不必求大、求全,但求能穩定運行,驗證可行。”
鄭海和魯平對視一眼,都看到了對方眼中的凝重與躍躍欲試。“大帥放心,只要那‘汽力’足夠,我等必絞盡腦汁,造出能干活兒的家伙來!”
一個跨館聯合的“蒸汽機研制組”就此秘密成立,由李瑾親自督導,清玄子、章煥、鄭海三人具體負責。格物院最精干的力量,開始向這個看似“奇技淫巧”、實則可能撬動時代的方向匯聚。