Электрическая Вселенная. Невероятная, но подлинная история электричества

Технология транзисторов родилась в Америке, однако лежащая в ее основе идея логических переключателей имела своим источником работу английского математика середины девятнадцатого столетия Джорджа Буля, предпринявшего попытки кодифицировать любую, какая только возможна, логическую мысль. Усилия подобного рода не были бы сочтены чрезмерно странными и в определенных благовоспитанных кругах нынешнего английского общества, странно, однако же, то, что Буль в этих своих усилиях преуспел.

Буль записал полученные им результаты в виде простых уравнений, прочно связавших его имя с теперешними компьютерами. Дело в том. что. если объединить два истинных утверждения, в результате получится опять-таки истинное, — вот это он и записал: И+И=И; с другой стороны, если объединить истинное утверждение с ложным. получится ложное: И+Л=Л.

Выглядит это как странноватая и явным образом очевидная арифметика. вполне оценить которую мог только какой-нибудь Льюис Кэрролл. — и еще более странный вид приняла она оттого, что вместо «истинное» Буль писал «Г, а вместо «ложное» — «о», так что приведенные нами уравнения превращались в i +i=i и 1 +0 =0. Вот это и есть двоичный код.

Логикам он понравился, однако обычный мир его игнорировал, пока в 1937 году Клод Шеннон не сообразил, что управляемые электромагнитами релейные переключатели выполняют на самом-то деле именно эти уравнения, давным-давно записанные Булем. Созданные десятилетие спустя транзисторы могли проделывать это намного лучше, ибо единичный сигнал, который поступает в транзисторный переключатель, недостаточен для создания в нем тока — он в лучшем случае переводит кремний в активное, проводящее состояние, при котором второйсигнал проходит через него беспрепятственно. Иными словами, чтобы получить на выходе из транзистора сигнал, необходимо подать на его вход два сигнала. Однако, если обозначить сигнал символом «I»,сказанное означает попросту, что внутри транзистора i+i=i.Если же отсутствие сигнала обозначить как «о», то получится, что транзистор исправно реализует и уравнение 1+0=0.

Произошло чудо. Буль заглянул внутрь человеческого мозга и извлек из него два странноватых уравнения, показывающих, как работают понятия истинного и ложного. Транзисторы способны имитировать его уравнения, используя для этого просто-напросто камень. То есть получается, что некий полузабытый математик девятнадцатого столетия проложил путь к тому, что крупицы кремния начали использовать для точного копирования наших потаенных мыслей. Относительно оригинальной работы Буля см.: George Boole, «An Investigation of the Laws of Thought» [15](London: Dover Publications, 1995). Относительно Шеннона см. более подробно в главе «Understanding Information. Bit by Bit» [16]в книге: «It Must Be Beautiful: Great Equations of Modem Science» [17], edited by Graham Farmelo (London and New York: Granta Books, 2002).

C. 236 …несколько атомов примеси, фосфора, к примеру…

В действительности Бардин и Браттейн. введя в конце 1947-го фосфор в свои полупроводники, обнаружили, что последние вместо того, чтобы проталкивать вперед отрицательные электрические заряды, отталкивают назад положительные.

Бардин был озадачен: «Это противоречит всему, что можно было бы ожидать», — записал он в лабораторном журнале, — однако, если что-то работает, этим стоит заниматься. И вскоре он и Браттейн сообразили, что вместо введения в кремний атома с дополнительными, способными переносить ток электронами, они ввели атом, у которого электронов недоставало. И в их совершенной решетке появились дырки — впадины, в которых сидели новые атомы с незаполненной внешней электронной оболочкой.

Эти дырки начали заполняться электронами из других атомов, однако каждый из таких электронов, двигаясь вперед, оставлял сзади — там, где он находился прежде, — новую дырку. В дырки устремлялись новые электроны, и в результате по каменной кристаллической решетке начали распространяться именно они, дырки. Внутри кристалла кремния происходило направленное не вперед, а назад движение странных пустот. Получилось нечто прямо противоположное тому, чего хотели добиться исследователи, однако они нашли способ, позволявший добиться распространения дырок с одной стороны твердого вещества к другой. Это не было контролируемым переносом отрицательных электронов — тем, чего они добивались первоначально, — однако это работало! (На самом деле эксперименты велись не с кремнием, а с германием — «прорехи» во внешних атомных оболочках имеются у обоих, но работать с германием несколько проще.)

С. 236 Однако Ол и другие знали квантовую механику, достаточно хорошо…