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 второй сигнал 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 «1», сказанное означает попросту, что внутри транзистора 1+1=1. Если же отсутствие сигнала обозначить как «0», 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 Beautifuclass="underline" 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…
Квантовые инженеры использовали и дополнительные представления о том, что электроны являются в такой же мере волнами, в какой и частицами. Это означает, что кристаллы кремния или германия насыщены электронными волнами, которые могут создавать препятствия для распространения других волн по всему пространству кристалла. Такие представления привели к возникновению зонной теории твердых тел. Вместо того чтобы рассматривать индивидуальные электроны одного атома и задаваться вопросом о том, крепко ли они привязаны к своему атому, или их все-таки можно от него оторвать, эта теория рассматривает всю совокупность электронов твердого тела и работает с аналоговыми свойствами этой совокупности.
Коллега Уотсона Уатта Арнольд Уилкинс знал, что суммарная активность большого числа электронов приводит к возникновению четко определенных зон проводимости — именно поэтому доквантовая картина Друда, в которой электроны рассматривались как переносчики электричества, была достаточно точной для проведения расчетов. По этой же причине Бардин и Браттейн могли говорить о «дырках», не имея при этом в виду, что некая реальная дырка действительно перескакивает от одного атома к другому. Указанные в руководстве по дальнейшему чтению тексты Эль-Хал или (Al-Khalili) и Полкингорна (Polkinghonie) содержат основные сведения по этой теме.