Thậm chí sau đó, ý tưởng biến nhiệt năng thành động năng nghe vẫn còn điên rồ, nên phải mất đến ba thế kỷ cho tới khi có người phát minh ra cỗ máy tiếp theo nhằm sử dụng nhiệt năng tạo ra chuyển động. Công nghệ mới đã được sinh ra trong hầm mỏ nước Anh. Khi dân số Anh tăng lên, rừng bị chặt phá để cung cấp nhiên liệu cho nền kinh tế đang phát triển, lấy chỗ cho nhà ở và ruộng đồng. Anh ngày càng thiếu hụt củi đốt. Họ bắt đầu đốt than để thay thế. Nhiều vỉa than nằm ở các khu vực ngập nước, và lũ lụt ngăn thợ mỏ tiếp cận các địa tầng ngầm của hầm mỏ. Đó là vấn đề đang cần giải pháp. Khoảng năm 1700, một tiếng động lạ bắt đầu vang vọng khắp các hầm mỏ ở Anh. Đó là tiếng động – dấu hiệu của Cách mạng Công nghiệp – ban đầu thì nhẹ nhàng không dễ nhận thấy, nhưng đã phát triển ngày càng to hơn qua từng thập niên, cho đến khi bao trùm toàn bộ thế giới trong một giai điệu chói tai. Giai điệu đó phát ra từ động cơ hơi nước.
Có rất nhiều loại động cơ hơi nước, nhưng tất cả đều chung một nguyên tắc. Bạn đốt một loại nhiên liệu nào đó như than, và sử dụng nhiệt năng sản sinh để đun sôi nước, tạo ra hơi nước. Khi lượng hơi nước tăng lên, nó đẩy piston. Khi piston di chuyển, bất cứ thứ gì nối với piston sẽ chuyển động theo. Bạn đã biến nhiệt năng thành động năng! Trong các mỏ than Anh thế kỷ 18, các piston được kết nối với một cái bơm để rút nước từ đáy hầm mỏ. Những động cơ đầu tiên làm việc kém hiệu quả vô cùng. Bạn phải đốt cháy một lượng lớn than chỉ để bơm ra một lượng nhỏ nước. Nhưng trong mỏ luôn có sẵn than nên chẳng ai thèm bận tâm.
Trong những thập kỷ sau đó, các doanh nhân Anh đã cải thiện hiệu suất làm việc của động cơ hơi nước, mang chúng ra khỏi hầm mỏ, kết nối chúng với khung dệt và máy tỉa hạt bông. Điều này đã cách mạng hoá ngành dệt may, khiến họ có thể sản xuất ra ngày càng nhiều vải vóc với giá rẻ. Trong chớp mắt, Anh đã trở thành công xưởng của thế giới. Nhưng quan trọng hơn, việc đưa động cơ hơi nước ra khỏi hầm mỏ đã phá vỡ một rào cản tâm lý quan trọng. Nếu bạn có thể đốt cháy than đá để di chuyển khung dệt, tại sao không sử dụng phương thức này để di chuyển những thứ khác, chẳng hạn như xe cộ?
Năm 1825, một kĩ sư người Anh đã kết nối động cơ hơi nước với một dãy toa xe chở đầy than từ hầm mỏ. Động cơ này đã kéo các toa xe dọc theo một đường ray sắt dài khoảng 20 km từ mỏ than đến bến cảng gần nhất. Đây là đầu máy xe lửa chạy bằng hơi nước đầu tiên trong lịch sử. Rõ ràng, nếu hơi nước có thể được sử dụng để vận chuyển than, thì tại sao lại không phải là những hàng hoá khác? Và tại sao không vận chuyển cả con người? Ngày 15 tháng Chín năm 1830, tuyến đường sắt thương mại đầu tiên được mở, kết nối Liverpool với Manchester. Các đoàn tàu di chuyên bằng sức mạnh của hơi nước mà trước đó đã được dùng để bơm nước và làm chuyển động những khung dệt. Và chỉ 20 năm sau đó, Anh đã có hàng chục ngàn cây số đường sắt.
Từ đó về sau, mọi người trở nên ám ảnh với ý tưởng rằng máy móc và động cơ có thể được sử dụng để chuyển đổi dạng năng lượng này thành dạng năng lượng khác. Bất kỳ loại năng lượng nào ở bất cứ nơi đâu trên thế giới, đều có thể được khai thác cho mọi nhu cầu của con người, nếu chúng ta có thể phát minh ra cỗ máy phù hợp. Ví dụ, khi các nhà vật lý nhận ra một nguồn năng lượng lớn được lưu trữ trong nguyên tử, họ ngay lập tức bắt đầu suy nghĩ để tìm cách giải phóng nguồn năng lượng này và sử dụng nó để tạo ra điện, cho chạy tàu ngầm và tiêu diệt các thành phố. Phải mất 600 năm kể từ khi các nhà giả kim Trung Hoa phát minh ra thuốc súng, cho đến khi đại bác Thổ Nhĩ Kỳ bắn nát các bức tường của thành phố Constantinople. Nhưng chỉ mất 40 năm kể từ khi Einstein xác định rằng bất kỳ loại vật chất nào cũng có thể chuyển đổi thành năng lượng – đó là ý nghĩa của công thức E = mc² – cho đến lúc hai quả bom nguyên tử rơi xuống Hiroshima và Nagasaki, cũng như các nhà máy điện hạt nhân mọc lên như nấm khắp toàn cầu.
Một phát minh quan trọng nữa là động cơ đốt trong, thứ chỉ cần ít hơn một thế hệ để có thể cách mạng hoá việc chuyên chở của con người và biến dầu mỏ thành một dạng quyền lực chính trị mềm. Dầu mỏ đã được biết đến từ hàng ngàn năm qua, được sử dụng để chống thấm mái nhà và bôi trơn trục xe. Tuy nhiên, hơn một thế kỷ trước, không ai nghĩ nó lại hữu ích nhiều hơn thế. Ý tưởng phải đổ máu vì những lợi ích từ dầu mỏ nghe có vẻ lố bịch. Bạn có thể phát động một cuộc chiến để tranh giành đất đai, vàng, hạt tiêu hay nô lệ, nhưng không phải là dầu mỏ.
Và tiến trình phát triển của điện còn đáng kinh ngạc hơn. Hai thế kỷ trước đây, điện không có vai trò nào trong nền kinh tế, nó được sử dụng nhiều nhất cho các thí nghiệm khoa học phức tạp và ảo thuật rẻ tiền. Một loạt phát minh đã biến điện thành vị thần đèn toàn năng. Chúng ta chỉ cần chạm ngón tay, nó sẽ giúp in sách và khâu vá quần áo, giữ cho rau quả tươi ngon và kem của chúng ta đông lạnh, nấu bữa tối cho chúng ta và trừng trị những kẻ phạm tội, ghi lại các ý tưởng của con người và chớp lấy những nụ cười, thắp sáng màn đêm và mua vui cho con người với vô số các chương trình truyền hình. Rất ít người trong chúng ta hiểu điện đã thực hiện tất cả những điều này thế nào, nhưng thậm chí còn ít người hơn thế có thể mường tượng ra một cuộc sống không có điện.
Đại dương năng lượng
Về bản chất, Cách mạng Công nghiệp là một cuộc cách mạng trong việc chuyển đổi năng lượng. Nó đã minh chứng hết lần này đến lần khác rằng tổng số năng lượng mà chúng ta có thể sử dụng là vô biên. Hay chính xác hơn, chỉ có một giới hạn là trí tuệ con người. Cứ vài thập kỷ chúng ta lại khám phá ra một nguồn năng lượng mới, do đó tổng số năng lượng mà chúng ta có thể sử dụng lại không ngừng tăng lên.
Tại sao rất nhiều người sợ rằng chúng ta đang dần mất đi năng lượng? Tại sao họ cảnh báo về thảm họa nếu chúng ta cạn kiệt mọi loại nhiên liệu hoá thạch có sẵn? Rõ ràng thế giới không thiếu năng lượng. Chúng ta chỉ thiếu kiến thức cần thiết để khai thác và biến đổi chúng phục vụ nhu cầu của chúng ta. Số năng lượng được lưu trữ trong tất cả các nhiên liệu hoá thạch trên Trái đất không đáng kể so với số năng lượng mà Mặt trời phân phát miễn phí mỗi ngày. Chỉ có một tỉ lệ nhỏ năng lượng Mặt trời đến với chúng ta, nhưng nó chiếm tới 3.766.800 exajun năng lượng mỗi năm (1 jun là một đơn vị năng lượng trong hệ mét, bằng số năng lượng mà bạn bỏ ra để nâng một quả táo nhỏ lên cao một mét; 1 exajun là một tỉ tỉ jun – tức là rất nhiều táo). Thông qua quá trình quang hợp, toàn bộ các loài thực vật trên thế giới chỉ giữ lại được khoảng 3.000 trong số những exajun năng lượng Mặt trời đó. Tất cả các hoạt động và ngành công nghiệp của con người cùng nhau tiêu thụ khoảng 300 exajun hằng năm, chỉ tương đương với số năng lượng mà Trái đất tiếp nhận từ Mặt trời trong 90 phút. Và đó mới chỉ là năng lượng Mặt trời. Ngoài ra, bao quanh chúng ta là các nguồn năng lượng khổng lồ khác như năng lượng hạt nhân và lực hấp dẫn, năng lượng này biểu hiện rõ nhất trong sức mạnh của những đợt thủy triều trên biển gây ra bởi lực hút của Mặt trăng đối với Trái đất.
Trước Cách mạng Công nghiệp, thị trường năng lượng của con người gần như hoàn toàn phụ thuộc vào các loài thực vật. Con người sống bên cạnh một bồn năng lượng xanh chứa 3.000 exajun mỗi năm, và đã cố gắng để khai thác hết mức nguồn năng lượng đó. Tuy nhiên, có một giới hạn rõ ràng về số năng lượng mà họ có thể khai thác. Trong Cách mạng Công nghiệp, con người nhận ra họ đang thực sự sống cùng với một đại dương năng lượng khổng lồ, một đại dương chứa hàng tỉ tỉ exajun thế năng. Tất cả những gì chúng ta cần làm là phát minh ra những cái máy bơm tốt hơn.
Học cách để khai thác và chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả sẽ giải quyết vấn đề vốn đang làm chậm quá trình tăng trưởng kinh tế – sự khan hiếm của nguyên vật liệu. Khi con người tìm ra cách để khai thác một nguồn năng lượng lớn giá rẻ, họ có thể bắt đầu khai thác những kho dự trữ nguyên liệu thô mà trước đây không thể tiếp cận được (ví dụ, khai thác mỏ sắt ở vùng đất hoang Siberia), hoặc vận chuyển nguyên vật liệu đến các địa điểm xa xôi hơn (ví dụ, cung cấp len của Úc cho một nhà máy dệt ở Anh). Đồng thời, những đột phá khoa học cho phép loài người phát minh ra những nguyên vật liệu hoàn toàn mới, chẳng hạn như nhựa, và khám phá ra các vật liệu tự nhiên chưa từng biết tới trước đây, chẳng hạn như Silicon, bán dẫn, nhôm.
Chỉ đến năm 1820, các nhà hoá học mới tìm ra nhôm, nhưng việc phân tách kim loại này từ quặng thô là cực kỳ khó khăn và tốn kém. Trong nhiều thập kỷ, nhôm giá trị hơn nhiều so với vàng. Những năm 1860, Hoàng đế Napoleon III của Pháp cho đặt làm những bộ dao dĩa bằng nhôm cho các vị khách quý nhất của ông. Khách ít quan trọng phải dùng dao dĩa bằng vàng. Nhưng đến cuối thế kỷ 19, các nhà hoá học đã phát hiện ra cách trích xuất một lượng lớn nhôm giá rẻ, sản lượng nhôm toàn cầu hiện nay giữ ở mức 30 triệu tấn mỗi năm. Napoleon III sẽ ngạc nhiên khi biết rằng con cháu mình sử dụng giấy nhôm dùng một lần giá rẻ để bọc bánh mì và đựng thức ăn thừa.
2.000 năm trước đây, khi bị khô da, người dân ở lưu vực Địa Trung Hải đã bôi dầu ô-liu lên tay. Ngày nay, họ đã có kem dưỡng da tay. Dưới đây là danh sách thành phần của một loại kem dưỡng da tay hiện đại đơn giản mà tôi đã mua tại một cửa hàng địa phương:
