جنون کارخانه ی بخاری

«خاکی که این خرگوش های آدم نما در جستجو برای به دست آوردن قلع آن را زیر و رو کرده اند، به صورتی ناشیانه روی هم توده شده است... خاک و گل، و آب گیرهایی که سدهای خاکی آن ها را احاطه کرده اند، در هر گوشه و کناری به چشم می خورد؛ مردان گل آلود، با گاریهای گل آلود و اسب های گل آلود، به کندی این سو و آن سو می خزند.»
شرایط زندگی در اطراف معادن قلع کورنوال، در دورانی که وات با این معادن آشنا شد.
جیمز وات نحوه ی مؤثر مهار کردن نیروی بخار را به جهانیان نشان داده بود. تا جایی که به او مربوط می شد، همین قدر کافی بود. وات سرگرم کار در کورنوال بود تا اطمینان پیدا کند که تلمبه ی او از عهده ی کاری که از آن خواسته می شود بر می آید. اما بولتون که مثل همیشه بلند پرواز بود، طور دیگری فکر می کرد. او به خوبی می دانست که کورنوال صرفاً یکی از بازارهای آن ها، در میان بازارهای متعدد، است. دیر یا زود اغلب معادن کورنوال به تلمبه های وات مجهز می شدند. پس از آن تلمبه هایشان را به چه کسی باید بفروشند؟
کار باید توسعه می یافت، بازارهای جدید پیدا می شد و ماشین های نیرومندتر و کارآمدتر ابداع می شدند. بولتون این نکته را نیز می دانست که در کجا می توان این ماشین ها را به کار گرفت. در آن زمان «کارخانه های» دیگر مثل قارچ از زمین می روییدند. بعضی از آن ها قطعات آهنی سنگین تولید می کردند و بعضی دیگر به تولید ظروف سفالی اشتغال داشتند. کارخانه های دیگری هم بودند که پارچه، به ویژه پارچه ی نخی، تولید می کردند.

پنبه، کارخانه های پارچه بافی و حرکت چرخشی

در آن زمان صنعت پنبه، صنعتی نوپا بود. این صنعت نیز، همانند معدن کاری و به دلیلی مشابه، در حال شکوفایی بود. ماشین های جدید، از قبیل ماشین ریسندگی مکانیکی ریچارد آرکرایت، بهره وری صنعت نساجی را بیش از حد تصور افزایش داده بودند. در حقیقت ماشین های ریسندگی در کارخانه های زنجیره ای آرکرایت با نیروی آب به کار می افتادند. اما همه می دانستند که این وضعیت نمی تواند همیشه ادامه داشته باشد.
هنگامی که بولتون مراسم راه اندازی تلمبه ی بنتلی را تماشا می کرد، همه ی این ها در نظرش بود. در آن زمان، خبرنگار روزنامه ی محلی در گزارش خود آورده بود که او در فکر ساختن ماشین هایی است که «تقریباً برای همه ی کارهایی که به نیروی مکانیکی، کم یا زیاد، چرخشی یا رفت و برگشتی، نیاز دارند» مناسب باشد.
بدیهی بود که «حرکت چرخشی» هدف بعدی است. تلمبه ی وات مانند تلمبه ی نیوکامن که قبل از آن ساخته شده بود، حرکت رفت و برگشتی انجام می داد. حرکت آن فقط در دو جهت بود: داخل و خارج، بالا و پایین، چپ و راست. اما بسیاری از ماشین ها - که آسیاهای آردسازی مهم ترین آن ها بودند - بر اساس حرکت چرخشی کار می کردند. آن ها می چرخیدند و می چرخیدند. آیا این امکان وجود داشت که ماشین وات را طوری بسازند که به این ترتیب کار کند؟

«جنون کارخانه ی بخاری»

در ژوئن سال 1781 بولتون نامه ای سنجیده به شریکش نوشت که در آن زمان مشهور شده بود. او در این نامه خطاب به وات گفت: «مردم در لندن، منچستر و بیرمنگام به جنون کارخانه ی بخاری مبتلا شده اند. نمی خواهم تو را وادار به عجله کنم، اما به عقیده ی من باید ظرف یکی دو ماه طرحی برای روش های خاص ایجاد حرکت چرخشی به ثبت برسانیم....»
برخورد ملایم، اما قاطع بولتون با شریکش نتایج فوری داشت. وات که در آن زمان چهل و پنج سال داشت،تلاش تازه ای را شروع کرد؛ ساعت ها در کارگاه خود که در کارخانه مستقر شده بود، کار می کرد. با فرا رسیدن اکتبر، وسیله ی کاملاً جدیدی ساخته بود که می توانست نیروی بخار را به حرکت چرخشی تبدیل کند. طرح آن راباید عوض می کرد زیرا قبل از او شخص دیگری طرحی برای ایجاد حرکت چرخشی به ثبت داده بود که در آن از بدیهی ترین وسیله، یعنی لنگ، برای ایجاد حرکت چرخشی استفاده می شد.
لنگ، چرخی است که به میله ای لولایی متصل می شود. حرکت رفت و برگشتی میله، چرخ را به چرخش در می آورد و بر عکس، چرخش چرخ می تواند سبب رفت و برگشت میله شود. وات که نمی توانست از این ایده ی ساده استفاده کند، چیزی به همان سادگی ابداع کرد. او «اهرم تلمبه» یا بازوی آن را به میله ای بلند متصل کرد که به چرخ کوچک دندانه داری منتهی می شد. حرکت اهرم به طرف بالا و پایین سبب می شد که این چرخ دور چرخ دیگری بچرخد و این چرخ نیز چرخ بسیار بزرگ تری را می چرخاند.
با ابداع این مکانیسم چرخدنده ی «خورشیدی»، که در آن یک چرخ دور چرخ دیگری می چرخید ماشین بخار بولتون و وات توانست به سرعت به مدلی تبدیل شود که حرکت چرخشی ایجاد می کرد و کارایی بیشتری داشت. اما وات کار را متوقف نکرد. ماشین بخار مدل جدید که در سال 1782 به ثبت رسید، نه تنها حرکت چرخشی ایجاد می کرد، بازدهی دو برابر قبل نیز داشت.

کشیدن و هل دادن

تلمبه ی نیوکامن و نخستین ماشین وات، هر دو به صورت «یک طرفه» کار می کردند. نیرویی که آن ها را به کار می انداخت فقط در یک جهت عمل می کرد. این نیرو اهرم تلمبه را، از انتهایی که به سیلندر نزدیک تر بود، پایین می کشید. اما آن را به طرف بالا هل نمی داد. این کار با استفاده از نیروی گرانشی انجام می شد که وقتی کشش ماشین پایان می یافت، بر انتهای دیگر اهرم اثر می کرد.
وات با تغییر آرایش سوپاپها، ماشینی ساخت که نیرو را در هر دو جهت وارد می کرد. این ماشین «دوطرفه» بازو را پایین می کشید و آن را به طرف بالا هل می داد.
این عمل کشیدن و هل دادن، ایجاد تغییری دیگر را ضروری ساخت. تا آن زمان، شاتون و بازو به وسیله ی زنجیری انعطاف پذیر به هم متصل بودند. این طرح دیگر قابل استفاده نبود، زیرا زنجیر نمی توانست حرکت رو به بالا را منتقل کند. وات با این مسئله مواجه بود که قطعه ای را که بالا و پایین می رفت، یعنی شاتون، به قطعه ای متصل کند که کمانی از دایره را می پیمود.

خط مستقیم و منحنی

ممکن است این مسئله بدیهی به نظر برسد، اما بسیار دشوار بود. شاتون که به حرکت در مسیر بالا - پایین مقید است، اصلاً حرکت جانبی ندارد. اما انتهای بازو روی یک مسیر منحنی یک وری حرکت می کند. وات ناگزیر بود راهی پیدا کند تا مسیر مستقیم شاتون را به مسیر منحنی بازو پیوند بزند. به علاوه باید آن ها را همواره و در همه ی وضعیت های مختلفی که در نتیجه ی کار ماشین ایجاد می شد، متصل به هم نگه دارد.
وات ابتدا دندانه های درهم رونده، مشابه دندانه های چرخدنده، را امتحان کرد. اما این دندانه ها مرتباً می شکستند. چیز دیگری لازم بود و وات ور رفتن با هندسه ی مسئله را آغاز کرد. انتهای بازو روی کمانی از دایره حرکت می کرد. فرض کنید کمان مشابهی از دایره ای دیگر، پشت - به - پشت و در زیر کمان نخست، پیموده شود. البته این دو کمان خط راست تشکیل نمی دهند، اما با خط راست هم تفاوت چندانی ندارند.
اگر کمان دایره ی دوم مسیر حرکت انتهای بازویی دیگر، یا میله یا هر چیز مستقیم باشد، دو سر متحرک این دو میله را می توان با استفاده از میله ی سومی به هم متصل کرد. در این حالت، هر گاه میله ی نخست - بازوی ماشین - مسیر معمول خود را بپیماید، میله ی دوم نیز حرکت خواهد کرد. یک سر میله ی کوتاه سوم، کمان اول و سر دیگر این میله، کمان دوم را می پیماید. در طول مسیر این میله نقطه ای وجود دارد که در آن نقطه، بر خلاف قطعات دیگر این مکانیسم، میله تقریباً در خط مستقیم حرکت خواهد کرد.

«طرح احتمالاً موفق»

وات در 30 ژوئن نامه ای به بولتون نوشت و خبر موفقیت احتمالی را به او داد. او به شوخی نوشته بود: «من بازی جدیدی را شروع کرده ام! روشی به ذهنم رسیده است که با استفاده از آن می توان شاتون را وادار به بالا و پایین رفتن در امتداد قائم کرد؛ فقط کافی است آن را به یک قطعه آهن روی بازو متصل کنیم... من فقط آن را روی یک مدل ابتدایی آزمایش کرده ام، بنابراین نمی توان به آن اتکا کرد، ولی فکر می کنم به احتمال زیاد طرح موفقی از آب در آید.»
این طرح واقعاً موفق بود. آن نقطه ی به خصوص روی میله ی رابط سوم جایی بود که خط مستقیم و دایره بر هم منطبق می شدند. وقتی پیستون به این نقطه متصل می شد، همه ی نیروی خود را در جهت بالا - و پایین، به انتهای بازو وارد می کرد. بازو نیز، که در طول مسیر منحنی خود در حرکت بود، در هوا نوسان می کرد. این مکانیسم پس از تکمیل بسیار پیچیده تر، اما جمع و جور تر شد. سال ها بعد، هنگامی که وات حرکت میله های متوازی صیقل خورده ی آن را به یاد می آورد، از شدت غرور بر افروخته می شد.
وات به پسرش، که او نیز جیمز نام داشت، گفت: «من از هیچ یک از اختراعاتم آن قدر احساس غرور نمی کنم که از اختراع حرکت متوازی.»

دست آوردهای عظیم

چرخدنده های خورشیدی، ماشین دو طرفه، مکانیسم حرکت متوازی - هر یک از این ها به تنهایی می توانست مخترعی را به اوج شهرت برساند. همه ی آن ها روی هم، به علاوه ی اختراع اولیه ی چگالنده ی مجزا، دست آوردی عظیم را تشکیل می دادند. اما همه ی این ها فقط بخشی از اختراعات جیمز وات پس از پیوستن به بولتون است.
بولتون بسیار فراتر از تضمین موقعیت مالی شریکش عمل کرد. او با وات رفاقت کرده و به او دلگرمی داد و با حوصله ی پایان ناپذیر به حرفهایش گوش سپرد. تحت تأثیر رفتار صمیمانه ی او، خلاقیت وات به اوج شکوفایی رسید.
مثلاً می توان از طرح وات برای کپی برداری نام برد که آن را در اواخر دهه ی 1770 ابداع کرد؛ سال ها قبل از آن که ماشین تحریر بتواند بخش اعظم بار طاقت فرسای مکاتبات تجاری را به دوش بکشد، و مدت ها قبل از آن که دستگاه فتوکپی بقیه ی آن را کاهش دهد.
تنها راهی که بولتون و وات برای تهیه ی نسخه ای دیگر از نامه های خود در اختیار داشتند، این بود که خودشان، با دست، نسخه ای از روی نامه ی اصلی بنویسند. این کار بسیار کسالت آور و وقت گیر بود. وات تصمیم گرفت راهی مناسب برای نسخه برداری از روی نامه های پیدا کند. او به سرعت یک سیستم کامل نسخه برداری از روی نامه، با مرکب مخصوص، کاغذ مخصوص و دستگاه مخصوص ابداع کرد. پس از نوشتن نامه و در حالی که هنوز مرکب آن خشک نشده بود، نویسنده با دقت و احتیاط، یک برگ کاغذ خشک کن نازک را روی آن می فشرد. هنگامی که این کاغذ نازک از روی نامه برداشته می شد «برگردان» نامه، به صورت آینه ای روی آن ایجاد شده بود. کافی بود خواننده، کاغذ نازک را پشت و رو کند و آن را بخواند. چون کاغذ بسیار نازک بود، نوشته از پشت آن به خوبی خوانده می شد.
وات تنها شخص گرفتاری نبود که از نسخه برداری دستی به تنگ آمده و بر علیه آن شوریده بود. بنابراین بولتون آخرین طرح شریک خود را تولید و ترویج کرد و در سال اول بیش از یک صد دستگاه از آن را فروخت. به زودی دستگاه کپی بردار وات یکی از لوازم ضروری همه ی دفاتر اداری و تجاری شد.

یک اسب چه قدر قدرت دارد؟

«این ماشین دست های ناتوان را قدرت بخشیده است... قدرتی که برای آن حدی متصور نیست؛ سیادت فکر بر یکی از سرکش ترین خصوصیات ماده را تکمیل کرده است و شالوده ای محکم برای همه ی شگفتی های آینده ی قدرت مکانیکی ریخته است که پس از نسل ها به کمک کارگران شتافته و پاداش آن ها را داده است».
ماشین بخار جیمز وات، به صورتی که در سوگنامه ی او در سال 1819 توصیف شده بود.
یکی از محصولات جانبی اختراع اصلی وات از مدت ها پیش به کار گرفته شده بود. درسال 1782، یکی از مشتریان ماشین بخاری برای نصب در یک کارخانه ی چوب بری سفارش داد. او قدرت ماشین مورد نیاز خود را بر حسب مقدار کاری که یک اسب با چرخیدن دور چرخ پایی انجام می دهد، بیان کرد. ماشین مورد نیاز می بایست به اندازه ی دوازده اسب قدرت داشته باشد.
هر چند این عدد برای مالک کارخانه معنا داشت، برای وات مفهوم دقیقی نداشت. در این جا معیاری مطرح شده بود که می بایست به صورت مناسب تعریف شود. یک اسب به راستی چه قدر قدرت داشت؟
وات روی عددی که مالک چوب بری ارائه داده بود، تحقیق کرد: او مسافتی را که یک اسب در یک دقیقه می پیمود، وزنه ای را که دستگاه متصل به اسب می توانست بلند کند و عوامل دیگر را بررسی کرد. سپس شروع به محاسبه کرد و سرانجام به این نتیجه رسید که یک اسب می تواند در مدت یک دقیقه، 3300 پوند وزنه را به اندازه ی یک فوت جابه جا کند. اکنون مخترع می توانست تخمین بزند که قدرت ماشین مورد نیاز مالک چوب بری چه قدر باید باشد. به علاوه می توانست قدرت و قیمت ماشین های خود را متناسب با هم تعیین کند. او واحد «اسب بخار» را تعریف کرده بود که هنوز هم یکی از واحدهای استاندارد اندازه گیری توان در سیستم انگلیسی است. در سیستم متری از واحد دیگری به نام وات استفاده می کنند. یک اسب بخار معادل 745 وات است.

انقلاب در صنعت

وات در میان سالی به اصلاح و تکمیل اختراعات خود پرداخت. در ضمن، شهرت بزرگترین اختراع او - ماشین بخار - هر سال بیشتر می شد. ریسک بزرگ بولتون نتیجه ی درخشانی به بار آورده بود و ماشین های کارخانه هایی که این ماشین ها در آن نصب شده بودند، صنعت را متحول می کردند. صنعت نساجی یکی از صنایعی بود که بیشترین بهره را از نیروی بخار برد.
صاحبان کارخانه های نساجی به فکر افتاده بودند که وسیله ای قدرتمندتر و قابل اعتمادتر از چرخاب، برای به کار انداختن دستگاه های ریسندگی و ماسوره پیچی خود به دست آورند. ماشین چرخشی بولتون و وات همان چیزی بود که آن ها می خواستند و حتی بالاتر از آن هم بود. کارخانه ای که چنین دستگاهی در اختیار داشت، می توانست در هرجایی که مالکش اراده کند، ساخته شود. مالکان کارخانه ها، در صورت پذیرفتن شرایط بولتون و وات، می توانستند برای همیشه خود را از قید وابستگی به آب، وضعیت هوا و نیروی ماهیچه ای رها سازند.
برای نخستین بار در تاریخ، کارگران می توانستند محیط کار خود را کنترل کنند.
در سال 1880، وقتی سر انجام اعتبار ثبت اختراع وات منقضی شد، هشتاد و چهار کارخانه ی نساجی بریتانیا از ماشین بولتون و وات استفاده می کردند. بعضی از کارخانه های چوب بری هم که ناگهان از تهدید رقبای خود مطلع شده بودند، به استفاده از این ماشین ها پرداختند. صنعت تولید آرد نیز از آن ها پیروی کرد.
ماشین بخار، خواه صاحبان صنایع آن را دوست داشتند و خواه از آن بی زار بودند - و بسیاری از آن ها به سبب هزینه ی اولیه ی این ماشین از آن بی زار بودند - و توان شگرف آن، کلید موفقیت همه ی صنایع آینده بود.

برنامه ریزی برای بهره مندی از زندگی

منقضی شدن اعتبار ثبت اختراع، سبب پایان یافتن مشارکت بولتون و وات نیز شد. این دو دوست اکنون پیر شده بودند؛ بولتون هفتاد و چهار سال داشت و وات شصت و چهار سال. پسران آن ها اداره ی کارخانه ی ماشین سازی سوهو را در دست گرفته بودند. حتی در این زمان هم بولتون به فکر بازنشستگی نیفتاده بود. او درگیر طرحی برای ساخت ماشین های سکه زنی بود، اما وات نقشه های دیگری در سر داشت.
همه ی آن چیزهایی که زمانی دور از دسترس وات بود - ثروت، شهرت، و به رسمیت شناختن حرفه و کشورش - اکنون به دست آمده بود. او حتی از لحاظ جسمانی نیز سالم بود. سعادت و ثروتی که دیر به چنگش آمده بودند، اما سرانجام آمده بودند، سردردهای میگرنی را که روزگار او را سیاه کرده بودند از میدان به در کردند. وات برای بازنشسته شدن آماده بود و همین کار را هم کرد.
وات نوزده سال آخر عمر خود را سعادتمندانه در خانه ی جدیدی که برای خود ساخته بود سپری کرد و همه ی کارهایی را که دوست داشت انجام داد. او مطالعه و تحقیق می کرد. باغچه ای درست کرده بود و در آن خود را سرگرم می کرد. وات ساعت ها از وقت خود را در کارگاهی که در طبقه ی زیر شیروانی بر پا کرده بود، می گذراند.
در این کارگاه، در میان ابزارهایی که در تمام عمرش آن ها را عزیز شمرده بود، روی آخرین طرح خود کار می کرد - ماشینی برای کپی کردن قطعات مجسمه. این «بازی» جدید همه ی حواس وات را مشغول به خود کرده بود؛ درست همان طور که «بازی» های قبلی این کار را می کردند. این طرح چنان او را به خود مشغول کرده بود که گاه حتی برای غذا خوردن هم از کارگاهش بیرون نمی آمد. برای این کار می بایست خود را تمیز و سر و وضع خود را مرتب می کرد و به راستی نمی خواست خود را زیاد به زحمت بیندازد.
قبل از پایان قرن، دوستانش به تدریج از دنیا می رفتند. بلک نخستین دوستی بود که از دنیا رفت؛ سپس نوبت به رابیسون رسید و آن گاه در سال 1809، بولتون در گذشت. ریچارد ترویتیک، رقیب قدیمی وات در کورنوال نیز از دنیا رفت. اما نقش ترویتیک به عنوان آزار دهنده ی بولتون و وات به پسرش منتقل شد که او هم ریچارد نام داشت و مانند وات، مهندس بود.
پیش از پایان دوره ی اعتبار ثبت اختراع وات، ریچارد ترویتیک ساخت ماشین بخار به سبک وات، با چگالنده ی مجزا، را آغاز کرد. امتیاز ماشین ترویتیک این بود که از قدرت انبساطی بخار نیز استفاده می کرد. به زودی او شروع به ساخت ماشین بخار با حرکت چرخشی کرد؛ این ماشین نیز با استفاده از اصل بالا بودن فشار کار می کرد.
یکی از این ماشین ها یک ارابه ی بخار خودکششی بود. در سال 1804، این ماشین توانست با سرعت 9/5 مایل (15 کیلومتر) در ساعت،؛ روی ریلی که در جنوب ویلز کشیده شده بود، حرکت کند و قطاری حامل هفتاد مسافر و ده تن آهن را به دنبال خود بکشد. این نخستین لکوموتیو جهان بود.
رقیبی پیدا شده بود که می توانست کارخانه ی سوهو را برای همیشه نابود کند! اما خطرات بخار تحت فشار خریداران بالقوه را نگران کرد. یک ماشین بخار منفجر شد و چهار نفر کشته شدند؛ ترویتیک بعدها انگلستان را ترک کرد تا بخت خود را در پرو بیازماید. در این دوران، همه ی فکر و ذکر وات متوجه گلخانه ها، درخت کاری و ابزارهای موجود در کارگاه زیر شیروانی بود. وات در 25 اوت سال 1819، در هشتاد و سه سالگی در گذشت و در نزدیکی شریک قدیمیش، ماتیو بولتون به خاک سپرده شد.
منبع: اسپراول، آنا، پیشگامان علم، افضلی محمدرضا، تهران، انتشارات فاطمی، دوم1390