Джеймс Бёрк - Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени

Иногда события в паутине перемен проходят путь, описывающий полный круг. Один из таких путей начался с открытия, в котором встретились все признаки идеальной технологии: она должна быть вездесущей, ориентированной на пользователя и восприниматься как нечто само собой разумеющееся.

В 1940-е годы самой большой опасностью для экипажей самолетов Б-29 были не снаряды вражеских зениток, рвущиеся вокруг, а маленькие вакуумные трубки, отвечавшие за полет самолета и его курс. На борту Б-29, как и на многих образцах военной техники того времени, были тысячи таких трубок, и если бы хоть одна из них вышла из строя, то мало никому не показалось бы. Беда заключалась в том, что от этих трубок зависело все электрооборудование, они выступали в качестве выключателей и усилителей для обогревателей, инструментов, радиоаппаратуры и двигателей.

В вакуумной трубке от горячего элемента накаливания 239 — 38 , 52 к металлической пластинке-основанию шел поток частиц. Он усиливал слабый электрический заряд (радиосигнал или ток от батарей). К сожалению, стеклянные вакуумные трубки легко бились, нити накаливания были подвержены коррозии и рвались, нарушалась герметичность трубок. Все это могло привести к неисправности переключателей, в которых были установлены трубки, а как следствие — и к поломке всего агрегата (двигателя или радиостанции). Кроме того, для разогрева вакуумных трубок требовалось время, что представляло собой еще один недостаток. Даже несколько секунд задержки имели огромное значение, если трубки служили, например, усилителями в судовом оборудовании для предупреждения торпедного удара. Неудивительно, что активно велись поиски более надежной и быстродействующей альтернативы вакуумным трубкам.

Идеальной заменой хрупкому стеклу могло стать нечто твердое и прочное. За несколько лет до Второй мировой войны в Телефонных лабораториях Белла (в смутной надежде улучшить качество телефонной связи) инженеры проводили исследования так называемых полупроводников, но с началом войны проект был отправлен «на полку». В 1945 году Белл вернулся к этим разработкам и сформировал специальную группу во главе с Уильямом Брэдфордом Шокли.

Эта группа совершила прорыв, за который в 1956 году была удостоена Нобелевской премии по физике. Ученые обнаружили, что если в кристаллическую решетку полупроводника добавить примеси, то его атомная решетка либо получает дополнительные электроны, либо, в зависимости от примеси, теряет их, и вместо них остаются «дырки». При помещении такого кристалла в электрическое поле отрицательно заряженные электроны переходят на положительный электрод, то же самое делают и «дырки». В том или ином случае возникает однонаправленный ток, который можно использовать таким же образом, как и поток частиц в вакуумной трубке, в качестве усилителя или переключателя — эффект воспроизводится с той же скоростью, с которой включается магнитное поле, несколько тысяч раз в секунду. Новое устройство получило название «транзистор». Транзистор был подходящей заменой для вакуумной трубки — он состоял из цельного кристалла, был гораздо менее хрупким, работал дольше и намного быстрее. Первые транзисторы Шокли были сделаны из полупроводника германия. Поскольку германий достаточно редок в природе и ценится на вес золота, позже Шокли перешел на кремний, который используется в транзисторах и по сей день. На начальных этапах работы германий получали из цинковых руд, залегавших в том числе в районе штатов Миссури, Оклахома и Канзас.

Германий был открыт в 1886 году, как нетрудно догадаться, ученым из Германии, профессором аналитической и технической химии Фрайбергской горной академии Клеменсом Винклером. Он считался гением химической аналитики. Когда была обнаружена большая жила аргиродита, его попросили исследовать химический состав нового минерала. Винклер выяснил, что аргиродит на 74,7 % состоит из серебра, 17,1 % составляет сера, 0,66 % — оксид железа, 0,22 % — оксид цинка, 0,33 % — ртуть. Чем же были оставшиеся 7,01 %? После продолжительных химических опытов Винклер объявил об открытии нового минерала, германия, и вернулся к своим основным занятиям. На первом месте была разработка газовой бюретки, прообраза современного оборудования для контроля чистоты воздуха вокруг металлургических предприятий и других производств.

Газовая бюретка служила для анализа выбросов 240 — 110 , 197 из заводских труб, в ней содержалась жидкость, которая впитывала газ и меняла цвет в зависимости от его концентрации. Эта информация представляла интерес для промышленников, особенно для металлургов — она экономила их деньги. Дело в том, что в доменных печах для снижения количества окислов железа применялся моноксид углерода (угарный газ) и твердый углерод. С помощью газоаналитического оборудования можно было обнаружить присутствие неиспользованного угарного газа и пустить его в дело. Такая техника также помогала зафиксировать следы несгоревшего топливного газа, а также других веществ, пригодных для повторного ввода в рабочий цикл. Все эти меры способствовали усовершенствованию конструкции доменных печей и вытяжных труб. Газоаналитические приборы работали и в шахтах, где позволяли выявлять наличие ядовитых или взрывоопасных газов. Работа Винклера имела такое значение, что его стали называть «отцом газового анализа».