技術創新的源頭

根據一般觀察，容易知道技術創新的領域通常都是新興產業。新興產業受束縛較少，充滿活力，在巨大市場需求和獲得高額利潤的指引下，往往會存在技術創新的沖動。第一次技術革命前的英國就是這樣。棉紡織業是一個歷史悠久的傳統產業，而在這一產業占據優勢地位的是印度、波斯和中國。英國的棉紡織業是17世紀從荷蘭引進的。最初，它是一個新興的幼稚的行業，在國內市場受到處于壟斷地位的傳統毛紡織業的排擠，在國際市場上則面對印度歷史悠久且質優價廉的產品的激烈競爭。此時的英國棉紡織品不僅質量低劣，而且產量也很低。為滿足國內消費需求，絕大部分的棉紡織品依靠從印度進口。看到巨大的需求，新興的棉紡織業企業主們通過游說政府禁止棉布的進口促使棉布價格上漲，棉紡織業因此得到快速發展，并刺激了英國棉紡織業的技術革新。接連不斷的技術創新給英國棉紡織業的發展帶來了新的機會和利潤增長的潛力。

英國棉紡織業的技術創新首先是從工具創新開始的。1733年，約翰·凱伊（J. Kay,1704～1774）發明了飛梭。這使得織布效率提高了一倍，但也使得織布的上游產業——棉紗的生產開始供不應求，進而誘發了棉紗生產的創新。1735年，英國技師約翰·懷特發明了一臺包括自動紡筒和翼形紡錘的卷軸紡車，這項發明成為由手工紡紗向機器紡紗技術過渡的一項重大突破。大約在1764年，英國技師J．哈格里夫斯（J. Hargreaves, 1720～1778）發明了豎錠紡紗機，又被稱為“珍妮”機。“珍妮”機一開始就能用12～18個紗錠，將紡紗的生產效率提高了16倍，消除了在紡紗和織布之間的供求瓶頸，成為英國產業革命的火種。到1790年，“珍妮”機已在英國得到廣泛應用，且經多次改造，一臺紡紗機的紗錠已增加到130枚。紗錠數量的大幅增加，使得紡紗機對動力的需求也大幅增加。1769年，R．阿克萊特（R. Arkwright,1732～1793）發明了功率強大的水力紡紗機，并于1771年建造了第一個水力紡紗機的紗廠。該廠有數千個紗錠，300多名工人。1825年和1830年，英國技師R．羅伯特先后兩次設計出能夠持續工作的自動紡紗機。此后，自動紡紗機得到很多發明家的不斷改進，性能逐漸完善。正是在這種不斷創新中，英國的紡紗技術取得了突飛猛進的發展，棉紗產量也急速增加。1830～1880年，英國棉紗產量增加了1000倍，實現了紡紗的機械化。

紡紗技術的進步、棉紗產量的急速增加，使紗的生產能力遠超出棉布的生產能力，從而又反過來對織布技術提出了改進要求。1787年和1792年，英國教士E．卡特萊特（1743～1823）先后發明了兩種織布機。他于1787年發明的織布機用馬作為動力，兩年后改用蒸汽作為動力，基本實現了織布的機械化，并使織布的效率提高了10倍。隨后，英國人J．納恩羅普和德國人J．蓋普勒又先后制造出自動織布機。到1813年，英國已有2400臺自動織布機。這些自動織布機一部分由水力驅動，另一部分由蒸汽驅動。

紡紗和織布技術取得重大進步之后，動力便成為一個棘手甚至核心的問題。因為，不管是紡紗還是織布的自動化、機械化都需要有強大、穩定的動力支持。最初，機器借助畜力、風力和水力推動，但是，畜力早已不能滿足動力的需求，風力和水力受地理和季節變化的影響很大，很不穩定。因此，急需發明一種超越畜力、風力和水力的動力機。這就誘發了蒸汽機的發明。

除棉紡織業的需求外，采礦業對動力的強烈需求也對蒸汽機的發明和使用起到推波助瀾的作用。17世紀末，英國的許多礦井遇到了嚴重的積水問題。當時一般只能靠馬力轉動轆轤來排除積水。據說有的礦井用來抽水的馬匹達到500匹之多。這是讓礦主極為煩惱的事，也從側面推動了蒸汽機的研制。