[物理史] 紐約的第一個氣動地鐵

紐約的第一個氣動地鐵 (First Pneumatic Powered Subway Line in New York City)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
（譯自APS News ，2013年2月）

隧道和氣動運輸系統是古典科幻小說的主題，從韋爾納 (Jules Verne) 在20世紀的《巴黎》（Paris ，1863年）開始，作者在書中想像著地下火車橫越過海洋。1882年，何畢達 (Albert Robida) 在他的小說《20世紀》 (The Twentieth Century ) 中不僅描述地下火車，還提到了氣動郵務系統。那些作家的虛構創作都基於實際建成的系統，有些至今仍存在著。

比奇 (Alfred Ely Beach)

氣動地鐵的入口

1812年，有一位名叫梅德赫斯特 (George Medhurst) 的機械工程師認為，應該可以吹動載滿乘客的車廂，通過隧道，但他卻從未能找到機會建造此系統。他缺乏一個有足夠動力，可以產生所需空氣壓力的泵浦。在1850年代中期前，愛爾蘭、倫敦和巴黎都有幾個早期的「大氣鐵路系統」，而倫敦的氣動運送系統雖是計畫運送包裹，但它夠大，所以也可以載運乘客。事實上，白金漢公爵 (Duke of Buckingham) 以及公司的幾位董事都在1865年10月10日搭乘氣動系統，以慶祝新火車站的啟用。有一個氣動鐵道的原型於 1864年在水晶宮展示，它計劃建造經過泰晤士河底，連接滑鐵盧 (Waterloo) 和查令十字 (Charing Cross) 的鐵道。

那些早期的努力激勵了一位在美國，名叫比奇 (Alfred Ely Beach) 的發明家。比奇於1826年出生於美國麻州春田，父親是一位著名的出版商，兒子追隨父親的腳步，後來終於買下了剛新發行的《美國科學人》(Scientific American ) 雜誌。比奇也是一位發明家，以及專利權的律師，他取得了為盲人所設計的打字機專利，此專利讓他獲得了1853年水晶宮博覽會的金牌獎，並和朋友孟恩 (Orson Desaix Munn) 成立了專利機構。比奇從他在曼哈頓中心區的辦公室窗戶可見到擁擠的交通，尤其沿著百老匯大道更糟，所以他常思索著大眾運輸系統的可能性。他並不考慮陸地高架鐵道的方案，因為太吵，又不美觀，而專心於地下系統的選項。他於1849年在《美國科學人》發表了一篇文章，建議利用馬拉車來載運乘客，取代傳統會產生大量煤灰的蒸汽引擎。汽油和電動馬達當時還尚未普及。

之後，比奇發現了氣體力學；他熱情地驚叫：「一條隧道、一個車廂、和一個旋轉扇！這樣就夠了！」此想法是將乘客放進車廂，然後以巨大的風扇所產生的氣壓推動他們通過地下道。他先建造一個地上模型的原型，首次在1867年的美國協會展示會上亮相。它只不過是一個大的木頭管道（直徑大約6呎，100呎長），可以容納一個小的10人車廂，一端有著巨大的風扇，足以注入一陣巨風，推動車廂通過隧道。當風扇反向，就會將車廂拉回原點。

展示極為成功，於是比奇著手解決要在紐約曼哈頓下城區的建築物下面挖隧道的難題：他發明了一個液壓防護裝置的隧道鑽孔機，可以上、下、左、右轉動，對上面建築物的傷害可以降到最低。可是，因為當時市政府政治腐敗，所以他無法取得市政府核發的地下原型建造許可。於是比奇就在市政府對面租來的店面底下，假裝在建造一氣動的郵務系統，但其實是暗中在建造氣動地下鐵。

1870年2月26日，比奇揭開他的傑作，立即成了民眾參觀的新奇景點，特別是車站奢華的裝備：它有一平臺型大鋼琴、數個樹枝型的裝飾吊燈、以及一功能齊全，充滿金魚的水池。鐵道內有一適合的車廂，直徑長9呎，每小時以10哩的速度從沃倫街 (Waren Street) 開到墨里街 (Murray Street)。一個暱稱「西方旋風」的巨型風扇藉由蒸氣引擎，從閥門引進空氣，再注入隧道，將車廂往前推進。等一抵達墨里街車站時，車廂即碰觸電線，讓沃倫街的鈴聲響起。此時，執勤的工程師會將風廂風向倒轉，將車廂吸回車站去，「就像吸管吸可樂一般」。

地下鐵最初一、兩年深受歡迎，所以比奇在接下來的3年努力爭取建造許可，要將它往城上區一直延伸到中央公園，和當時州議會幾個主要的政治人物所支持的高架鐵路方案競爭。可惜！當他最後終於戰勝了州長兩度的否決，成功爭取到許可，卻只是一場白費工夫的立法勝利而已：股市崩盤（1873年經濟大恐慌）永遠粉碎了他的夢想，他因經濟因素必須結束他的氣動地鐵。比奇的失敗並未阻止其他人思考所謂的「真空隧道火車」(vactrain, vacuum tube trains) 的建造。美國政府於1960年代考慮結合氣動地鐵和磁浮科技，在費城和紐約市之間行駛真空隧道火車的可能性，但此計畫被認為太過昂貴而放棄。1967年，洛克希德公司 (Lockheed) 的工程師愛德華 (L. K. Edwards) 提議在加州建造灣區重力真空高速鐵路，與當時正在興建的舊金山灣區的捷運系統銜接。但重力真空高速鐵路從未興建；1970年代，美國蘭德公司 (RAND) 的薩爾特 (Robert M. Salter) 所構想出來，計畫行駛於現在美國東北走廊的超高速地下運輸系統也胎死腹中。

比其因罹患肺炎，於1896年1月1日過世，來不及看到紐約市第一座地鐵 (the IRT, Interborough Rapid Transit) 於1904年啟用。他的地下鐵一直被遺忘，直到1912年，建築團隊在百老匯大道下面為新路線開挖隧道時，挖穿了一道牆，看到了舊沃倫街車站時才又被人想起。乘客的車廂還在鐵軌上面。現在布魯克林-曼哈頓線 (BMT) 的市政府站有一塊匾額，用以紀念比奇。

原文刊載於物理雙月刊2016年2月號38卷第1期，感謝楊信男教授同意授權刊載。

系列文章100篇已集結成冊，由五南出版，書名為《物理奇才奇事》。