人类制冰史:冰改变了地球

1834年初夏，一艘名为马达加斯加的三桅船驶入里约热内卢港，载着最不可思议的货物——冰冻的新英格兰湖。马达加斯加号和它的船员属于一家公司，他们的老板是弗雷德里克托德，一个固执的波士顿商人。托德是一个年轻而富有的波士顿人。他家长期在他的庄园里从洛克伍德湖获取冰水，不仅仅是因为它的审美价值，还因为它的降温能力。

像北方的许多富裕家庭一样，每个重200磅(约90公斤)的冰冻湖泊储存在Tut家的冰室里。它们不会奇迹般地融化，直到炎热的夏天到来，新的仪式开始。这些冰块被切成碎片，制成新鲜的冷饮，制成冰淇淋，或者在热浪来袭时用来降温。17岁时，都铎的父亲送他去加勒比海航行。一位19世纪的绅士武装到牙齿，向年轻的弗雷德里克托德提出了一个非常激进(有些人甚至认为这很荒谬)的建议：如果他能尽一切可能将冰块从寒冷的北方运输到西印度群岛，他将抓住巨大的商机。1805年11月，都铎派他的兄弟威廉前往马提尼克岛建立前哨基地，购买了一艘名为“艾志”的双桅纵帆船，并开始收集冰块，为旅行做准备。次年2月，托德从波士顿港起航，心爱的人从洛克伍德湖装载冰块，前往西印度群岛。《波士顿公报》举报：“这不是开玩笑！”“一艘装载80吨冰的船离开马提尼克港。我们希望最终证明这不是废话。”事实证明，对公报的嘲弄是有道理的，尽管它与人们可能预测的不同。尽管夏天姗姗来迟，冰完好无损，但还是有一个问题，托德从来没有想到过。马提尼克岛的居民对冻结外国援助不感兴趣。他们不知道该怎么办。人们关注冰的魔力，让都铎的弟弟威廉不用排队就能成为商品的 买家。更糟糕的是，威廉找不到合适的地方存放冰块。托德竭尽全力到达马提尼克岛，却发现人们并不需要在高温下迅速融化的产品。这次旅行彻底失败了。几年后，在马提尼克岛航行的惨淡景象将会重演，带来更多灾难性的后果。tut的新兴业务在需求和存储方面存在问题，但也有优势。船只经常空着离开波士顿港，去西印度群岛用贵重物品装满船体，这意味着他可以与船主谈判，用空船以更便宜的价格运输他的冰。再说冰本身基本是免费的。托德只需付钱给工人们就可以从结冰的湖水中切冰。新英格兰的经济催生了另一种同样不值钱的产品，——木屑，是木材厂的主要废弃物。经过多年的实验，Tut发现锯屑可以成为极好的冰绝缘体。相互叠放的冰块用锯末隔开，存放时间几乎是无保护冰块的两倍。托德节俭的天赋派上了用场。他用——冰、木屑、空船三样东西，生意兴隆，在市场上居然零卖。都铎 次悲惨的马提尼克岛之旅清楚地表明，他仍然需要在热带地区找到一个现场储存基地。他修改了几个冰库的设计，最后选择了双壳结构，利用两块石墙之间的空气来保持房间的凉爽。tut不知道分子化学结构，但是锯末和双壳结构都遵循同样的原理。融冰需要吸收周围环境的热量，从而破坏氢原子的四面体结构，形成冰晶。(从周围大气中提取热量，让冰有一种神奇的能力让我们降温。) 可能发生热交换的地方是冰的表面，这也是大冰块能长期保存的原因——所有内部氢键与外界温度完全隔绝。曙光初现15年后，tut的冰交易开始盈利。到19世纪20年代，都铎王朝的冰库已经遍布美国南部，装满了来自新英格兰的冷冻水。19世纪30年代，他的商船航行到了里约热内卢和孟买。(印度被证明是tut更赚 钱的市场。)到1864年去世时，托德已经积累了一大笔财富，今天价值超过2亿美元。纽约三分之二的家庭每天都点冰。在不到一个世纪的时间里，冰经历了从稀世珍宝到 品再到必需品的过程。

用冰制冷改变了美国的版图，变化更大 的是芝加哥。优越的地理位置使这座城市成为一个交通枢纽，从富饶的平原地区把小麦运到东北的人口中心。然而，在运输过程中，肉类腐败是无法避免的。经过一个世纪的发展，物资匮乏的东北和牲畜丰富的中西部之间出现了严重的供需失衡。十九世纪四五十年代，移民推动了纽约和费城的人口爆炸，当地的牛肉供应无法满足日益增长的需求。同时，美国大平原的开垦使得牧场主拥有巨大的牛群，却没有相应数量的消费者。是冰为人们找到了出路，最终打破了僵局。1878年，古斯塔夫斯富兰克林斯威夫特雇佣了一名工程师来建造一辆先进的冷藏卡车。人们把冰块放进盒子里，放在肉上面。当他们到达沿途的车站时，工人们会在他们身上放上新的冰块，而下面的肉会保持不动。唐纳德米勒(Donald Miller)在《19世纪的芝加哥》中写道，“正是这种基本的物理降温方法，使旧的牛肉屠宰行业从本地贸易发展成为国际商业。冷藏车自然发展成了冷藏船，将芝加哥牛肉运往四大洲。”南方土地变冷的故事始于佛罗里达州阿巴拉契亚地区昆虫的大量繁殖，那里的人们生活在沼泽附近，为蚊子提供了一个完美的繁殖环境。1842年，大量蚊子出现，意味着患疟疾的风险增加，这是不可避免的。在当地简陋的医院里，面对几十名发烧患者，一位名叫约翰格利(John Gurley)的医生无助地坐在那里。格里迫切需要为病人找到一种退烧的方法。他试图把冰块挂在医院的天花板上。这种做法被证明是非常有效的：冰降温空气，空气使病人感到凉爽。退烧了，他的一些病人终于活了下来。然而，随后的一系列沉船事件推迟了冰块在新英格兰的到来，格利的定期补给也中断了。于是，年轻的医生开始考虑更激进的解决办法：——自己制冰。戈里很幸运，他在最合适的时候想到了这个方法。几千年来，人工制冷的想法几乎是人类文明无法想象的。我们发展农业，建设城市，挖掘运河，发明印刷术，但是制降温遥不可及。然而，不知何故，到了19世纪中叶，人工制冰已经成为可能。借用复杂性理论家斯图亚特考夫曼(Stuart Kaufman)的精彩句子——，在那个时期，制冷“几乎是现实”。如何解释这个突破？不仅仅是天才比任何人都孤独和聪明。但是基本上是从很多其他的想法中衍生出来的。我们利用当前时期的工具、隐喻、思想和科学认识，对它们进行重组，产生一些新的东西。但是如果没有合适的建材，是不可能有突破的，哪怕你是一个 的人才。世界上最聪明的人在17世纪中叶没有发明冰箱，只是因为条件还不成熟。但是到了1850年，一些零星的想法出来了。对今天的人来说，必须发生的 件事似乎很有趣。我们必须找出空气的确切成分。对象不是空的。17世纪，几个没有受过科学训练的科学家发现了一个奇怪的现象，真空。空气中似乎什么都没有，但真空的作用与普通空气不同。火焰将在真空中熄灭。真空封印是如此强大，以至于没有一队马能把它拉走。1659年，英国科学家罗伯特波义耳把一只鸟放入罐子里，用真空泵吸出罐子里的空气。正如博伊尔所怀疑的那样，这只鸟死了，但它被奇怪地冻住了。如果真空和空气有这么大的区别，那么——生物就无法在真空中生存，也就是说空气是由一些看不见的物质组成的。这也说明了空气体积或压力的变化会引起环境温度的变化。

在18世纪，我们的知识继续扩展。当蒸汽机带动发动机时，人类意识到热能和能量可以相互转化，一整套热学就诞生了。更 的温度和重量测量工具被发明出来，随后是摄氏和华氏等标准刻度。一旦测量精度有了突飞猛进的发展，新的可能性就出现了，这一点已经被科学和创新的历史反复证实。哥里在脑子里翻了翻上面的建材，开始造冰箱。它的原理是利用泵的能量压缩空气，提高空气的温度。然后，机器通过让压缩空气流经水冷管来降温空气。空气膨胀时会吸收周围的热量，就像四面体氢键融化成液态水一样，会吸收热量，降低周围的温度。这种方法甚至可以用来制冰。令人惊讶的是，哥里的机器工作了。他不再依赖千里之外运来的冰块，而是在家里自制空调，降低病人的高温。虽然哥里成功地发明了这台机器，但他并没有成为一名商人。但是人工制冷的想法并没有消亡。突然之间，冰箱遍地开花，不是因为有人偷了哥里的主意，而是因为他们自己敲了同一栋楼的底座。在众多发明家中，法国工程师费迪南卡雷(Ferdinand Carre)设计了一种冰箱，其基本原理与哥里一模一样。1861年美国内战爆发后，联邦军队封锁了南方各州，从而阻断了冰块的运输。有一段时间，南方各州酷热难耐，人们发现自己迫切需要人工空调。很快，基于卡雷设计原理的制冰机突破封锁，走私进入南方。这些新设备使用氨作为制冷剂，每小时可以生产400磅冰块。从法国到乔治亚州，路易斯安那州，再到德克萨斯州，人们走私并购买卡雷的机器。到1870年，南方各州生产的人造冰块数量居世界 。就19世纪而言，几乎所有与制冰相关的活动都是蓬勃发展、雄心勃勃的。但接下来，人工制冷技术的创新只会与之背道而驰，冰会缩水。冷冻食品1916年冬天，一位古怪的博物学家和企业家把他的家搬到了偏远的拉布拉多苔原。他曾经独自在那里住了几年，创办了一家毛皮公司，养了一些狐狸。有时，一些动物被海运并向美国生物研究所报告。但是食物质量很不理想。拉布拉多气候寒冷，这意味着你冬天吃的东西要么是腌制的，要么是冷冻的。如果不保存，就会被冷冻。一旦解冻，就会变得糊里糊涂，索然无味。只有鱼吃起来更新鲜。博物学家和该地区的一些因纽特人在冰上钓鱼。他们在结冰的湖里挖了几个洞，放下钓鱼线去抓鲑鱼。此时气温远在零度以下，湖里的鱼一上岸几秒钟就会结冰。在拉布拉多，当这位年轻的博物学家坐下来和家人一起用餐时，无意中想到了一个强有力的科学实验。在解冻一条在冰上钓鱼的鲑鱼后，他们发现它比通常的食物味道更新鲜。差别太大了，他想找出原因。于是克拉伦斯伯扎伊开始了一项研究，最终他的名字出现在世界各地超市的冷冻豌豆和冷冻鱼条的包装上。他开始实验，最后对不同的口味给出了合理的解释。秘密在于冰冻的速度。缓慢冻结使冰的氢键有机会形成更大的冰晶。然而，在几秒钟内冷冻——，我们现在称之为“速冻”，会产生小得多的冰晶，对食物本身的损害也较小。因纽特渔民从未考虑过冰晶和分子，但他们几个世纪以来一直享受着速冻的好处，将活鱼从水中拖到寒冷的空气中。博物学家脑子里有一个想法：随着人工冷藏的日益普及，如果质量问题能够得到解决，冷冻食品将会有巨大的市场。在20世纪初的几十年里，冷冻食品行业被认为已经走到了路的尽头。

(冷冻食品太差了，连犯人的伙食标准都达不到，已经被纽约州监狱拒之门外。一个关键问题是冷冻食品的温度比较高，通常只有零下几度。但是随着科学的进步，人工制冷的温度可能比得上拉布拉多的冰雪。到了17世纪20年代初，博宰发明了一种速冻工艺，将温度为-40的冷冻鱼装在盒子里。他发现只要是这样冷冻的，所有的——水果、肉类、蔬菜解冻后都会特别新鲜。冷冻食品成为美国人的主要食物需要十多年的时间。(这需要超市和家庭厨房大量的冰柜，直到战后才完全实现。但是，博宰的实验太有希望了。就在1929年黑色星期五股市崩盘前几个月，他的大众海鲜公司被博斯腾谷物公司收购。冰上钓鱼之旅使他成了千万富翁。在我们这个崇尚土制、土制加工食品的时代，冷冻“电视餐”已经不适合人们了。然而，冷冻食品在出现之初，就给健康带来了有益的影响，丰富了美国的饮食和营养。速冻食品在时间和空间上延伸了食品网络。夏季收获的农产品，几个月后仍可食用；丹佛和达拉斯的人可以吃在北大西洋捕获的鱼；一月吃冻青豆，比五个月后吃新鲜青豆好。50年代转向空气，美国人的生活方式深受人工制冷的影响。他们从当地超市的冷藏货架上购买冷冻晚餐，并使用最新的制冰技术将其储存在新Frigidale冰箱的冷冻室中。在20世纪50年代的一个典型美 庭中，最现代的制冷设备既不是用来储存晚餐的鱼，也不是用来制作马提尼酒的冰块。用来给整个房子降温(除湿)。 个“空气处理装置”是由一位名叫威利斯开利的年轻工程师在1902年构想出来的。当时，他受雇于纽约布鲁克林的一家印刷公司，设计一种装置来防止墨水在潮湿的夏天盛开。他的发明不仅去除了印刷室内的湿气，还降低了空气的温度。开利注意到大家突然想吃印刷机附近的东西。于是他开始设计一种奇妙的装置来调节室内空间的湿度和温度。 次世界闻名的空调实验发生在1925年阵亡将士纪念日的周末。当时，开利首先在曼哈顿派拉蒙影业更大 的新里维埃拉电影院展示了他的实验空调系统。他甚至说服了派拉蒙公司的传奇大师阿道夫扎克，投资在剧院安装中央空调系统会带来利润。扎克在阵亡将士纪念日亲自参加了周末测试。开利和他的测试团队在启动和运行空调时遇到了一些技术问题。电影上映前，房间里挤满了粉丝。开利后来回忆说：“剧院里突然挤满了人，大热天需要时间来降温，但慢慢地，人们几乎察觉不到地把风扇放在膝盖上，因为他们越来越明显地感受到了空调系统的效果。之后，我们去大厅等扎克。当他看到我们时，他简短地说：“是的，人们会喜欢的。”从1925年到1950年，大多数美国人只能在大型商业场所体验空调，如电影院、百货商店、酒店或办公楼。开利知道普通家庭应该用空调，但是这种机器对于中产家庭来说太大太贵了。20世纪40年代末，随着 台便携式系统的推出，空调终于走进了家庭。五年之内，美国人每年安装的空调超过100万台。一下子，湿热的地方让人受不了。到1964年，内战后人们从南方向北方的历史性迁移已经逆转。随着寒冷地区新移民的到来，南方的日照带扩大了，这归功于家用空调，使人们忍受炎热、潮湿或炎热的沙漠气候。

短短10年间，图森人口从4.5万激增至21万，休斯顿人口从60万增至94万。开利的发明不仅引起了氧分子和水分子的循环，还加速了人的流动。然而，美国阳光地带的崛起只是全球趋势的预演。就世界而言，人口增长最快的大都市主要集中在亚热带地区：钦奈、曼谷、马尼拉、雅加达、卡拉奇、拉各斯、迪拜、里约热内卢。人口学家预测，到2025年，这些热门城市将有超过10亿的新居民。人造真理迎来了冷革命。梦想家和发明家并没有灵光一现，他们的异想天开也无法立刻改变世界。然而，都铎和博齐尔发明的冷冻技术不仅仅是向世界传播冷冻鱼条。因为人类的精液、卵子、胚胎可以快速冷冻，也促进了地球人的繁荣。多亏了人工制冷技术，数百万人获得了繁荣。当我们有突破性的想法时，往往会受到原创发明规模的限制。我们想出了一种人工制冷技术的方法，假设它会使我们的房间变得更凉爽，或者不断地为我们的苏打水提供冰。这个很好理解。然而，如果你用那种方式谈论制冷，你会错过它的重写历史。在过去的两个世纪里，它的影响令人难以置信。从改变大平原的画面，到冷冻胚胎带来新的生活和生活方式，我们将一路前行，直到把沙漠变成繁华的大都市。