Создание сталеплавильной отрасли, химической промышленности и систем электроснабжения опиралось на научные знания, без которых они оставались бы непрактичными. Однако технический прогресс в 1830–1914 гг. в значительной степени выражался в уточнении существовавших знаний и поиске новых сфер их применения. Более того, применение известных технологий в новых сочетаниях нередко требовало дальнейших изобретений, без которых новая идея не могла быть использована на практике. В пример можно привести железную дорогу. Ее нельзя назвать настоящим «изобретением», потому что в сущности она являлась не более чем комбинацией паровых машин высокого давления и железных рельсов. Идеей объединить паровую машину высокого давления с принципом рельса, уменьшающего трение между колесом и доро́гой, мы обязаны гению Ричарда Тревитика, выдвинувшего такое предложение в 1804 г. В течение двух десятилетий инженеры сражались с новыми проблемами, связанными с эксплуатацией машин высокого давления, с равновесием тяжелых локомотивов, водруженных на железные рельсы, с конструкцией шатунно-кривошипного механизма, соединяющего поршень с колесами, с механикой подвески, с необходимостью делать более прочные и долговечные рельсы, с экономичностью парового котла. После того как усилиями таких инженеров, как Тимоти Хэкворт, Джордж Стефенсон и его сын Роберт, эти проблемы были решены, железная дорога не могла не стать одной из важнейших сил, определявших лицо XIX века. Первоначально предлагались самые разные конструкции локомотивов, но на знаменитом состязании в Рэйнхилле, состоявшемся в октябре 1829 г., бесспорным фаворитом оказалась «Ракета» Стефенсона. Однако очевидно, что стремительное распространение железных дорог в 1825–1850 гг. было бы невозможно без последующих усовершенствований – таких как горизонтальное расположение паровой машины, более удачная конструкция осей, тормозов, рессор, сцепки, железнодорожного полотна, туннелей, новые средства связи и т. д.

Также и пароход почти не содержал в себе подлинно новых идей. Гребные колеса, которыми оснащались ранние пароходы, были известны в Китае на протяжении столетий. Первые пароходы в реальности являлись парусниками со вспомогательными паровыми машинами, использовавшимися лишь при движении против ветра и приливных течений. Savannah – первый пароход, пересекший Атлантику – в течение всего 30-дневного плавания шел под паром лишь 80 часов. Лишь 14 лет спустя, в 1833 г., Royal William дошел из Квебека в Грейвсенд, почти не пользуясь парусами. Революцию в судоходстве произвели два крупных изобретения, сделанных во второй трети XIX в. Одним из них был гребной винт, представляющий собой пример изобретения, честь которого невозможно приписать какому-либо конкретному человеку. Идею гребного винта выдвинул в 1753 г. математик Даниил Бернулли, однако возможности винта лишь в начале 1830-х гг. удалось продемонстрировать французу Фредерику Соважу, получившему на него несколько патентов. Затем конструкцию винта усовершенствовали в 1838 г. в Англии швед Джон Эрикссон и Фрэнсис Смит. Вторым принципиально важным изобретением стала морская паровая машина. Машины высокого давления были малопригодны для использования в море, так как на дне котла оседала морская соль, становясь причиной взрывов. Эту проблему решил созданный в 1830-х гг. и получивший широкое распространение около 1850 г. поверхностный конденсатор, в котором вода, охлаждавшая его, была отделена от воды, содержавшейся в конденсаторе. Комбинированная паровая машина впервые была установлена на корабле в 1854 г. Во второй половине XIX в. на смену деревянным корпусам кораблей постепенно пришли железные. Деревянная конструкция неизбежно ограничивала размер судна. Крупнейшие корабли, построенные из дуба, имели длину не более 250 футов, а в среднем были намного меньше. Железо же позволяло строить корабли любой величины, и в то время как большинство издержек (а также водостойкость судна) возрастали пропорционально квадрату его размеров, тоннаж судна увеличивался пропорционально кубу размеров. Одним из первых это понял великий английский инженер Изамбар Брюнель. Он сконструировал первые большие железные винтовые трансатлантические пароходы – Great Western и Great Britain. Great Eastern, спущенный на воду в 1858 г., был крупнейшим кораблем, построенным в XIX в., достигая в длину почти 700 футов (Headrick, 1981, p. 143). В конце 1870-х гг. роль главного строительного материала начала переходить от железа к стали. Замена произошла относительно быстро: к 1891 г. из стали было сделано уже более 80 % всех кораблей, строившихся в тот момент (Fletcher, 1910, p. 281). Рост размеров кораблей вел к снижению издержек судоходства: расходы на топливо и численность команды возрастали медленнее, чем водоизмещение. Таким образом, техническое новшество повлекло за собой экономию за счет масштаба.

РИС. 35. Ранние локомотивы: первый паровоз Тревитика (1803), «Пыхтящий Билли» Уильяма Хедли, работавший в угольных копях, «Ракета» Стефенсона, победившая на состязаниях в Рэйнхилле. Источник: Maurice Daumas. A History of Technology and Invention. Vol. III. Crown Publishers Inc., New York.

Поначалу основное преимущество парохода заключалось в скорости и гибкости перевозок: в начале XIX в. британским отправителям писем в Калькутту порой приходилось ждать ответа по два года. Корабли нередко были вынуждены неделями дожидаться возможности пройти 80 миль вверх по реке Хугли от Бенгальского залива до Калькутты, а муссонные ветры препятствовали быстрому возвращению. К 1840-м гг. время поездки из Лондона в Калькутту сократилось до шести недель, а к 1914 г. этот путь можно было проделать за две недели (Headrick, 1988, p. 20). По мере снижения издержек пароходы превратились в опасного конкурента парусников, со временем одержав над ними полную победу.

Тем не менее прошли десятилетия, прежде чем новые кораблестроительные технологии вытеснили старые (Harley, 1973) – в частности, из-за того, что строительство деревянных парусных кораблей тоже стремительно совершенствовалось (Daumas and Gille, 1979b, p. 291–298; Davis, Gallman and Hutchins, 1991). В 1820–1860 гг. конструкция парусника полностью изменилась. Переделке подверглись и такелаж, и паруса: число парусов увеличилось и появилась возможность брать рифы (складывать или подвязывать часть паруса, тем самым уменьшая его площадь).

Парусные суда новой конструкции были быстроходнее и не нуждались в многочисленной команде. Вместо канатов на них использовались более долговечные металлические тросы; деревянная оснастка также была заменена металлической. Корпуса кораблей стали более вытянутыми и обтекаемыми, а паруса уменьшились в размерах и выросли в числе. Венцом этого процесса стали знаменитые чайные клиперы, строившиеся американскими и британскими кораблестроителями после 1850 г. и способные развивать скорость до 15 узлов. Самые быстрые клиперы могли проделать путь из Китая в Великобританию за три месяца (Chatterton, 1909, p. 270). Пароходы вытеснили парусные корабли на коротких маршрутах, но на длинных дистанциях до самого конца XIX в. преобладали парусники. Харли (Harley, 1971) показывает, что причиной этому были различия в издержках, обусловленные характером технологий. Лишь в XX в. строительство океанских каналов и рост экономичности новых морских паровых машин привели к концу эпохи парусников.

Корабли обоих типов беспрецедентно быстро становились крупнее, мощнее и быстроходнее. В то время как типичное судно 1815 г. не слишком отличалось от типичного судна 1650 г., к 1890 г. и торговые, и военные корабли имели уже мало общего со своими предшественниками полувековой давности. Результатом стало резкое снижение транспортных издержек. В первой половине XIX в. стоимость грузоперевозок сокращалась на 0,88 % в год, отражая главным образом совершенствование парусных кораблей. После 1850 г. темпы этого снижения возросли до 1,5 % в год – цифра более чем внушительная с учетом постоянного роста издержек на оплату рабочей силы. Несмотря на некоторые организационные новшества, нет особых сомнений в том, что снижение стоимости перевозок на трансатлантических рейсах было результатом технического прогресса (Harley, 1988).

В некоторых случаях технические решения были простыми, и с первого взгляда может показаться странным, почему к ним не пришли намного раньше. В течение всего XIX века механики экспериментировали с устройством, которое бы позволило людям быстро перемещаться в сидячем положении. Предлагались велосипеды самых разных конструкций, предназначенные главным образом для прогулок. И все же лишь безопасный велосипед Rover, построенный в 1885 г. Джоном К. Старли, механиком из Ковентри, стал первым велосипедом современного типа, хорошо уравновешенным и легко управлявшимся. Его цепной привод и сбалансированность конструкции, обеспечивавшаяся наличием двух колес одного размера, не содержали в себе ничего такого, до чего не могли бы додуматься, скажем, Генри Модсли или Ричард Робертс. На примере велосипеда мы видим, что технические изменения не могут быть до конца объяснены ни чисто техническими факторами, ни чисто экономическими факторами, ни даже их сочетанием. Велосипед представлял собой новшество в чистейшем смысле слова; он не пришел на замену какому-либо старому, менее эффективному устройству. Люди, в 1890-е гг. садившиеся на велосипед, прежде ходили пешком или пользовались общественным транспортом. Создание оптимальной конструкции велосипеда было сложным делом, поскольку во внимание приходилось принимать множество факторов, таких как скорость, комфорт, безопасность, элегантность и цена. Все их следовало учитывать и находить между ними компромисс. Их оптимальное соотношение могло сложиться лишь после длительных экспериментов (Pinch and Bijker, 1987)[63]. В случае абсолютно новых видов продукции обучение в процессе работы со стороны потребителя не менее важно, чем обучение в процессе работы со стороны производителя. Велосипед превратился в массовое транспортное средство, а влияние, оказанное им на городской образ жизни, не поддается никаким оценкам. После нескольких лет дальнейших усовершенствований конструкция велосипеда окончательно сложилась, и после 1900 г. мы уже не видим особых новшеств. Велосипед в некотором смысле вымостил путь для автомобиля и мотоцикла, став дешевым и демократичным, но все же личным транспортным средством. Хайрем Максим, изобретатель пулемета Максима (а также неудачного парового аэроплана), указывал, что «велосипед породил спрос нового типа, на который железная дорога не могла дать адекватный ответ. После того как выяснилось, что сам велосипед не в состоянии удовлетворить созданный им спрос… ответом стал автомобиль» (цит. по: Cardwell, 1972, p. 199–200).

Создание автомобиля представляет собой классический пример нового сочетания известных технологий и ряда важных оригинальных находок. Идею двигателя внутреннего сгорания впервые выдвинул Гюйгенс в XVII в. В 1824 г. Карно описал недостатки паровой машины и указал на нагретый воздух как на оптимальный потенциальный источник движущей силы. Несмотря на продолжительные исследования, оснастить паровой машиной безрельсовые экипажи оказалось затруднительно (Evans, 1981)[64]. В течение всего XIX века над проблемой создания двигателя внутреннего сгорания бились десятки изобретателей, осознававших его преимущества перед паровой машиной. Работающая модель газового двигателя была впервые сконструирована в 1859 г. бельгийцем Жаном-Этьеном Ленуаром и усовершенствована в 1876 г., когда немецкий коммивояжер Николаус Август Отто, изобретатель-самоучка, не имевший формального технического образования, построил четырехтактный газовый мотор. Он пытался решить эту проблему еще с 1860 г., когда прочел о двигателе Ленуара в газете. Первоначально Отто считал свою конструкцию лишь временным решением задачи о том, как достичь высокой степени сжатия. Четырехтактный двигатель Отто, до сих пор являющийся сердцем автомобиля, лишь впоследствии получил репутацию блестящего прорыва (Bryant, 1967, p. 650–657). Интересно, что четырехтактный цикл еще раньше был признан единственным способом, позволяющим сделать двигатель Ленуара эффективным. Опираясь на термодинамическую теорию Карно, французский инженер Альфонс Бо де Роша в 1862 г. описал эффективный двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу, сходному с предложенным Отто, и получил на него патент, хотя в итоге так им и не воспользовался. Впрочем, Отто сделал свое изобретение вне зависимости от теоретических выкладок Бо де Роша[65]. «Бесшумный» двигатель Отто (названный так в знак отличия от раннего варианта, более шумного и не столь удачного), имел большой финансовый успех. Преимущество газового двигателя состояло не в его бесшумности, а в том, что, в отличие от паровой машины, его можно было включить и выключить почти мгновенно.

Изобретение Отто вполне отвечает канону классических изобретений промышленной революции, а биография самого изобретателя в ряде важных аспектов напоминает биографию Джеймса Уатта. И тот и другой внесли принципиальные усовершенствования в конструкцию существующего, но достаточно редкого устройства, превратив его в преобладающую систему. Успех пришел к ним обоим в значительной степени благодаря доверию и деловой проницательности их партнеров – ими были Мэтью Болтон в случае Уатта и Ойген Ланген в случае Отто. Обоих изобретателей сделали богатыми полученные ими патенты (хотя один из патентов Отто был признан недействительным вследствие того, что аналогичный патент раньше получил Бо де Роша). Оба поддерживали контакты с учеными, но в конечном счете добились успеха благодаря чистой интуиции.

Газовый мотор Отто вскоре перешел на новое топливо. Несколько ранее, в 1860-х гг., был разработан процесс перегонки нефти, получивший название «крекинг». Поначалу он использовался главным образом для получения масел, парафина и тяжелых нефтяных фракций, а бензин считался опасным побочным продуктом перегонки. В 1885 г. два немца, Готлиб Даймлер (ранее работавший с Отто) и Карл Бенц, сумели построить четырехтактный двигатель типа Отто, работавший на бензине, который смешивался с воздухом в примитивном испарительном карбюраторе. В двигателе Бенца использовалась электрическая система зажигания с питанием от аккумулятора, предвосхищавшая современные запальные свечи. Вскоре на автомобиле нашли применение и пневматические шины Данлопа, первоначально предназначавшиеся для велосипедов. В 1893 г. Вильгельм Майбах, работавший у Даймлера, изобрел современный поплавковый карбюратор. В число других усовершенствований, добавленных около 1900 г., входили радиатор, дифференциал, заводная рукоятка, рулевое колесо и педаль тормоза. Автомобиль и велосипед оказали на технику примерно такое же влияние, что и механические часы пятью столетиями ранее: создание и починка этих устройств требовали идей и навыков, заимствованных из многих других сфер[66].

Одновременно продолжала совершенствоваться конструкция и повышаться экономичность паровых машин, хотя этот процесс сопровождался уменьшением отдачи, а новых революционных достижений становилось все меньше. После 1850 г. ученые постепенно разобрались в принципах работы паровой машины. Немецко-французский физик Анри Реньо в начале 1850-х гг. выяснил физические свойства пара, а в 1859 г. шотландец Уильям Ренкин издал свое знаменитое «Руководство по паровым машинам» – практический справочник для инженеров. Американец Джордж Корлисс внес много усовершенствований в конструкцию паровых машин, в итоге построив прославленную машину Centennial, демонстрировавшуюся на Филадельфийской юбилейной выставке 1876 г. – самую большую и мощную паровую машину из когда-либо построенных. В 1860–1914 гг. паровые машины постепенно становились более экономичными, дешевыми, простыми в обслуживании и тихими, но не подвергались никаким радикальным изменениям. Более революционная концепция лежала в основе паровой турбины, изобретенной Чарльзом Парсонсом в 1884 г. и представлявшей собой возвращение к идее героновского «эолипила». Проблема, которую решили Парсонс и работавший независимо от него в Швеции Гюстав де Лаваль, заключалась в том, что поршневые паровые комбинированные двигатели (машины-компаунды) могли развивать лишь ограниченную скорость[67]. Для того чтобы приводить в действие электрогенераторы и суда, требовалась намного более высокая скорость вращения, и ее давала турбина: построенный Парсонсом в 1884 г. прототип развивал 18 тыс. оборотов в минуту, и его пришлось оснастить редуктором. К 1900 г. турбина стала серьезным соперником традиционных паровых машин. Успех разработок Парсонса во многом основывался на полученном им теоретическом образовании, и его пример должен предостеречь нас от поверхностных обобщений, согласно которым отставание британской техники в этот период было вызвано научной отсталостью. Если наука была многим обязана паровой машине в первой половине XIX в., то во второй половине века она с лихвой выплатила свой долг (Hall, 1978, p. 99).

РИС. 36. Газовый двигатель, построенный Ленуаром в 1860 г. Источник: по J. W. French. «Modern Power Generators». Vol. 2. Fig. 320. London, Gresham Publishing Company, 1906. E. Norman.

К концу XIX в. паровая машина подверглась атаке с еще одного направления: Рудольф Дизель сконструировал двигатель внутреннего сгорания, работа которого основывалась на идее о том, что горючую смесь в камере сгорания путем сжатия можно нагреть до точки самовоспламенения, что позволяло преобразовать всю энергию сгорания в полезную работу. В 1897 г. Дизель построил первый двигатель, работавший на тяжелом жидком топливе, и после десятилетия дальнейшей работы и усовершенствований дизельные двигатели стали повсюду вытеснять паровые машины. Дизельный двигатель представляет собой типичное изобретение времен второй промышленной революции. Подобно Уатту и Тревитику, Дизель был изобретателем-«рационализатором», в первую очередь стремившимся обеспечить максимальную эффективность. При этом он был отнюдь не дилетантом, а квалифицированным немецким инженером, применявшим самые передовые научные технологии. Он начал с попыток создать двигатель, работающий по теоретическому циклу Карно, согласно которому максимальная эффективность обеспечивается при изотермическом расширении, обеспечивающем отсутствие энергетических потерь и к тому же допускающем использование дешевого, грубого топлива (первоначально двигатели Дизеля работали на угольной пыли). Выяснилось, что изотермическое расширение неосуществимо и ключевой чертой современных дизелей является воспламенение топлива путем сжатия, которое Дизель поначалу считал несущественным побочным фактором (Bryant, 1969).

РИС. 37. Два основных типа двигателя внутреннего сгорания. Сверху – принцип работы четырехтактного двигателя Отто. Снизу – пять этапов работы дизельного двигателя с воспламенением топлива путем сжатия. Источник: Umberto Eco and G. B. Zorzoli, The Picture History of Inventions. © Gruppo Editoriale Fabbri-Bompiani, Sonzongo, Etas S.p.A.

Благодаря железной дороге, пароходу, велосипеду и автомобилю транспорт стал более дешевым, быстрым и надежным. Торговая прибыль, обеспеченная этими инновациями, представляет собой очевидное связующее звено между шумпетерианским и смитианским ростом. По утверждению Маршалла (Marshall [1890], 1930, p. 674), снижением транспортных издержек обеспечивалось три четверти производственного прогресса. Как Маршалл вывел эту цифру, не вполне ясно, и современные историки экономики, вероятно, не согласятся с ней. Однако последствия удешевления транспорта окажутся глубокими и многообразными, если мы признаем существование положительной обратной связи между ним и техникой (Szostak, 1986). Рост мобильности содействовал распространению самой техники: техническая информация перемещалась из страны в страну вместе с иммигрантами, с машинами, продававшимися в далекие страны, и с техническими книгами и журналами. Повышенная мобильность также означала усиление международной и межрегиональной конкуренции. Общества, невосприимчивые к техническому прогрессу – от Японии до Турции, – чувствовали свое отставание и уязвимость по мере того, как их собственная удаленность становилась все более слабой защитой.