Инноваторы. Как несколько гениев, хакеров и гиков совершили цифровую революцию

Как изобретатели транзистора в историю войдут трое увлеченных коллег-энтузиастов, одновременно и дополнявших друг друга, и конфликтовавших между собой. Это умелый экспериментатор Уолтер Браттейн, квантовый теоретик Джон Бардин и самый горячий и вспыльчивый из них, печально окончивший свою деятельность специалист в области физики твердого тела Уильям Шокли.

Но был еще один участник этой драмы, на самом деле столь же важный, как и остальные действующие лица, — исследовательский центр Bell Labs, где все трое работали. Появление транзистора было не просто прорывом одаренных богатым воображением гениев, а скорее стало возможно в результате комбинации разноплановых талантов. Появиться транзистор мог только благодаря усилиям команды, в которую входили теоретики, чувствующие квантовые явления на интуитивном уровне, искусные материаловеды, способные ввести примеси в объем кремния, умелые экспериментаторы, специалисты в области промышленной химии и производства, а также изобретательные, умелые исполнители.

Bell Labs

В 1907 году компания AT&T (Американская телефонная и телеграфная компания) переживала кризис. Срок действия патентов основателя компании Александра Белла истек. Руководству компании казалось, что они могут потерять свое почти монопольное положение на рынке телефонных услуг. Тогда совет директоров призвал обратно Теодора Ньютона Вейла, вышедшего в отставку президента компании, который решил вдохнуть в нее жизнь, поставив перед ней амбициозную задачу: построить систему, которая могла бы обеспечить телефонную связь между Нью-Йорком и Сан-Франциско. Чтобы решить эту сложнейшую задачу, требовалось одновременно и мастерство инженеров, и усилия ученых. Используя электронные лампы и другие новейшие технологии, в AT&T изготовили ретрансляторы и усилители, позволившие справиться с задачей к январю 1915 года. В первом в истории трансконтинентальном разговоре, кроме Вейла и президента Вудро Вильсона, принимал участие и сам Белл, повторивший слова, произнесенные тридцать девять лет назад: «Мистер Уотсон, давайте сюда, я хочу вас видеть». В этот раз Томас Уотсон, в прошлом ассистент Белла, ответил: «На это мне потребуется неделя» ^[254] .

254

Jon Gertner, The Idea Factory: Bell Labs and the Great Age of American Innovation (2012) (страницы указаны по изданию для Kindle). В дополнение к приведенным ниже цитатам при написании этого раздела использовались следующие источники: Joel Shurkin, Broken Genius: The Rise and Fall of William Shockley (2006), (страницы указаны по изданию для Kindle); Lillian Hoddeson and Vicki Daitch, True Genius: The Life and Science of John Bardeen (2002); Michael Riordan and Lillian Hoddeson, Crystal Fire: The Invention of the Transistor and the Birth of the Information Age (1998); William Shockley, The Invention of the Transistor — An Example of Creative-Failure Methodology, National Bureau of Standards Special Publication, май 1974 г., 47–89; William Shockley, The Path to the Conception of the Junction Transistor, IEEE Transactions of Electron Device, июль 1976 г.; David Pines, John Bardeen, Proceedings of the American Philosophical Society, сентябрь 2009 г.; воспоминания семи коллег Бардина в специальном выпуске Physics Today, John Bardeen, апрель 1992 г.; John Bardeen, Semiconductor Research Leading to the Point Contact Transistor, нобелевская лекция, 11 декабря 1956 г.; John Bardeen, Walter Houser Brattain: A Biographical Memoir, National Academy of Sciences, 1994 г.; Transistorized! PBS, расшифровки передач и интервью, 1999 г., http://www.pbs.org/transistor/mdex.html; Уильям Шокли, устные рассказы, Американский институт физики (AIP), 10 сентября 1974 г.; Рассказ о полупроводнике Шокли, Музей истории компьютеров в Маунтин-Вью, 27 февраля 2006 г.; Джон Бардин, устный рассказ, AIP, 12 мая 1977 г.; Уолтер Браттейн, устный рассказ, AIP, январь 1964 г.

Это было тем зерном, из которого затем выросло новое промышленное предприятие, ставшее известным как Bell Labs. Изначально оно располагалось в западной части Манхэттена, в Гринич-Виллидж, в здании с видом на реку Гудзон. Здесь вместе работали теоретики, материаловеды, металлурги, инженеры и даже монтажники-верхолазы из AT&T. Именно здесь Джордж Стибиц построил компьютер, используя электромагнитные реле, а Клод Шеннон работал над теорией информации. Как Xerox PARC и другие исследовательские центры, созданные позднее при больших корпорациях, Bell Labs продемонстрировала, сколь успешным может быть инновационный процесс, когда людей разнообразных дарований собирают в одном месте, так что у них появляется возможность часто проводить совместные семинары и устанавливать неожиданные, но столь полезные связи. Это преимущество подобных организаций. А оборотная сторона медали — огромный бюрократический аппарат, полностью контролируемый корпорацией. Bell Labs, как и Xerox PARC, продемонстрировала ограниченные возможности промышленных организаций, где нет лидера, способного повести за собой, и нет непокорных бунтовщиков, способных воплотить новую идею в совершенное изделие.

В Bell Labs отделом радиоламп руководил энергичный выходец из штата Миссури Мервин Келли. Он учился в Миссурийском институте горного дела и металлургии, затем защитил диссертацию у Роберта Милликена в Чикагском университете. Келли мог сделать радиолампы более надежными, внедрив систему водяного охлаждения, но он понимал, что их никогда нельзя будет эффективно использовать в электронных усилителях и переключателях. В 1936 году он получил повышение и стал руководителем научных работ в Bell Labs. Его главным делом стало найти замену электронным лампам.

Интуиция подсказывала Келли, что Bell Labs, где было много инженеров-практиков, следует обратить внимание на фундаментальную науку и теоретические исследования, что до тех пор было делом только университетов. Он начал поиск самых блестящих молодых физиков страны. Своей задачей Келли считал превращение инноваций в нечто такое, что промышленная организация может делать на постоянной основе, не передавая такую возможность эксцентричным гениям, забившимся в гаражи и на чердаки.

«В Labs стали задумываться: ключом к изобретению является гений-одиночка или команда», — пишет Джон Гертнер в своей книге «Фабрика идеи» об истории Bell Labs ^[255] . Ответ был таким — все вместе. «Требуется большое число талантливых людей из разных областей науки, которые только объединившись, могут выполнить все исследования, необходимые для появления одного нового устройства», — объяснял позднее Шокли ^[256] . Он был прав. Однако это было лишь проявлением напускной скромности. Больше, чем кто-либо другой, Шокли был убежден, что роль гения, такого как он сам, очень важна. Даже Келли, отстаивавший сотрудничество, понимал, что гений-одиночка тоже нужен. «При всей необходимости лидерства, организации и командной работы человек остается главным, первостепенно важным. Оригинальные идеи и концепции рождаются именно в уме отдельного человека», — сказал он однажды ^[257] .

255

Gertner, The Idea Factory, 2255.

256

Shurkin, Broken Genius, 2547.

257

John Pierce, Mervin Joe Kelly: 1894–1971 (1975),publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/kelly-mervin.pdf; Gert-ner, The Idea Factory, 2267.

Ключом к новым идеям, как в Bell Labs, так и вообще в эпоху цифровых технологий, стало осознание того, что забота о гении-одиночке не противоречит поддержке совместной работы команды. Не надо выбирать что-то одно. В эпоху цифровых технологий эти два подхода идут рука об руку. Гении-созидатели (Джон Мокли, Уильям Шокли, Стив Джобс) были генераторами новых идей. Инженеры-практики (Джон Эккерт, Уолтер Браттейн, Стив Возняк) тесно сотрудничали с ними, превращая их идеи в хитроумные изобретения. И вся команда специалистов и предпринимателей работала совместно, чтобы превратить новинку в продающееся изделие. Когда часть этой системы отсутствует, как у Джона Атанасова в Государственном колледже штата Айова и у Чарльза Бэббиджа в сарае позади его дома в Лондоне, великие идеи остаются только достоянием истории. Но если отличная команда лишается провидцев-энтузиастов, появление новых идей постепенно сходит на нет.

Так было в Пенсильванском университете, откуда ушли Мокли и Эккерт, и в Принстоне, когда оттуда уехал фон Нейман, и в Bell Labs после отставки Шокли.

Объединение теоретиков и инженеров стало насущной необходимостью, когда в Bell Labs занялись физикой твердого тела. Эта область физики, представлявшая для компании все больший интерес, изучает, в частности, процесс прохождения электронов через твердые тела. В тридцатые годы инженеры из Bell Labs начали возиться с такими материалами, как кремний. После кислорода это самый распространенный материал земной коры, являющийся главной компонентой песка. Они хотели заставить подобные материалы выделывать всяческие электронные трюки, а в том же здании теоретики Bell Labs одновременно с ними мучились над головоломными открытиями квантовой механики.

Основой квантовой механики являются работы датского физика Нильса Бора и других ученых, изучавших, что происходит внутри атома. В 1913 году Бор предложил модель атома, где электроны движутся вокруг ядра по строго определенным орбитам. Они могут совершить квантовый скачок, перепрыгнув с одной орбиты на другую, но никогда не могут оказаться между ними. Число электронов на внешней орбите позволяет выяснить химические и электрические свойства данного элемента, включая то, насколько хорошо он проводит электричество.

Некоторые элементы, такие как медь, проводят электричество хорошо. Это хорошие проводники. Другие, например сера, проводят электричество ужасно. Это хорошие изоляторы. А еще есть промежуточные элементы, такие как кремний и германий, которые называют полупроводниками. Они полезны, поскольку их легко превратить в еще лучшие проводники. Например, если добавить в кремний небольшое количество примеси мышьяка или бора, электроны получают возможность двигаться свободнее.

Квантовая механика развивалась в то же время, когда металлурги, используя новейшие технологии очистки и хитроумные химические приемы, искали пути создания новых материалов, которые позволили бы комбинировать часто встречающиеся минералы с редкими. По ходу решения своих каждодневных проблем, например: что делать с нитью накаливания электронной лампы, прогорающей слишком быстро, или с диафрагмой телефонной трубки, звучащей слишком тихо, они смешивали разные новые сплавы, разрабатывали методы нагревания и охлаждения подобных смесей в попытках улучшить их свойства. Методом проб и ошибок, как повар на кухне, они готовили революцию в материаловедении, которая в дальнейшем двигалась рука об руку с квантовой революцией в теоретической физике.

Экспериментируя с образцами кремния и германия, инженеры-химики из Bell Labs нашли подтверждение многому из того, что предсказывали теоретики [258] . Стало ясно, что теоретики, инженеры и металлурги могут многому научиться друг у друга. Поэтому в 1936 году в Bell Labs была образована группа, занимавшаяся исследованиями в области физики твердого тела. У группы было мощное ядро, состоящее из светил, теоретиков и практиков. Раз в неделю в конце дня они собирались, чтобы обменяться полученными результатами, в разговорах любили прихвастнуть, как это принято в академических кругах, а затем начинались неофициальные разговоры, продолжавшиеся до глубокой ночи. Общаться лично оказалось полезнее, чем просто читать статьи друг друга: интенсивное взаимодействие способствовало появлению идей, которые, используя аналогию с электронами, переходили на более высокие орбиты, а иногда могли и вырываться на волю, запуская цепную реакцию.

258

Например, инженеры и теоретики обнаружили, что, когда кремний (у которого четыре электрона на внешней орбите) легируют небольшим количеством фосфора или мышьяка (у которых по пять электронов на внешней орбите), в нем появляются свободные электроны, иначе говоря — носители отрицательного заряда. То, что получается, называют полупроводником w-типа. Если же кремний легировать бором (с тремя электронами на внешней орбите), имеет место дефицит электронов. Там, где должны были быть электроны, появляются «дырки», т. е. положительные заряды. Материал становится полупроводником p-типа. — Прим. автора.