火车头：自己行走的钢铁怪兽
1804年2月21日，在数千人的见证下，一台蒸汽机怪兽拖着10吨生铁、5辆大车，喘着粗气，用时4小时5分钟，成功跑完了16公里，这是人类第一次目睹这种钢铁怪兽的运行，这台怪兽当时没有名字，不过，现在有个熟悉的名字，叫做“火车”。
火车现在很威风，最高运行时速达到了605公里，但是，这次火车蹒跚学步的时速才3.9公里，比人类走路还慢，所以，准确点来描述，火车是爬完了全程。
第一节车厢：人类动力里程碑
在火车出场之前，我们先了解一下它的动力——蒸汽机。
早在公元1世纪，古希腊数学家希罗造出了世界上第一台蒸汽机的雏形，叫做“汽转球”，利用蒸汽逃逸的反作用力来转动一个球，不过，你也可以把它看成一个玩具。
近代最早研究蒸汽动力的是丹尼斯•帕平。
帕平，1647年出生于法国，1669年获得医学博士学位，本来，帕平应该从医，但是，数学和力学对他的吸引力更大，最终，兴趣改变了人生。1671年，他在著名物理学家惠更斯的指导下，开始进行科学研究，让他有了坚实的物理基础。1675年，年仅28岁的帕平来到伦敦，与著名化学家波义耳一起工作；在一次实验中，帕平意外地被蒸汽烫伤了手，他产生点疑问：自己经历过很多次烫伤，为何这次特别疼痛，于是，他向波义耳请教。这位大化学家告诉他，在密闭容器内加热水的时候，沸点随着水面上方气压地增大而升高，所以，喷出来的蒸汽温度更高，感觉更烫。
就是这个痛，让帕平开始思考，开始试验，最终在1681年发明了高压锅。
帕平作为一名科学家，在欣赏自己的高压锅时，注意到了蒸汽逃逸时，可以产生动力，于是，他做了大量的实验，最后，发表了一篇论文，介绍蒸汽膨胀可以推动活塞运动，而且，蒸汽冷凝后又可以形成真空。
这篇论文成了蒸汽发动机的理论来源。
英国是岛国，尽管面积小，但是矿产资源丰富，早期英国的采矿业独步欧洲，但是，矿井里的水处理起来非常麻烦，所以，英国有抽水机的市场需求。1698年，一位英国人根据帕平的理论制成了世界上第一台实用的蒸汽抽水机，这位英国人叫萨弗里。
蒸汽抽水机比较简单，具体工作过程是：第一步，将一个容器充满蒸汽，然后关闭进汽阀；第二步，在容器外喷淋冷水，容器内的蒸汽冷凝成水，容器几乎形成真空；第三步，打开进水阀，矿井底的水受大气压力作用，经进水管吸入容器中；第四步，关闭进水阀，重开进汽阀，用蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出，至此，蒸汽机完成了一次抽水过程；水排出后，重复以上步骤，容器再次充满蒸汽时，关闭进汽阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝。
这就是蒸汽机抽水的整个过程，当时，让人感觉有点麻烦的就是每抽一次水后要等待一段时间。
萨弗里对自己这台蒸汽抽水机进行了改进，用两个容器轮班工作，就可以连续抽水，但是，实践结果，抽水机还可以，只是有个明显的弱点：汲水深度有限。中学物理知识告诉我们，这种抽水机就是利用大气压的原理抽水，抽水的理论高度也就是10米左右，当时材料、技术有限，不可能保证完全真空状态，实际抽水高度也就是6米左右；想从几十米深的矿井汲水，要么将抽水机装在矿井深处进行接力，要么用较高的蒸汽压力，当时，这两个办法都相当困难，而且危险。
1712年，另一位英国人将这个蒸汽抽水机进行了改进，制成了实用的蒸汽机抽水机，这位英国人叫纽科门，他改进的这种蒸汽机被称为“纽科门蒸汽机”。
纽科门的设计比较巧妙，他将汽缸和锅炉分开，蒸汽不是由水直接在汽缸中加热汽化，而是由锅炉生成，通过管道送入汽缸，这是一个改进非常关键：一方面，锅炉的容积大于汽缸容积，可以输送更多的蒸汽，功率有所提高；另一方面，锅炉和汽缸分开，发动机部分的制造就比较容易。纽科门还引入了活塞与连杆装置，使蒸汽压力、大气压力在相互作用下推动活塞作往复式的机械运动，蒸汽机就能成为蒸汽抽水机。纽科门蒸汽机，实现了用蒸汽推动活塞做一上一下的直线运动，相当于20匹马同时工作的动力，可以把几百英尺以下的水抽到地面上来。
这种蒸汽抽水机在煤矿矿井里非常受欢迎，背后有一个原因：它需要烧大量的煤，除了煤矿，其他地方根本用不起；不过，也有土豪，奥地利的施瓦茨伯格亲王就定购过一台，用来制造宫殿的喷泉。
此刻，蒸汽机的应用还仅限于抽水，要被广泛应用，必须要进行改良，这时，一位天才发明家横空出世，他就是詹姆斯•瓦特。
詹姆斯•瓦特，1736年出生于苏格兰，他有个舅舅在格拉斯哥大学任职，在舅舅的引荐下，开始学习机械制造；21岁时，他在格拉斯哥大学开设了一间机械修理店，并成为了学校教学仪器制造师，有机会接触大学教授，学习了各种机械性原理。有一次，瓦特得知大学有一台纽科门蒸汽机正在伦敦修理，他要求学校取回这台蒸汽机，让他来修理，正是这次自告奋勇的行动，他开始了自己一辈子的事业。
纽科门是铁匠出身，技艺精湛，但是，仅受过初等教育，理论水平低；而瓦特，不仅有精湛的技艺，还在大学里学到了扎实的理论知识。
瓦特经过研究，找到了纽科门蒸汽机的弱点。
纽科门蒸汽机采取内凝喷嘴和自动阀装置，在气缸里造成真空，利用大气压带动泵杆一上一下地运动。活塞每滑动一次，都伴随热量的散发：蒸汽从锅炉传送到气缸里，推动活塞向上滑动，为了不让蒸汽凝结，必须保持沸点，这需要大量的热量；当活塞被推到汽缸顶部时，内凝喷嘴喷射冷水迅速降低汽缸内的温度，蒸汽快速凝结，汽缸变成真空，才能让活塞下滑，从而完成了一个冲程。这个冲程让活塞一会儿冷，一会儿热，必然浪费大量的热能。
瓦特在这台蒸汽机的基础上，进行了第一次改进，他将加热和冷却分成了两个任务，由两个容器分别来承当完成。
具体工作过程是：第一步，打开锅炉蒸汽阀门，让蒸汽进入汽缸，推动活塞向上运动；第二步，当蒸汽推动活塞到汽缸顶部的时候，关闭蒸汽阀门；第三步，打开冷凝器与汽缸连接的阀门，这样，汽缸内的蒸汽压力会突然消失，由于冷凝让汽缸内形成了真空，空气压力会使活塞再向下运动。因此，只要交替开闭这两个阀门，活塞就会快速上下运动。
有运动，就有动力之源，不过，要想这动力之源成为能够应用的动力，还有很长的路要走，因为活塞只能作上、下直线运动，而运动需要往同一个方向前进。
1784年，瓦特针对这个问题又进行了第二次改进。
这次改进主要解决了两个问题：第一，他采用一个连杆带动曲轴的结构，使活塞的直线动能转变为圆周旋转动能。换句话说，之前只能让物体过去，然后原路返回，而现在，物体可以连续前进了。第二，他发明了世界上最早的自动控制系统，能自动调节蒸汽的流量，使机器的运行速度保持恒定，不再需要人工去调节阀门。
瓦特创造性的发明使蒸汽机迅速地发展，让原来只能提水的机械成了可以普遍应用的动力；由于加热和冷凝分开进行，这可以让汽缸始终保持高热状态，大大减少了煤的消耗。
瓦特改良蒸汽机问世后，他申请了专利，并组建工厂大规模生产。瓦特工厂制造的蒸汽机大部分在英国康沃尔郡矿区使用，这个矿区的蒸汽机的技术负责人是威廉•默多克。
威廉•默多克制造出了人类史上第一台蒸汽机车。
第二节车厢：被遗忘的蒸汽机车发明人
威廉•默多克，1754年出生于苏格兰的埃尔郡，是瓦特的老乡，在瓦特的公司负责安装蒸汽机。
默多克是一位不可多得的人才，他发明过一堆东西，如煤气、瓦斯灯、鱼胶、蒸汽引擎机车头、汽动力焊枪、钢水泥、合成染料、综合塑料制品等，算是一位著名的发明家。他技术熟练，业务精湛，甚至能对瓦特设计的蒸汽机提出修改意见，是瓦特的得力干将。瓦特得到了这位技术奇才，作为老板，理应礼贤下士，但是，瓦特技术方面心灵手巧，心胸却非常狭隘，正因为默多克技术高超，瓦特对他有所防范，甚至醋海生波。
为了打压他，瓦特经常强调自己的蒸汽机设计不容更改，所以，默多克改良蒸汽机的建议只能自己保留。
既然老板公开反对，那就自己私底下研究。在康沃尔郡矿区进行售后服务工作期间，默多克的技术过硬，蒸汽机基本上也没啥事，反正闲着也是闲着，默多克就锤锤打打，1784年，他竟然弄出一台蒸汽机车，这也是瓦特第二次改进蒸汽机的年份。
在英国的默多克应该不知道，5年前，法国已经诞生了第一辆蒸汽车。
1769年，一位叫尼克拉斯•库纽的法国炮兵军官，用蒸汽动力造出了一辆三轮车，希望能作为大炮的拖车。这辆车非常简单，前部吊一个锅炉，锅炉产生的蒸汽推动气缸中的活塞驱动前轮行走，这车每走15分钟，锅炉的压力就会损耗完，需要停下来加水和烧水，直到锅炉恢复压力后才能继续前进，还有一个致命的缺点，那就是没有装转向装置，在实验期间，这辆车撞上了兵工厂的墙壁上，车辆报废，这是世界上第一辆机动车，也应该是世界上第一起机动车事故。
与炮兵军官相比，默多克掌握了当时最先进的蒸汽机技术，所以，他的蒸汽机车比法国人的要先进得多，拥有源源不断的动力。
默多克将蒸汽机车安置当地一座教堂里，这个机车可以转圈跑上几英里，他非常兴奋，打算去申请专利。瓦特知道这件事情后，对默多克进行了威胁，而且拿出自己的杀手锏，说这个机车是对自己蒸汽机专利的侵犯，如果默多克执意要去申请专利，那就法庭上见。
面对老板的斥责和阻挠，默多克只好放弃继续研究。
默多克对蒸汽机车的研究偃旗息鼓了，但是，邻家的小孩却接过了蒸汽机车的大旗，这个小孩就是理查德•特里维希克。
1771年，特里维希克出生在英国西南部康沃尔郡的一个矿区，父亲是一位矿老板，上头有5个姐姐，他是家中唯一的男孩，上学时，数学成绩特别好，只是有点调皮，是一个经常逃课的学生。逃课的时间，特里维希克就在蒸汽机旁看热闹，一旦矿井的蒸汽机抽水机启用，他就细心观察蒸汽发动机如何抽水，常常一看就是一天，技术人员拆装蒸汽机时，他也经常在一旁看门道，甚至帮忙。
默多克在研制蒸汽机车时，也少不了这位13岁的小孩在旁边看热闹。
19岁时，特里维希克在矿区参加了工作。他在矿区长大，对蒸汽机非常熟悉，很快获得了采矿顾问的职位，和默多克一样，也成为了一位蒸汽机行家。
当时，蒸汽机是瓦特的天下，瓦特的专利实在是涉及面太广，几乎所有关于蒸汽机的改进都可以被认为侵权，更要命的是，瓦特不是一位胸怀宽广的科学家，而是一名锱铢必较的资本家，默多克的经历就是一个活生生的例子。
1792年，特里维希克在多尔科思矿厂制造了一台倒置式蒸汽机，这台蒸汽机一诞生，56岁的瓦特就把21岁的特里维希克告上了法庭，官司持续了7年，最后，结果是瓦特赢了，特里维希克还要支付巨额的赔偿金。
输了官司不能丢掉梦想，特里维希克仍然研究蒸汽机，而且研制出了第一台高压蒸汽机。
这款高压蒸汽机巧妙地避开了瓦特的专利。高压蒸汽机与瓦特的蒸汽机不一样，他采用了双动力气缸，用四通阀进行蒸汽分配，废气通过垂直管烟囱直接排到外面，线性运动则是通过曲柄直接转换成圆周运动，代替了较为繁琐的梁式结构；锅炉则是直径2米的铜管，这种管形锅炉使得蒸汽的压力大大增加，可以得到比瓦特蒸汽机大得多的动力，而且比较安全。
特里维希克满怀信心地找各大矿井推销自己的机器，并相信这款一定会取代瓦特那笨重又动力不足的蒸汽机，但是，事实证明，他又错了。
瓦特占据的市场蛋糕不可能白白送人，他由技术的推动者变成了阻碍者。
此时，英国已经进入了文明社会，在这个时代要想打败敌人，法律和舆论是最好的两种武器。瓦特第一次用法律的手段打败了特里维希克，这次，法律手段显然不行，于是，他就用舆论的手段。
瓦特在各大报纸、各种场合不停唠叨高压蒸汽机不安全，容易爆炸。矿厂老板，从古至今一直都把安全放在首位，蒸汽机首席专家的话，他们当然宁可信其有，不可信其无。一时间，高压蒸汽机被矿主们视为洪水猛兽，唯恐避之不及，这种高压蒸汽机根本没人敢用，更别谈取代瓦特的蒸汽机。
面对这种局面，特里维希克备受打击，突然有一天，他想起小时候见过的蒸汽机车。
特里维希克豁然开朗：这么多年，蒸汽机车一直没有大的突破，是因为蒸汽机太笨重，产生的动力，连自己的重量都拉不了，更别奢望拉货物了。高压蒸汽机产生的动力很大，而体积和重量比普通的蒸汽机要小得多，高压蒸汽机有成为车辆动力的可能。
1801年，特里维希克采用自己的高压蒸汽机，制成了第一台蒸汽机车，不过，它只是在普通路面上行走，这是火车的祖宗，更是汽车的祖宗。
为了突出他的高压蒸汽机，特里维希克将他的车命名为“喷气魔鬼”（PuffingDevil）。
1801年的平安夜，“喷气魔鬼”载着特里维希克和他的朋友开始兜风，这是蒸汽驱动的运输工具第一次出现在地球上。由于转向系统还不完善，这台车有一次直接开到沟里去了，不过，总体效果不错，在马路上居然颠簸了两天，第三天，发生故障了，旁边刚好有个小旅馆，特里维希克和他朋友们就把车推进一间小屋，他们一路劳顿，看到这地方幽静，环境优美，还有丰富的食物，他们就开始喝酒、烤肉，享受着圣诞节的快乐。这边大伙儿在烤着肉，那边蒸汽机车也在烧着煤。最后，燃烧的锅炉把铁板都烧红了，当然，蒸汽机车、房屋等能烧的都全部被烧毁了。
这次失败，特里维希克认定车没有问题，而是路有问题。于是，他决定不再让这个蒸汽机满山乱跑，而是瞄准一个方向，上铁路！这个思路非常正确，既可以避开坑坑洼洼的马路，又可以解决车辆的转向问题（因为在轨道根本不需要转向）。
铁路？火车还没有诞生，怎么会有铁路。当时还真有铁路，不过，是以马做动力，广泛存在于矿区，我们后面会细说。
1802年，特里维希克来到南威尔士中格拉摩根郡的一个铁矿厂工作，凭着高超的技术，制造出了可以抡大锤的高压蒸汽机。他得到钢铁厂老板汉弗莱的同意后，给一台这种蒸汽机装上了轮子，变成了一台机车。
这个矿区有一段自己的铁路。
特里维希克说服了老板，允许自己在这条铁路上进行试验。老板汉弗莱看到一台蒸汽机车在铁路上喘着粗气，慢慢的动了起来，一个念头出现在他的脑海中。汉弗莱当场买下了这台蒸汽机车，并且找到了另一个铁矿厂老板里察克劳谢，吹嘘自己有台可以拉货的蒸汽机，能拖动10吨的铁块，而且还可以跑完潘尼达伦到阿巴克浓之间16公里的铁路。蒸汽机自己能跑，里察克劳谢当然不信，于是，两个人打赌500金币。历史性的日子来临，这样就出现了文中开头的一幕：火车第一次运行。
这在当时轰动一时，人类第一次在铁路上见证了蒸汽机车。汉弗莱出够了风头，又赢了一大笔钱，当然非常高兴。
特里维希克认为蒸汽机车时代即将来临，然而，他还是错了，蒸汽机车暂时还登不上舞台。这次蒸汽机车的运行，压坏了铁路的铁轨，因为蒸汽机车比较笨重，铁轨质量又不高，很容易造成铁轨断裂，势必需要很高的维修成本。钢铁的技术革命是尼尔松的热风炼铁，时间是1832年，此时，还得等30年。
没有过得硬的铁路，是特里维希克时代蒸汽机车的硬伤。
机车跑一次赢点钱还行，要是天天跑，光铁轨维护就够让老板破产，于是，汉弗莱干了一件现在人看来很愚蠢的事情：史上第一台蒸汽机车的轮子被拆了下来，蒸汽机继续去铁矿抡大锤。
1808年，特里维希克离开矿山，决定去伦敦碰碰运气。在那里，他建造了一条圆形的小铁路，铁路上就是他的蒸汽机车。
为了推广他的蒸汽机车，特里维希克将这铁路围成一圈，做成了一个简易的游乐场，给人家表演火车的运行，这个表演被称作“看谁能赶上我”。说白了，就是让大家观看一辆自己能行走的机车。
当时人看来，钢铁机器自己行走是一件不可思议的事情。
只要是不可以思议的事，就有人好奇，就有人围观，个别年轻人还爬到机车后面的车厢里去坐坐，这算是伦敦第一辆无马牵引的载客车，但是，当时并没有人意识到它的价值，也没有人愿意为他投资。
特里维希克十分失望，没有资金，他也失去了继续研究机车基础，不过，他是蒸汽机高手，离开了机车领域，开始研究其他开发项目。
他开始研究高压蒸汽机对黄铜进行钻孔，用来制造火炮；研究高压爆破矿山，滚动磨粉机，蒸汽铁锤，高炉风机以及传统的挖掘应用技术，他还研究了蒸汽轮船。后来，他还转行承包工程，修建隧道，甚至还到南美洲去当矿老板，但是，霉运与他一直都如影随形，最后，这位才华横溢的人最终破产，落得穷愁潦倒。
火车诞生之时，被人不解，甚至沦为转圈奔跑的玩具，很多时候，传奇的东西需要有传奇的经历，尽管特里维希克的火车没有推广开来，但是，毕竟诞生了，更重要的是，铁路已经诞生很久了。
第三节车厢：铁块泡沫孕育铁路
讲述铁路之前，我们得先讲一下轨道交通。
在大家的思维中，铁路跟轨道交通几乎是一个概念，准确来说，铁路只是轨道交通的一种，轨道交通是车辆在特定的路上行走，这个特定路就叫轨道，通俗来说，只要有轨道行驶的交通工具，都是轨道交通，如在卡槽行驶的单轨电车，还有悬挂式单轨电车，这跟游乐场的器械差不多，不过娱乐场的器械不算轨道交通，因为运行的目的不一样，交通必须载人或者拖物达到目的地，而不是只在游乐场转几圈。
最早的轨道是石头凿出来。
在希腊有个地方叫科林斯，至少有两个名称让我们听说了科林斯，一个是古典建筑史上赫赫有名的三柱之一“科林斯柱”，还有一个是“科林斯运河”，不过这条运河在19世纪才完成，轨道就与这条运河有关。
科林斯运河位于科林斯地峡。
希腊南部是伯罗奔尼撒半岛，在半岛与大陆相交的地方，就是科林斯地峡，这个半岛一边是爱琴海，连接东方，另一边是爱奥尼亚海，直达西方，这条地峡宽约6.5公里，最高海拔不过90米，古希腊时期，这里是科林斯城邦的地盘，所以，这个地峡就就叫科林斯地峡。
公元前8世纪，这是中国刚进入东周的时间，科林斯城邦农业非常发达，陶器代表古希腊的最高水平，更重要的是，这里还有发达的造船业和航海业，科林斯城邦代表古希腊几乎垄断了与西方的贸易，古希腊的陶器、橄榄油、葡萄酒、金属器皿贸易全部要经过科林斯。科林斯城邦发达的贸易是优越的地理位置决定的：如果从爱奥尼亚海到爱琴海，走科林斯地峡陆地穿越，也就是6.5公里，走水路，得绕400公里，当时是好几天的航程。
科林斯人本想挖一条运河来优化运输，不就是6.5公里吗，当时也确实开工了，但是，发现这地方实在太硬了，根本挖不动，直到近代，科技发达了，这里才挖出了一条运河，这就是赫赫有名的科林斯运河，也是世界上开凿最深的运河，这是后话。古代科林斯人非常聪明，发现地方太硬挖不了运河，就干脆修一条硬路。科林斯人就势凿出了一条石质轨道，让车轮沿着这条轨道来运输货物甚至船只，这是世界公认的最早轨道。
如果这也算轨道交通，那中国也很早也就有了。
秦朝统一六国后，其中一项重要的措施就是“车同轨”，就是统一了车的两轮间距，要统一两轮的间距，是因为路的问题。
战国以前，马路是沙土和碎石铺出来的，车轮是用硬木制成的，有的还在轮缘外包一层铜或铁，这样的轮子在路上行走，久而久之就会在路面压出深沟来，如果车两轮的间距不一样，就会有一个轮子在沟里，一个轮子在沟外，这时候，只能慢行，快一点就会翻车，所以，秦始皇统一中国后，就要求“车同轨”。在高级别的路上，官方更是在沟里放上木头，马匹就可以在上面飞驰，所以，就出现了“驰道”一词。
秦始皇修建的“驰道”，符合现代定义的“轨道”。汉语还有“闭门造车，出门合辙”的成语，这个辙就可以看成轨道，这么算起来，中国的轨道交通在2000多年前就有了。
当然，现代铁路起源于英国的“有轨马车”。
英国是一个岛国，却是欧盟中能源资源最丰富的国家，当然，英国在2020年脱欧了，不能算是欧盟国家了。英国开采这些矿产，只能用马车来拉矿石，矿山中的道路泥泞不堪，运输异常困难。1660年，英国人布蒙特在当时的纽卡斯尔煤矿上，将两条木头固定在枕木之上，创造性地建设了一条木头轨道，以供运输煤炭的马车行走。这条极具历史意义的道路，前后共花费他三万英镑，但是，运作不是很成功，后来这条木质轨道被舍弃，布蒙特也因此成了茶余饭后的笑柄。
1756年，英国为了准备与法国的战争，开始了大量炼铁，催生了钢铁行业飞速发展。
1763年，英法“七年战争”结束，英国刀枪入库，铁块泡沫经济很快就破灭了，铁价猛跌，铁块出现了大量的剩余。矿主为了解决木制轨道容易磨损的问题，趁着铁价便宜，便将铁皮钉在木轨上，出现了世界最早的“铁轨”。但是，铁皮木轨，经常被压坏。
1768年，尽管战争已经结束5年了，但是，英国铁厂的铁块仍然堆积如山。
在什罗普郡煤溪谷铁厂，老板见到堆积如山的铁块心急如焚：卖出去吧，亏本；不卖吧，占地。他的女婿雷诺尔茨得知岳父的焦虑后，想出了个好办法，将铁块浇铸成铁板，铺在工厂的路上，计划等到铁价上涨时再卖出去，一举两得。
道路铺上了铁块以后，马车就平稳了许多，更重要的是拉得更多了。在轨道上面行车，一匹马在轨道上可以当20匹马使用，一个童工在轨道上可以拉动1吨重的货物。我在铁路工作的亲身经历：一节载重60吨的货车，四个人就可以推动，如果在公路上想要推动60吨重的汽车，估计得好几十人。
这种板式铁路，铁厂发现好用得不得了，其他老板也开始效仿，这种铁路在矿区迅速推广开了。
由于车轮只用铁板的两边，用铁板做出整条铁路实在是太浪费了，后来，铁厂用两根“L型”的角铁焊接在一起，形成“U”形，将车轮卡在凹槽里，这就是“凹型”铁轨的开端。
1803年7月，英国在旺兹沃斯和克罗伊登之间修建一条铁路，全长15公里，而且双线，这条铁路就是采用的“凹型”铁轨，这是英国第一条公共铁路，驾驶马车的人只要付费，就可以使用这条铁路。
实践是检验真理的唯一标准——“凹型”铁轨在实践中遇到了麻烦。
在使用的过程中，凹槽很容易被煤屑、垃圾填塞，而且由于铁轨是角铁焊接的，在轮子的横向压力下，寿命非常短，很快就会断裂。其实，早在几年前，英国工程师威廉•杰索普解决了这个问题。
1789年，杰索普设计了“凸型”铁轨和外轮缘凸出的铸铁车轮，铁轨表面改成平的，横截面是菌形的，菌伞用来支持车轮，菌柄用来增强铁轨的强度。
这次变革，形成了现在钢轨的雏形。
后来，蒸汽机车出现了，炼钢技术也发展了，就用强度更大的钢轨代替了铁轨，但是，“菌状”钢轨不稳定，沉重的蒸汽机车很容易压坏脆弱的钢轨，造成火车出轨，甚至翻车，于是，技术人员就把两条“菌状”钢轨合而为一，做成上下两面都有菌伞，中间由一个菌柄连接的所谓“双头钢轨”，它就像一个哑铃。这样设计还有一个用意，铁轨顶面磨损以后可以翻过来用，可以节省维护成本。
理想很美好，现实很残酷。
当钢轨顶部磨耗了，技术人员准备翻过用时，发现铁轨底部也压坏了，后来，技术人员干脆把铁轨的下部加宽，设计成“工”字形。这种钢轨既节约材料，又稳定可靠，很快就在铁路广泛应用，这就是现在还在使用的钢轨。
杰索普，这位卓越的工程师，还发明了内轮缘凸出的铸铁车轮和铁路道岔，这为后来火车的广泛应用打下了基础。
内轮缘凸出就让轮子沿着凸出的铁轨乖乖的走，车轴不需要其他设备固定了，这种内轮缘凸出的车轮一直保持到现在。铁路道岔的发明则更是天才的设计：木轨时代，车辆要想转换线路，只能靠人抬起来后转车盘，道岔发明后，车辆就可以直接可以在两条轨道上转换了。
随便提一句，此时还有一种特殊轨道：齿轮轨道，是安装在底盘上的蒸汽机和轨道的连接方式，车辆不是在轨道上转动，而是借助相互咬合的齿轮传动，当然，这种轨道很快就淘汰了。
1807年，英国在南威尔士的奥伊斯特茅斯和斯旺西之间，修了第一条铁路，起初被命名为“奥伊斯特茅斯铁路”，后来又改名为“斯旺西曼波铁路”。
这条铁路是用来运输煤、矿石还有石灰石，当然，矿山上有工人，偶尔也做点客运运输。这条铁路的动力并不是机车，而是马，不过，还是被公认的世界上第一条铁路。
随着铁路的延伸，铁块质量的提高，铁路的主人——火车也开始慢慢的发育成长，火车经过特里维希克的技术成功和商业失败后，一位里程碑的人物出现了，他把铁路和火车作为一个整体，最终让火车在地球每一个角落驰骋。
第四节车厢：火车与铁路合体
特里维希克南美洲去当矿老板，最终破产，极有可能客死他乡，不幸中之大幸，他碰到了自己的铁杆粉丝——罗伯特·斯蒂芬森，在粉丝的资助下，回到了英国，这位粉丝的父亲让火车真正跑向了世界，名字叫做乔治•斯蒂芬森。
乔治•斯蒂芬森，1781年生于英格兰最北部的诺森伯兰郡，这里除了著名的“哈德良长城”外，还有丰富的矿产资源。斯蒂芬森他比特里维希克小10岁，两家同样住在矿区，但是，特里维希克的父亲是矿主，而斯蒂芬森的父亲是个矿工，更多时候是在蒸汽机房烧锅炉。由于家里穷，斯蒂芬森没有上过学，8岁时就开始工作：给人家放牛；14岁时，斯蒂芬森成为了父亲的助手，帮父亲烧锅炉，不过，这个锅炉是蒸汽机的锅炉，需要跟机械打交道。正是这简单的工作，斯蒂芬森喜欢上了机械，并展示了自己在机械方面非凡的技能：三年后，年仅17岁的斯蒂芬森已经能够安装和维修蒸汽机。
当时，蒸汽机在不断地升级，为了学习新蒸汽机知识，他不得不开始学习认字，18岁生日那天，斯蒂芬森第一次写下了自己的名字，在他的刻苦努力下，终于学会了读写文章。