گالوانی که در سال 1838 نابود شد: داستان تلخ نخستین خودروی برقی

اولین لوکوموتیو برقی جهان، به دست یک شیمی‌دان اسکاتلندی ساخته شد: رابرت دیویدسون موتور الکترومغناطیسی خود را که از ۱۸۳۷ کار می‌کرد، طی چند سال به یک ماشین تمام‌مقیاس تبدیل کرد و در سپتامبر ۱۸۴۲ لوکوموتیو خود به نام گالوانی را در راه‌آهن ادینبرو–گلاسکو به حرکت درآورد. لوکوموتیوی بدون زغال‌سنگ، بدون دود و بدون آتش - اما این تاریخ یک وجه تراژیک هم دارد: گالوانی توسط افرادی که از خود ماشین می‌ترسیدند یا آن را تهدیدی برای کارهایشان می‌دانستند تخریب شد و حتی یک قطعه از نمونه اصلی آن هم به دست ما نرسیده است.

رابرت دیویدسون که بود؟ سرگرمی الکترومغناطیس یک شیمی‌دان اهل آبردین

دیویدسون مهندس راه‌آهن نبود. او شیمی‌دان و رنگرزی بود که در آبردین به دنیا آمده و تقریباً تمام عمرش را در همان شهر گذرانده بود. در Marischal College - که امروز بخشی از دانشگاه آبردین است - میان سال‌های ۱۸۱۹ تا ۱۸۲۱ در درس‌ها شرکت کرد؛ هزینه این تحصیل را خودش با دستیاری آزمایشگاه تأمین کرد. در دهه ۱۸۲۰ نزدیک کانال آبردین–اینوروری کسب‌وکار خودش را راه‌اندازی کرد: نخست تأمین مایه خمیرمایه، سپس تولید مواد شیمیایی. به عنوان کار فرعی، سنگ‌تراشی و عطرسازی هم می‌کرد. این جزئیاتی ارزشمند برای توجه است: آنچه سرگرمی الکترومغناطیس او را تأمین می‌کرد، درآمد حاصل از تولید مایه خمیرمایه مصنوعی بود.

او باتری‌های شیمیایی خود را نیز خودش طراحی کرد. برای کسی که تأمین مواد شیمیایی و مهارت‌های کارگاهی را در خود جمع کرده بود، این در امکانات آن دوران کار دشواری محسوب نمی‌شد. یعنی اولین لوکوموتیو برقی را نه یک کارگاه لوکوموتیو در عصر بخار، بلکه کارگاه یک تولیدکننده مایه خمیرمایه ساخت - و این یکی از آیرونیک‌ترین جزئیات تاریخ مهندسی است.

لوکوموتیو گالوانی چگونه کار می‌کرد؟

فرآیند توسعه دیویدسون گام‌به‌گام پیش رفت. در ۱۸۳۷ نخستین موتور الکترومغناطیسی کارآمد و یک لوکوموتیو الکتریکی ماکت ساخت. در ۱۸۳۹ یک وسیله نقلیه الکتریکی چهارچرخ، یک خراطی الکتریکی و یک پرس چاپ الکتریکی ساخت - همان وسیله چهارچرخ به‌عنوان نخستین خودروی الکتریکی چهارچرخ شناخته‌شده به شمار می‌آید. در ۱۸۴۰ در آبردین یک نمایشگاه عمومی الکترومغناطیسی برپا کرد: لوکوموتیو ماکت که دو نفر را حمل می‌کرد، دستگاه تراش برقی، پرس چاپ و یک آهنربای الکتریکی که ۲ تن را بلند می‌کرد. هزاران نفر با پرداخت یک شیلینگ این‌ها را تماشا کردند؛ یعنی ماشین‌های دیویدسون در مرحله اختراع هنوز روی کاغذ نبودند، بلکه در برابر چشمان مردم کار می‌کردند.

نام کامل Galvani از نام دانشمند ایتالیایی لویجی گالوانی گرفته شده بود که نخستین بار به رابطه‌ی الکتریسیته و حرکت اشاره کرد. زنجیره‌ی کارکرد ماشین از نظر منطق پایه با خودروهای برقی امروزی یکسان بود:

• باتری گالوانیک: سلول‌های اولیه‌ای که با صفحه‌های روی درون الکترولیت اسیدی کار می‌کردند و جریان مستقیم تولید می‌کردند. نکته‌ی حیاتی این بود: این سلول‌ها قابل شارژ مجدد نبودند؛ تولید جریان به معنای مصرف شدن روی بود.
• موتور الکترومغناطیسی: دو موتور، یکی برای هر محور. آهن‌رباهای الکتریکی میله‌های آهنی ثابت‌شده در پیرامون یک استوانه‌ی چوبی چرخان را می‌کشیدند؛ و یک کاموتاتور جریان را در لحظه‌ی درست قطع می‌کرد تا توالی جذب پیوسته بماند.
• انتقال قدرت: از طریق دنده به‌طور مستقیم به چرخ‌های آهنی. نه آتش، نه ذغال، نه بخار، نه دود.

از نگاه یک مهندس مدرن باید نکته‌ی جالبی افزود: موتور Davidson شکلی اولیه از ساختاری بود که امروز به آن موتور رلوکتانس سوئیچ‌شونده (switched reluctance motor) می‌گوییم. اینکه یک اصل پس از 180 سال در صنعت دوباره ارزش پیدا کرد، نشان می‌دهد Davidson بر زمین محکمی ایستاده بود.

علت نوسان 5 تا 7 تنی در وزن آن است که سوابق مختلف ماشین را با تعاریف متفاوتی اندازه گرفته‌اند؛ چیز قطعی این است که Galvani ماشینی چند تنی و با سرعت قدم‌زدن بود.

سپتامبر 1842: نخستین سفر برقی روی خط ادینبرو-گلاسگو

آزمون روی راه‌آهن ادینبرو و گلاسگو انجام شد. این خط به‌عنوان نخستین خط بین‌شهری اسکاتلند تنها در 21 فوریه 1842 به ترافیک مسافری افتاده بود - یعنی آزمایش Davidson هفت ماه پس از افتتاح خط، روی یکی از مدرن‌ترین راه‌آهن‌های جهان انجام شد. در سپتامبر 1842، Galvani با سرعتی حدود 4 mph در مسافتی حدود 1,5 مایل پیش رفت. مسیر کوتاه و سرعت پایین بود؛ اما مفهوم اثبات شده بود: چرخ‌ها بدون نیاز به قدرت بخار می‌چرخیدند.

یک منبع می‌گوید لوکوموتیو در این مسافت بار 6 تنی را کشیده، در حالی که روایت‌های رسمی درباره‌ی کار Davidson بیان می‌کنند ماشین فقط وزن خودش را حمل کرده است. با هر تفسیری که از اندازه‌گیری‌ها داشته باشیم، تصویر تغییر نمی‌کند: این یک قطعه‌ی ویترینی نبود، بلکه لوکوموتیوی واقعی بود که روی ریل کار می‌کرد. اینکه نهادهای مهندسی انگلستان حتی امروز هم آن را نخستین لوکوموتیو برقی جهان می‌دانند، بی‌دلیل نیست.

جزئیات تأمل‌برانگیزتر، نگرش مدیریت راه‌آهن بود: مدیران برای پیش بردن این مفهوم به اندازه‌ی کافی تحت تأثیر قرار نگرفتند. فناوری گران بود و شرکت‌های راه‌آهن را جذب نمی‌کرد. این ارزیابی، همان‌طور که در بخش بعد خواهیم دید، نتیجه‌ی تحلیل شیمی و هزینه بود - نه تعصب.

نابودی Galvani: چه کسی، چرا، کجا؟

پایان لوکوموتیو، همان‌قدر که داستان دارد، ثبت رسمی ندارد. گالوانی احتمالاً در حالی که در یک انبار لوکوموتیو در پرث نگهداری می‌شد، تخریب شد - و پیش از آنکه دیویدسون آن را پس بگیرد، نابود شده بود. هویت عامل آن نامشخص است؛ اما افرادی که از حامیان موتورهای بخار suspicions می‌شد، در صدر مظنونان قرار داشتند.

روایت رایج این است که کارگران راه‌آهن که از از دست دادن شغل می‌ترسیدند، لوکوموتیو را از بین بردند. این تفسیر معقول است: یک لوکوموتیو بدون آتش، یعنی سوكچی، آتش‌بان و زنجیره تأمین زغال‌سنگ - یعنی آینده ده‌ها شغلی که معیشتشان به بخار وابسته بود در میان بود. با این حال باید صادق بود: در حالی که ترس کارگران همچنان توضیح سنتی است، اینکه چه کسی، دقیقاً کجا و چه زمانی این تخریب را انجام داد، به طور قطع مستند نشده است. تنها چیز قطعی، نابود شدن ماشین است. به‌عنوان یک مهندس مکانیک باید یادآور شد که در تاریخ، حذف فیزیکی یک اختراع پیش از شکست اقتصادی آن، در نمونه‌های بسیار اندکی دیده می‌شود؛ گالوانی یکی از همان‌هاست.

اقتصاد شکست تجاری: شیمی باخت، نه مهندسی

علت اصلی پایان گالوانی فنی نبود، بلکه اقتصادی بود. مشکل در مهندسی نبود، در شیمی بود: سلول‌های گالوانیک اولیه هنگام تولید جریان، روی مصرف می‌کنند؛ روی گران بود و زغال‌سنگ ارزان. هر متر راه، عملاً یعنی سوزاندن پول. این معادله با قیمت‌های بازار آن روز جور درنمی‌آمد.

این ادعا که هزینه هر مایل گالوانی حدوداً 40 برابر موتور بخار بوده، رایج است؛ اما این رقم به‌عنوان خلاصه‌ای که بعدها تهیه شده در گردش است، نه سندی دقیق و مستقیم از سال 1842. در همان دوره، موریتس فون یاکوبی در روسیه نیز مصرف روی موتورهای خود را اندازه‌گیری کرد و به همان نتیجه رسید: موتورهای الکتریکی به دلیل قیمت بالای روی، صرفه اقتصادی نداشتند. رسیدن دو پژوهشگر مستقل به یک نتیجه اقتصادی واحد، روشن می‌سازد که مشکل در مهندسی دیویدسون نبود، بلکه در شیمی باتری بود.

قطعه گمشده: باتری قابل شارژ مجدد

فقط یک قطعه برای تجاری شدن گالوانی دیویدسون کم بود: باتری قابل شارژ مجدد. این قطعه در سال 1859 با اختراع باتری سرب-اسید قابل شارژ توسط فیزیکدان فرانسوی گاستون پلانته به دست آمد - یعنی دقیقاً هفت سال بعد، در حالی که قطعات گالوانی مدت‌ها پیش از هم پاشیده شده بودند. سرنوشت ترaksiون الکتریکی به زمان‌بندی یک اختراع شیمیایی گره خورده بود.

چرا دیویدسون فراموش شد، اما زیمنس گرامی داشته شد؟

تاریخ تولد رسمی راه‌آهن برقی در اکثر تقویم‌ها سال 1879 ذکر شده است: ورنر فون زیمنس در نمایشگاه صنعتی برلین لوکوموتیو خود را که با ژنراتور تغذیه می‌شد و جریان را از ریل سوم می‌گرفت، به نمایش گذاشت؛ سه واگن را در مسیری 300 متری کشید و در چهار ماه نمایشگاه، 90.000 مسافر جابه‌جا کرد. یک نمایش چشمگیر بود - اما 37 سال از دیویدسون عقب‌تر بود. تفاوت در فن نبود، بلکه در زیرساخت و اقتصاد بود: زیمنس با باتری قابل شارژ پلانته و فناوری ژنراتور، ترaksiون الکتریکی را سودآور کرد؛ اما دیویدسون مفهوم را اثبات کرده بود ولی قیمت‌گذاری نکرده بود. تاریخ‌نگاری معمولاً برنده را ثبت می‌کند. به همین دلیل برخی مدخل‌های دانشنامه‌ای حتی امروز هم نخستین کاربرد موفق تراکشن الکتریکی را 1879 نشان می‌دهند و تلاش 1842 دیویدسون را در آن شمارش نمی‌آورند.

اولویت دیویدسون تنها در 1890، هنگامی که London City & South London Railway - نخستین خط زیرزمینی عمیق الکتریکی جهان - افتتاح شد، به طور گسترده پذیرفته شد. مطبوعات در آن سال دیویدسون 86 ساله را دوباره به عنوان پیرترین برق‌کار زنده کشف کردند؛ در نشریه مهندسی برق به عنوان کسی یاد شد که نخستین فردی بود که امکان تراکشن الکتریکی را به شکل عملی نشان داد. دیویدسون هم اعتماد به نفسش را از دست نداده بود: روی کارت ویزیت‌هایش نوشت: پدر لوکوموتیو الکتریکی.

او در واقع بخشی از یک نسل پیشگام بی‌سابقه بود: توماس دیونپورت نعل‌بند اهل ورمانت آمریکا در فوریه 1837 نخستین پتنت موتور الکتریکی آمریکا را دریافت کرد و در یک مسیر کوتاه ماشین مدل را به کار انداخت؛ موریتس فون یاکوبی در سپتامبر 1838 در سن پترزبورگ روی رود نوا یک قایق الکتریکی متحرک مسافربر را به کار انداخت. گفته می‌شود رابرت اندرسون اسکاتلندی میان سال‌های 1832 تا 1839 یک وسیله نقلیه زمینی الکتریکی ابتدایی ساخته است؛ اما برای اندرسون پتنت، سند معتبر هم‌عصر یا شواهد فیزیکی از وسیله نقلیه یافت نمی‌شود و اغلب با دیویدسون اشتباه گرفته می‌شود - هر دو اسکاتلندهایی بودند که در همان دهه با سلول‌های گالوانیک کار می‌کردند. اولویت اندرسون از نظر تئوری ممکن است، اما سطح مستنداتش بسیار عقب‌تر از دیویدسون است.

از گالوانی چه چیزی باقی ماند؟

هیچ چیز. از لوکوموتیو اصلی، از موتورش، از باتری‌هایش حتی یک قطعه هم به دست ما نرسیده است. خانه و محل کار دیویدسون در Canal Road تخریب شد. او در 16 نوامبر 1894 در 90 سالگی درگذشت؛ روی سنگ قبرش در St Peter's Cemetery در ابردین فقط کلمه chemist - شیمی‌دار - نوشته شده است. حتی نام یک اختراع هم روی سنگ نکته نشده است؛ این پایانی است که از ادا کردن حق یک ماشین ویران‌شده بسیار دور است.

اما حافظه کاملاً پاک نشد. موزه ترابری گرامپین در شهر الفورد در ابردین‌شایر یک نسخه کامل و کارکردی از موتور گالوانی، یک نسخه از پیل گالوانیک و ماکت لوکوموتیو را به نمایش می‌گذارد. کتابی نیز که داستان دیویدسون را روایت می‌کند منتشر شد و نام او دوباره میان اختراعات اسکاتلندی شمرده می‌شود. از دیدگاه مهندسی، آنچه باقی می‌ماند یک شیء فیزیکی نیست، بلکه یک نتیجه قابل اندازه‌گیری است: ماشینی روی ریل که با باتری خودش کار می‌کرد، با موتورهای خودش پیش می‌رفت و مفهوم را به شکل عمومی تأیید کرد. این در 1842 یک واقعیت بود و امروز هم همچنان یک واقعیت است.

داستان گالوانی مانند خلاصه‌ای از نخستین سده حمل‌ونقل الکتریکی است: مهندسی درست، شیمی نادرست و یک تقویم عقب‌رانده‌شده. موتور دیویدسون در فضای علم و صنعت زمانه‌اش شناخته شد، بحث شد و به نمایش گذاشته شد - سپس به شکل فیزیکی نابود شد و به دلیل واقع‌گرایی اقتصادی به آرشیوها رانده شد. کشف دوباره‌اش اما کمی گزنده است: امروز که هزاران باتری برقی در جاده‌ها در حال چرخش است، برای یادآوری نخستین لوکوموتیو برقی جهان باید به یک نسخه بازسازی‌شده، یک ماکت و سنگ قبر یک شیمی‌دان نگاه کرد.

منابع

• رابرت دیویدسون (مخترع)
• رابرت دیویدسون: نخستین لوکوموتیو برقی جهان (1837)
• لوکوموتیو برقی
• لوکوموتیو دیویدسون: او چگونه این کار را کرد؟
• نمایش نسخه بازسازی‌شده نخستین موتور traction برقی جهان
• لوکوموتیو زیمنس در سال 1879
• مروری بر رابرت دیویدسون