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

Описание звучит сложно, однако ЭНИАК в течение дня мог обсчитать столько данных, сколько одна сотрудница абердинской лаборатории обрабатывала за год. В честь женщин-математиков, на смену которым пришел аппарат, его назвали по описанию их должности в штатном расписании — компьютер. Первая его задача изменит мир — это будет математическое моделирование детонации первой водородной бомбы. Вычисления длились несколько месяцев, и в результате 1 ноября 1952 года маленький остров атолла Эневейтак в Тихом океане превратился в пар. Началось все это, как мы помним, с сельскохозяйственных затей Джетро Талла. Орало было перековано в меч.

В гораздо большей степени мир изменило малюсенькое устройство, изобретенное потому, что хрупкие вакуумные трубки ЭНИАКа оставляли желать много лучшего…

15 Новая гармония

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.