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我读中学时，住家离台糖小火车铁道很近，每天看到同学从各乡镇搭火车上学，40年后仍历历在目。我对台糖铁路还有一个深刻的记忆。这种火车的主要功能，是把台糖在各地区契约耕作的甘蔗，采集后运到糖厂加工成各种正产品（各式各样的糖）和副产品（例如健素糖、蔗板）。这种白色制糖用的甘蔗，和街上或市场看到的黑色甘蔗（口嚼或榨汁）不同：黑蔗的甜度低、皮薄、肉脆，白蔗相反。 20世纪60年代国际糖价高，那时台湾经济尚未成长，铁路沿途有不少人偷白蔗。我在小学高年级时，跟同学去看青少年的英勇作为。蔗农把15~20根甘蔗，用蔗叶绑成一大捆，放在运货物的平台式车厢上。如果最下层是南北方向置放，上一层就东西方向置放，再上一层又换成南北向，让甘蔗之间的摩擦力互相牵制，只要火车速度不太快，就不会在运送途中掉落。 蔗农绑甘蔗时，因为甘蔗的长短不一，有几根会较突出。较有力气的青少年，不难从慢速行驶的火车抽下甘蔗。一次没抽出来也没关系，他们约间隔15~20米站列，前面没抽下的，下一位继续，经过3~5人一定抽下来。第二种方法更狠：有些空军眷村子弟，家里有降落伞用的尼龙绳（这是买不到的高档货），他们在绳头绑上铁钩，抛向最上层的甘蔗，整捆拖下来，或吃或送或卖。 台糖受不了这种损失，就在车厢之间不规则地穿插空车，上面坐人，手里拿着催泪枪，朝这些偷甘蔗的青少年发射。我没有上场的资格，但和其他人被催泪枪射过，还记得泪涕纵横的滋味。 我那时知道台糖火车的车厢比台铁的小，铁轨也较窄。听人说台糖火车叫做 五分车 ，不明白是什么意思。1970年到台北读大学，那时以坐平快车为主，知道台湾的纵贯铁路是日本占领时期修造的，听人家说这叫做 七分车 ，也不明白是什么意思。后来看电影《东方快车谋杀案》，看到洋人的火车竟然有包厢，厢外有通道，觉得洋火车比台湾的火车宽敞。1979年到巴黎第一次坐有包厢的火车，感觉台湾的火车还真窄。1992~1993年在美国，更确定台湾的轨宽有点奇怪。 很惭愧，我一直没去弄清楚五分车、七分车、欧洲车、美国铁轨的宽度有什么差别，为什么会采用这么不同的规格。这件事拖到2001年初，我读到Douglas Puffert（2000）的论文后，才把整个事情弄清楚。1995年夏，我在慕尼黑大学三个月，在经济史研讨会上认识Puffert，是个温文儒雅的年轻学者，他在斯坦福大学的博士论文（1991），就是以北美铁轨的宽度为主题，在主要的经济史期刊上发表好几篇论文。 我从 维基百科 （Wikipedia）查 轨距 ，得到许多具体的数字，摘述如下。维基百科说，1937年制定的国际标准轨距（143.5厘米＝4英尺8英寸半）是英国提出的，这个说法不够正确，稍后详说。现在欧洲大部分国家和地区都使用标准轨距，但也有例外：爱尔兰与北爱尔兰（160厘米）、西班牙（167.4厘米，正在改为标准轨距）、葡萄牙（166.5厘米）。阿根廷与智利的轨距是167.6厘米；俄罗斯及邻近国家，以及蒙古、芬兰都是152厘米。 日本的轨距是106.7厘米（3英尺6英寸），台湾地区在日本占领时期修筑的轨距也是106.7厘米，这是国际标准轨（143.5厘米）的74%，称为 七分车 。台湾的糖业铁路和阿里山的森林铁路，是76.2厘米的窄轨，是143.5厘米的53%，简称 五分车 。日本在20世纪60年代修建新干线（高速铁路）时，采用143.5厘米的国际宽轨，提高行驶的稳定性。台湾地区高铁、台北和高雄的捷运，都采用143.5厘米的标准轨。清朝末年中国的铁道，由英国和比利时承建，采用143.5厘米标准轨。 我在想：现在以电力带动的火车头，牵引力比20世 纪初期的蒸汽机火车头大许多，为何不把轨距扩大为200厘米，不是更宽敞又可载更多货物吗？维基百科说：以现代的角度来看，（1）宽轨不一定可以载更重更多；（2）宽轨车不一定较快；（3）建造标准轨与建造窄轨的成本相差不大；（4）窄轨也可以达到和标准轨一样的负载量。我觉得奇怪，不明白为什么会这样。有兴趣的读者，请在维基百科查 轨距 ，内有丰富的资料，文末的 外部连结 （科普铁路馆），提供丰富的相关信息。 其实1937年制定的国际标准143.5厘米轨距，是沿用美国1835年就存在的规格。Puffert（2000）的论文重点，是要分析为什么143.5厘米的轨距，会在诸多规格的激烈竞争下脱颖而出。这篇文章的主题，可说是美国轨距的发展与竞争史。 1835~1890年间，北美（美国与加拿大）至少有9种轨道：3英尺（91.4厘米）、3英尺6英寸（106.7厘米）、4英尺8英寸半（143.5厘米）、4英尺9英寸（144.8厘米）、4英尺10英寸（147.3厘米）、5英尺（152.4厘米）、5英尺4英寸（162.6厘米）、5英尺6英寸（167.6厘米）、6英尺（182.9厘米）。 为什么会这么复杂？因为：（1）各地区修筑铁路时，铁路工程师的技术来源与传承不一，有些采英国体系，有些则不是。（2）故意不兼容，阻挡其他地区的农工业产品进入。（3）各地区的地形地势不一，对轨道的需求自然不同。 为什么后来会统一使用145.3厘米，1937年之后成为国际标准轨距呢？这就是本文的要点：说不出合乎逻辑的道理，这是政治与经济交互角力后，一步步发展的结局，这正是典型的path dependence问题（依发展途径而异，受到随机性的因素干扰）。市场机能、竞争、效率、最优化这类的观念，在这个议题上无法发挥功能，因而称为 市场失灵 。 美国最早的铁道，是承袭英国的4英尺8英寸（142.2厘米）规格，这是18世纪末，在英国矿区发展的原初型铁路，在Newcastle地区最通行。有位叫George Stephenson的工程师，在Stockton和Darlington之间建造一条运煤铁道。1826~1830年间，他被任命在利物浦和曼彻斯特（Liverpool and Manchester，L&M;）之间建造铁路，特点是用蒸汽机来推动火车头。这是第一条靠蒸汽机推动的铁路，也是第一条完全依靠载运乘客与货运的铁路，更是第一条与矿冶完全无关的铁路，在铁道史上有显著的开创地位。 不知为什么原因，Stephenson把铁轨加宽了半英寸（1.3厘米），成为4英尺8英寸半（143.5厘米），这就是日后国际标准轨的规格。1826年，Stephenson在竞争L&M;铁路时，他的对手刻意提出5英尺6英寸（167.6厘米）的宽轨（加大24.1厘米），但没被采用。 George Stephenson的儿子Robert，后来在国会的委员会上说：143.5厘米轨距也不是他父亲订的，而是从家乡地区的系统 承袭 （adopted）来的。Samuel Smiles是Stephenson的朋友与早期传记的作者，他说143.5厘米的轨宽， 没有任何科学理论上的依据，纯粹是因为已经有人在用了。 （Puffert，2000：939注11） 美国早期的铁路建造者，参观L&M;与其他地区的铁道，认为L&M;的规格较适合，就把整套工程技术搬回美国。另有一批工程师，1829年参观英国铁路，回国后在巴尔的摩（Baltimore）与俄亥俄（Ohio）之间筑了另一条铁路（B&O;），把原本的4英尺6英寸轨宽改为4英尺8英寸半，目的是要和L&M;系统的火车 接轨 。 但有 几批工程师却另有盘算，有些采用3英尺5英寸，有些认为5英尺较易使用（整数较简洁），有些人用4英尺9英寸（何必用8英寸 半 这么奇怪的规格呢？），有人坚持4英尺10英寸也不错。简而言之，在最复杂的时候，美国铁路有过9种轨距并存。 现在回过头来，看铁路的发源国（英国）。他们在建筑Great Western Railways （GWR）时，把轨距扩大为7英尺（没错！213.4厘米），几条较短的路线，用5英尺或5英尺6英寸。有些美国工程师，看到铁路老大改为宽轨，为了迎头超越，就把纽约与伊利（Erie）之间的铁路，建为6英尺宽（182.9厘米），希望能达到三个目的：最高速、最舒适、最低成本。 但事与愿违，有些人认为5英尺6英寸就够了。几经实验，19世纪中叶的美国铁路工程师，在考虑火车头的牵引力之后，觉得还是以5英尺至5英尺6英寸之间较合适。加拿大的铁路学者也有同感，而这正是英国当时采用的轨宽。 1860年之后，又有人感觉宽轨太耗动能，使蒸汽机的负担过重，认为还是老规格（4英尺8英寸半）较合适。在地势变化较大的地区，其实3英尺6英寸更合用，因为较容易转弯。在多山的地区，若用3英尺宽的铁轨，就不必挖太宽的隧道，可以省下不少成本：3英尺的铁路成本，比4英尺8英寸半的建造费用便宜三分之一（枕木、石块、人工、管理都较省）。 建造铁路时，美国政府只负责土地与公共事务，对具体的投资、兴建、技术规范都不插手。如果你是第一位在某个区域的铁道投资者，只要考虑自己喜欢哪种轨宽；第二位投资者，或许也可以自由选择轨宽；但第三位投资者，就必须考虑接轨问题，没有多大选择空间。在这种机制下，美国的铁道系统就出现一项特质：地区性的轨宽整合度很高，但全国性的相似度很低。 简而言之，美国的轨宽是由民间工程师决定，而这又受到他们之前的经验影响：或是向英国某个地区学来的，或是依所购买的火车头带动力来决定轨宽。为什么4英尺8英寸半最后会成为主流？因为采用者最多，滚雪球效应最大。换个角度来问：政府为何不协调呢？南北战争之前，有谁能预期日后会建造出全国性的铁路网呢？ 那时投资铁路的人，只想载运货物和非乘客的人员，从河运抢些生意做，占住某个地区的地盘。他们甚至不想和其他区域的铁路接轨，基本的心态是互不侵扰地盘。加拿大也不希望美国的火车驶入，铁道的规格因而形成割据。现在美加两国的铁路、电话号码、电压、影印纸规格都已统一化，这是很后来的事了。 其实加拿大的国会，很早就知道轨宽标准化的重要性：1851年主张采用5英尺6英寸（167.6厘米），他们的GWR在1854年营运时，就是依这个规格。美国国会把横跨大陆的轨宽选择权，授给林肯总统，他决定用采用5英尺宽（152.4厘米）。但是中西部的铁道业者不愿接受，就和东部的同行结盟，游说国会采用最老式的英国轨宽（4英尺8英寸半，143.5厘米）。 某些较贫困的地区，资本不够，希望采用窄轨，就在1872年另组一个 国家窄轨联盟 （National Narrow-Gauge Railway Convention） 之后全国各地的窄轨，95%采用3英尺（91.4厘米）的规格。在这种 地区性整合度高、全国性整合度低 的结构下，美国的铁道系统，怎么可能在20年内（1866~1886），就完成规格统一呢？4英尺8英寸半的规格获胜，是因为它有特殊的优越性吗？ 其实在19世纪60年代时，谁也不知道4英尺8英寸半会成为日后的国际标准，当时存在9种规格，工程师并无明显的偏好。为何会有统一化的认知呢？主要是各地区的经济发展后，运输量大幅增加，东西两岸的产品与人员相互运送，无法通过较受地域性 限制的水运。当时东西横向的铁路，大都采用4英尺8英寸半，产生大者越大的雪球效应，市场占有率愈来愈高。各地区的铁路公司，在利益的考虑下愈来愈合作：发展跨区的铁道系统，共同管理相互协助，这是推动铁道标准化的重要因素。 大家会问：把原来不是4英尺8英寸半的轨宽，不论是拉宽或缩窄，转换的成本不是很高昂吗？是的，费用看起来是不小，但相对于铁道的总价值，百分比并不高。主要的花费是整修路基，尤其是在扩宽轨道时。如果只是把轨道稍微拉宽或缩小，这属于 移轨 的问题，成本并不高。较贵的部分，是更换为4英尺8英寸半的车厢和火车头（机头）。 1871年时，把Ohio和Mississippi铁路，从6英尺缩为4英尺8英寸半的平均成本，是每英里1 066美元，再加上价值5 060美元的新车头。到了1885~1886年间，这些成本更低了：变动南方轨道与设备的成本，每英里约只需150美元。把窄轨拉宽的成本，每英里约7 500美元。 对那些和4英尺8英寸半较接近的轨道（例如4英尺10英寸），就建造可以调整轮子宽度的车体，来相互通车。一旦整合的意愿明确化，确知每英里的变动成本占铁道总价值的百分比不高后，20年内很快地就整合完成了。4英尺8英寸半成为美加两国的标准规格，1937年成为国际标准，沿用到今日。 美国轨宽的故事告诉我们：（1）市场的需求，是规格统一化的重要推手。（2） 19世纪80年代统一的4英尺8英寸半，以今日的车头牵动能力而言，并不是最具能源效率的规格；但这已是国际标准，改动不了了。（3） 4英尺8英寸半能一统天下，并不在于规格上的优越性，而是历史的偶然造成。（4）并不是最有效率、最具优势的东西，就能存活得最好。（5）这种path dependence（历史的偶然）的现象，在度量衡上最常见。听说1英尺的定义，就是某位国王鼻尖和手指之间的距离。 对美国标准轨距问题有兴趣的读者，请进一步参阅Puffert （2003） Path dependence （http：//eh.net/encyclopedia/） 16页的长文，与两大页的参考书目。 参考文献 Puffert，Douglas（2000）， The standardization of track gauge on North American railways，1830~1890 ，Journal of Economic History，60（4）：933-60. Puffert，Douglas（2003）， Path dependence ，http：//eh.net/encyclopedia/.