思考 | 从自行车的发展滞后来看技术进步的关键

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●两个世纪前，在1817年6月12日的曼海姆，德意志巴登大公国的一名护林员卡尔•德莱斯（Karl Drais）第一次展示了他的“会跑步的机器”（Laufmaschine），后来也被称为“老式脚踏车”（draisine）或是“摇马”（hobby-horse）。这台机器的车座在正中，靠前轮控制方向，两轮直径相等，它成为后来所有平衡车的原型。然而，它的驱动不是依靠脚踏板，而是通过脚蹬地这种原始的方式。

●德莱斯展示的这款笨重的木制自行车的速度大约为16公里/小时，比当时的普通四轮马车要快。但是至少在今天看来，他的设计明显过于沉重和笨拙，并且那时适合骑行的硬质路面也不多见。在1820年之后的10年间，机车、轮船以及制造技术等相关发明如雨后春笋般不断涌现，但为什么使自行车成为人人（除婴儿外）都可以骑行的实用机器的技术却过了那么久才出现？

●直到1866年，皮埃尔•拉勒门特（Pierre Lallement）在自行车前轮（比后轮稍大一点）上安装了脚踏板，并在美国获得了专利。从1868年开始，皮埃尔•米肖（Pierre Michaux）在法国推行这种“维洛斯皮德”（vélocipéde）自行车设计，使得其流行起来。不过米肖的自行车设计仅仅是昙花一现，并没有成为现代自行车的先驱。19世纪整个70年代及80年代早期，一种前轮直径达1.5米的“高轮车”（high-wheeler）成为主流，它也被称为“普通”或者是大小轮自行车，其脚踏板直接连在前轮的车轴上，这样脚踩一圈可以走更远的距离。这种笨拙的自行车可能速度很快，但是难以骑行和驾驭；骑这样的自行车需要身手敏捷，有耐力，并具备不怕摔的精神。

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直到1885年，两名英国发明家约翰•肯普•斯塔利（JohnKemp Starley）和威廉•萨顿（William Sutton）才开始推广他们的罗孚牌安全自行车，这款自行车的前后轮直径相同，可直接操纵转向，并且加入了链条传动和钢管支架。尽管支架还不完全是经典的菱形结构，但它可称得上是一款真正的现代自行车设计，并可以大规模普及。1888年，约翰•邓禄普（John Dunlop）引入气压轮胎的概念，加速了自行车的流行。

至此，由尺寸相同的双轮、最精简的金属框架和短短的传动链条所构成的简单平衡工具才终于出现。它的问世比瓦特改良蒸汽机（1765年）晚一个多世纪，比机械结构更加复杂的蒸汽机车面世（1829年）晚半个多世纪，比首次实现商业化发电（1882年）晚好几年，而与第一批汽车设计的诞生处于同一时期。1886年，卡尔•奔驰、戈特利布•戴姆勒和威廉•迈巴赫首次在三轮或四轮汽车中安装了轻型内燃机。

汽车在1886年至1976年这段时期内不断发生颠覆性变化，自行车的设计却因循守旧，显得非常保守。第一辆专业山地车1977年才出现。之后的创新设计，诸如昂贵的合金、复合材料、别具一格的框架、实心轮胎以及向上弯的车把等，直到20世纪80年代才开始有更广泛的普及。

一些发明过于滞后，而有些则太过超前。1791年约翰•巴伯（John Barber）在英国申请的专利就属于后者中我最喜欢的例子，他的专利《获取和应用动力能，一种使易燃气体上升获取动力和提高冶金效率的方法论》准确概述了燃气轮机的工作原理。但是当时没有适合制造这种机器的钢铁材料，也没有方法能实现其必需的功率和压力。直到20世纪30年代末，第一台燃气轮机才面世。

作者：Vaclav Smil

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