直到19世纪,工业给科学的刺激要比科学给工业的大。直到20世纪,工厂和农田中出现的发明才比实验室中得到的多。以一切工艺表面上最重要的东西——蒸汽引擎的创造为例,这两种程序也许是一直携手前进的。
3世纪或更早,亚历山大亚城的海罗做了几个蒸汽引擎,但是就我们所知,这些东西是玩具或用作取悦群众的奇物,而用作以机械代替人力的可能性很小。早在16世纪,达·芬奇绘制过一支枪的设计图,它用蒸汽推动,能把一支铁弩箭射出1200码远,但这份科学原稿直到1880年才出版。有些海罗的希腊文作品在1575年被翻成拉丁文,1589年被翻成意大利文。杰尔姆·卡登(Jerome Cardan,1550年)和波尔塔(Porta,1601年)指出,利用蒸汽的凝结,可以造成真空;波尔塔又在纸上设计了一座机器,要用蒸汽的压力激起一股水柱。蒸汽膨胀类似的应用法也于1615年由巴黎的高斯(Salomon de Caus)、1629年被罗马的布兰卡(Branca)提出。1630年,戴维·拉姆齐(David Ramsay)从英王查理一世那里得到一份专利,准他制造“用火从低矿坑里抽水……不用风的协助,在静水上会继续运动的水车”。1663年,武斯特侯爵萨默塞特从国会得到一份99年的专利——一个能把水激起40英尺高的水动引擎。他打算利用这个机械来经营伦敦一大片地区的供水系统,但在他把这个计划付诸实施之前就去世了。约1675年,查理二世的机匠领班莫兰(Samuel Morland)发明了柱塞泵;1685年,他把蒸汽扩张的力量第一次做了公开描述。1680年,惠更斯造出第一个气体引擎,有汽缸和活塞,用火药爆炸的张力推动。
惠更斯的法国助手帕潘(Denis Papin)到英国和玻意耳一起工作,于1681年出版了一份“蒸笼”——一个压力锅——的说明,就是在一个紧闭的容器中把水烧开,以煮烂骨头。为了预防爆炸,他在锅顶上加了一根管子,它能在压力达到一定限度时打开,第一个“保险阀”在蒸汽引擎的发展中,扮演了一个保护安全的角色。帕潘继续这项工作,显示出蒸汽膨胀的力量可以像气体一样用管子从一个地方输送到另一个地方。搬到德国的马堡(Marburg)后,他第一次示范(1690年)在一个引擎表面利用蒸汽凝结造成的真空来推动一个活塞。他建议这个机器或许可以用来丢炸弹,抽矿坑里的水和推动船只。1707年,他利用他的蒸汽引擎推动一条轮船,航行在卡塞尔的富尔达河上。然而,这条船被人破坏了,而且德国当局安于现状,或许是害怕失业扩大,阻止了机械能力的发展。
一种类似的装置也曾于约1700年由托马斯·沙威里(Thomas Savery)提供给英国海军部,但被拒绝了。沙威里在《泰晤士报》上提出他的发明,海军部又拒绝了。1698年,沙威里终于替第一架蒸汽引擎取得专利——受雇去抽出矿坑的积水。1699年,他得到一张专利证书,允许他在14年中可以“独一无二地运用一种新发明……以火为动力,抽水和带动其他运动。这对矿坑排水、城市给水和运转各种磨子将有很大用处”。虽然如此,沙威里的引擎昂贵而危险:它们有示水旋塞而没有保险阀,容易发生锅炉爆炸,它们被一些矿坑用来排水,但矿场老板们不久就又用回了马。
说到这里,我们又得谈到胡克。约1702年,一个可靠的人说,他和一个达特茅斯的铁匠托马斯·纽科门(Thomas Newcomen)合作,试着运用空气动力的原理,来产生机械动力。他写道:“如果你能在你第二个汽缸下面造成一个迅速产生的真空,你的工作就完成了。”显然纽科门已经尝试过蒸汽引擎,这明白地表示科学和工业接触了。胡克却怀疑起来,停止了这件事,于是机会又错过了。纽科门又和一个铅管匠约翰·考利(John Cawley)合作,制造一个蒸汽引擎(1712年)——装有摇摆杠杆、活塞和保险阀——那样可以放心地做重工作,无爆炸之虞,又能全自动控制。纽科门直到去世(1729年)一直改进他的引擎,当时虽不理想,我们却可以用沙威里在1699年的专利和纽科门1712年的引擎来确定一个时间:从此开始在接下来的两个世纪发生的工业革命,改变了世界的面貌和格局。