1856年12月，芝加哥一個名叫埃利斯的工程師遠渡重洋，造訪了巴黎、倫敦、漢堡、阿姆斯特丹及其他六個城市。他不是來學習盧浮宮或大本鐘的建筑風格，反而想學歐洲這些巨大城市中看不見的成就——下水道。這趟看似不起眼的旅程最終引發了一場規模浩大的清潔革命，讓全球數十億人喝上了清潔的飲用水，甚至成為芯片工業的皇冠——處理器中的重要組成部分。

清潔革命1：芝加哥宏偉的下水道工程

19世紀中葉，芝加哥這座城市迫切需要排污技術。芝加哥作為糧食和商品運輸的交通樞紐，在幾十年的時間內從小村莊發展成大都市，很多基礎設施都不夠完善。而且，芝加哥有兩個個明顯不利的地方：第一，芝加哥地勢異常平坦，不利于排水。在19世紀，城市的下水道系統主要靠污水自身重力來導流。第二，芝加哥地勢透水能力極差，一到下雨天，由于很難將雨水排入地底，城市地面到處是淤泥和污水。

到了19世紀50年代，芝加哥開始高速發展，城市規模劇增至原來的三倍。高速的發展帶來了許多問題，其中最突出的問題與糞便息息相關。城市里新增的10萬居民會排泄大量的糞便，如何處理好這些排泄物是關系到城市發展的大問題。當然，在19世紀，芝加哥不僅要處理人類排泄物，還得處理動物糞便。當時，芝加哥的主要交通工具是馬車，據統計，19世紀中期的芝加哥約有30萬匹馬，而每匹馬每天會產生15-35磅馬糞，一年下來就是10萬噸馬糞。這些馬糞就是最早的城市污染，其嚴重程度遠遠超過今天北京的霧霾。馬糞不僅散發臭味，觀感令人作惡，他們還是蒼蠅、寄生蟲和傳染病的溫床。糞便攜帶的病菌污染了水源，導致痢疾和霍亂這類流行病時常發生，大量居民因為糞便污染喪生。

19中期芝加哥主要的交通工具——馬車

盡管在當時，細菌學說并未得到發展，人們還不知道糞便中含有致病菌，芝加哥政府已經開始意識到清潔城市才能讓居民獲得健康。1855年2月14日，為了解決日益嚴重的糞便污染問題，芝加哥成立了下水道管理委員會，并聘請埃利斯擔任總工程師。19世紀在芝加哥修建下水道系統是個十分艱巨的任務。剛開始，下水道委員會提供了一種方案：在芝加哥地底挖掘隧道，在地下深處修建下水道，從而形成人造降坡，利用重力將污水導流排除。但該方案很快被否決了，因為造價十分昂貴，而且挖掘技術水平也達不到工程需要的水準。埃利斯有過鐵路和運河建設方面的經驗，他創造性地想出了一個替代方案：用千斤頂將城市抬起來，然后開始建設下水道。他發起了19世界規模最宏大的工程之一——芝加哥下水道建設工程。芝加哥的一座座建筑被大批建筑工人用難以計數的千斤頂抬起來，不管是旅館還是住宅，無一例外。工人們開始給每棟建筑物建造新的地基，并在建筑物底部安裝下水管，下水管鏈接芝加哥河附近的垃圾堆填區。就這樣，整個芝加哥市被平均抬高了接近10英尺，這是一個偉大的工程，足以媲美地面上那些高聳巨大的摩天大樓。下水道工程結束后，芝加哥成為全美第一個擁有現代化下水道系統的城市，不到30年，其他城市也陸續跟進。下水道系統工程的建設經驗，催生了一個規模宏大的地底支撐系統：地鐵、地下人行道、電話線和光纖在下水道工程完工后不久誕生，為地面上五彩斑斕的現代城市提供交通運輸和信號傳輸支持。可以這么說，沒有下水道清潔系統，就沒有今天的超級都市。

最容易讓人忽視卻又讓人無比震驚的是：下水道系統解決了幾千年困擾人類的問題——隨時隨地安全地喝上一口潔凈的飲用水。自然界中，動物為了優質水源會進行你死我活的爭斗，人類也不例外。歷史上，人們想出了各種各樣的辦法來獲得潔凈的飲用水，比如，將水煮沸或釀成啤酒后飲用。僅在150年前的歐洲，喝掉未經煮沸或釀造的水簡直是一種玩命行為，因為供水系統污染嚴重，往往引起疾病。19世紀70年代初，芝加哥的供水系統變得惡劣不堪，因為水源地密歇根湖已經被城市的排泄物污染，甚至連水池或浴缸中都能發現死魚。規劃良好的下水管道和供水管道并不能解決最根本的問題，要想保持城市的潔凈和居民的健康，我們還需要知道微生物世界在發生什么。

清潔革命2：漂白粉和潔凈飲用水

對于19世紀的大多數歐洲人來說，淋浴這個概念十分陌生。自中世界開始，歐洲普遍的健康觀念認為，將身體浸入水中是一件特別不健康甚至很危險的事，用污垢和油脂堵住毛孔，才能讓你遠離疾病。太陽王路易十四一生洗澡不超過7次，只能靠香水掩蓋身上的體味，這是香水最初的用途。伊麗莎白一世每月洗一次澡，已經十分罕見，甚至被同時代的人認為有潔癖。但從19世紀早期開始，人們對淋浴的態度逐漸開始轉變，在美國和英國尤為明顯。一些小眾的自助圖書和小冊子開始出現，詳細地指導人們如何洗澡。1869年出版的《美國女人居家指南》中開始提倡每日淋浴。在19世紀最后一個10年，清潔開始成為一種新潮的美國生活方式。

洗澡逐漸開始流行起來，與科技的發展和公共基礎設施的進步是分不開的，人們開始在自家浴缸里享受沐浴的樂趣。這意味著跟幾十年前相比，水變得更潔凈了。最重要的是，科學家已經了解了有關潔凈的細菌理論，并獲得了社會的廣泛認同。首先是醫生約翰?斯諾在流行病學研究方面的進展，他通過調查證實：霍亂并不是由毒氣引起的，罪魁禍首是被污染的水。受制于當時的顯微鏡技術，斯諾并未發現直接引起霍亂的細菌，但他間接證明了這些生物體的存在。19世紀70年代初，玻璃的一項創新對公共健康領域做出了深遠的影響，德國鏡片制造商蔡氏光學開始生產新的顯微鏡。新的顯微鏡幫助科學家羅伯特?科赫和路易?巴斯德發展并傳播了引起疾病的微生物理論。值得一提的是，科赫因其在識別霍亂細菌方面的貢獻獲得1905年諾貝爾生理學和醫學獎，他不僅看到了細菌，而且研發了能夠測量一定體積水中細菌密度的方法。巴斯德則引領人類進入了細菌學時代，其發明的巴氏消毒法現在仍然沿用至今。

顯微鏡和細菌測量法很快在抗擊微生物的戰斗中開辟了一條新戰線。在這條戰線上，新澤西醫生約翰?李爾是先行者。美國內戰期間，李爾的父親因為喝了感染細菌的水而身亡，父親的去世讓李爾立志為公共健康事業獻身，成為了一名醫生。李爾實驗了各種殺菌技術，在1898年，他發現“漂白粉”次氯酸鈣具有良好的殺菌效果而且低毒。但在當時，將化學物質摻入飲用水中消毒的方法受到了大多數人的反對。漂白粉刺激的氣味讓人覺得難受，更別說喝下有微量漂白粉的水了。不過，李爾并未放棄，他堅信自己的實驗結論：只要劑量適當，漂白粉能清除水中的危險細菌，而且不會對飲水人造成危害。終于，機會來了，李爾在新澤西供水公司找到了一份工作，監管河流集水區70億加侖的飲用水。這份工作為公共健康歷史上最大膽的干預做好了準備。

1908年，新澤西供水公司被指控未能提供“潔凈而衛生”的水，法庭責令他們建造昂貴的下水管道，將病菌和飲用水隔離開。李爾知道，下水管道并不管用，他決定在水庫中加入氯來殺菌。在未經政府許可的條件下，李爾秘密在水庫周圍安裝了一個“漂白粉供應設備”。這是歷史上對城市供水的首次大規模氯化，考慮到人們對漂白粉的恐懼，李爾的行為確實是膽大包天，他甚至被部分居民當成恐怖主義者。在李爾進行實驗后三個月，他受到了法庭的傳喚。李爾在法庭上據理力爭，始終為這項偉大的公共衛生創新而辯護。終于，案子塵埃落定，李爾勝訴，飲用水氯化技術開始獲得了政府和廣大民眾的認可和接受。由于，李爾并未申請氯化技術的專利，飲用水氯化法很快在全世界推廣開來。據統計，在1900年至1930年間，經過氯化法處理的潔凈飲用水讓美國城市人口總死亡率下降了43%，其中嬰兒的死亡率下降了74%，挽救了不計其數的生命。

氯化法不僅能挽救生命，同時還能帶來樂趣。第一次世界大戰后，由于氯化法的逐漸推廣，美國有一萬個加氯消毒的公共泳池開張營業，人們再也不用擔心將身體暴露在水中會危及生命了。20世紀20年代至40年代之間，女式泳裝開始變得越來越短，大腿、雙肩、腹部和后背都可以公開展示了，毫無疑問，加氯消毒的游泳池加速了女裝的時尚化進程。當李爾將漂白粉倒入新澤西水庫時，他絕不會想到游泳池中女性暴露的大腿。但是，這就像蜂鳥的翅膀一樣，次氯酸鈣將數以億計的危險細菌殺死，陰差陽錯地讓泳裝變得越來越小，改變了人們對女性著裝的態度，甚至啟蒙了早期的女權主義。

20世紀20年代左右的女式泳裝

整個19世紀，清潔技術發展十分迅速，各式各樣的清潔產品開始出現。在李爾實驗后的幾年，加州一家商店的老板娘安妮突然想到，既然漂白粉能在工廠使用外，那能不能在家里使用呢？安妮的創意促進了美國家用商業漂白粉行業的誕生，她創建了第一個快消品牌——高樂氏（Clorox）。同時出現了其他各種家用衛生暢銷產品，比如：肥皂、漱口水和止汗劑，世界上最大的快消公司寶潔也在不久后成立。清潔用品公司開始在報紙、廣播和電視中投放大量廣告，尤其是在電視劇播放的間隙，人們把這些電視劇統稱為“肥皂劇”。這是當代文化更為奇特的蜂鳥效應，細菌理論引發的氯革命不僅大幅降低了水污染導致的嬰兒死亡率，而且還引領了現代廣告業的潮流。

時至今天，清潔產業的估值將近800億美元。走進超市，你會發現有上千種清潔產品，有清潔餐具，馬桶，衣服的衛生用品，也有清潔牙齒，頭發的洗漱用品，儼然是一個巨大的細菌戰爭軍火庫。但過度的清潔也有其副作用，因為幼年時接觸的細菌太少，很多人有哮喘和過敏的癥狀。兩個世紀以來，隨著細菌理論的逐步完善和清潔產品的日益增多，人類贏得了對細菌的戰爭，讓細菌致死率逐漸降低，也促進了人口大爆發和超級都市的形成。在1800年之前，沒有一個城市的人口能超過200萬，人們擁擠在城市中，深受流行病之苦。在工程師埃利斯開始建設芝加哥復雜的下水道系統之后的150年，人類已經掌握了清潔技術，解決了飲用水和垃圾處理兩大問題后，超級都市開始出現，紐約和北京的城市人口都超過了2000萬。人類的預期壽命更長，傳染病的發病率也急劇降低。然而，今天全世界仍然有超過30億人口生活在貧困地區，缺乏潔凈的飲用水和衛生系統。因此，我們現在面臨的問題是該如何把清潔革命帶給這30億人。其實，并不需要在貧困地區照搬芝加哥的經驗，建設大規模的下水道系統，那樣太費時費力，而且與當地的地理環境和社會現實不符。創新者們意識到，歷史無需重演，我們擁有彎道超車的可能性。眾所周知，一些非洲發展中國家通過直接鋪設無線網絡來建設全國性通信系統，繞過了費時費力的有線電話線路鋪設工程，搶得發展的先機。同樣，我們也可以借鑒這些經驗在貧困地區利用新的科技推進清潔革命，改善當地居民的生活。

清潔革命3：比爾蓋茨的“廁所重生計劃”和芯片工業的超純水

2011年，比爾和梅琳達蓋茨基金會發起了“廁所重生計劃”，旨在征集每個使用者每天花費不超過5美分的廁所設計方案。獲勝作品是加州理工學院設計的廁所系統，它由太陽能電池和電化學反應器組成，反應器將人類排泄物電解，產生沖水所需的潔凈水和能作為燃料的氫氣。這一系統完全自給自足，不需要電網、潔凈水和下水道系統，還能產生可作為燃料的氫氣。目前，比爾和梅琳達蓋茨基金會已在非洲貧困地區大力推廣這些高科技廁所，這些廁所讓我們避免花費高昂代價修建大型下水道系統，清潔革命在非洲大地上真正開始了彎道超車。

比爾蓋茨的“廁所重生計劃”

加州理工學院研發的廁所需要計算機芯片來監控和調節系統，從某種程度上來說，計算機芯片中的微處理器本身就是清潔革命導致的副產品。計算機芯片極其精妙復雜，其中原件的尺度達到了微米級，即百萬分之一米。電流攜帶著代表二進制代碼0和1的信號穿過微處理器中的晶體管，晶體管微小到只有0.1微米，是人類頭發寬度的的千分之一。一粒灰塵落在微處理器里，就好像是小行星撞擊地球，會引發災難性的后果，因此，芯片必須出奇地潔凈。美國德州儀器公司的芯片工廠無塵室是地球上最簡潔的地方之一，進入這個地方之前，你得從頭到腳全部用無菌材料武裝起來，因為你的頭發、身上的灰塵和攜帶的細菌都會對芯片造成損壞。當然，生產芯片的過程中也要用到水，但與我們日常生活中的飲用水不同的是，這種水中的任何細菌、礦物質和其他元素都被過濾掉了，成為了芯片中理想的溶劑，科學家稱這種水為“超純水”。超純水不適合飲用，由于滲透壓太小，它會吸收你身體中的礦物質，對身體造成損害。

19世紀，埃利斯主導的芝加哥規模宏大的下水道工程和醫生李爾勇敢發起的氯革命，幫助我們處理了城市排泄物污染問題，凈化了飲用水。而在150年后的今天，我們制造了過于潔凈，不適合飲用的超純水，這真是一種奇妙的循環。下水道和無塵室是清潔史上的兩個極端，它們讓我們遠離傳染病，并推動了芯片工業和數字革命的進步。當我們看到超級大都市熙熙攘攘的人群和手中功能越來越強大的手機時，我們并不會想到它們，但它們是真正的無名英雄，靜靜地躺在那里，支撐著我們的科技進步和美好生活。