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.
Один из членов группы обращал на себя внимание. Уильям Шокли, теоретик, появившийся в Bell Labs в момент образования исследовательского отдела, поражал, а иногда и пугал всех как своим интеллектом, так и напористостью.
В молодости Уильяму Шокли нравились и искусство, и наука. Его отец изучал горное дело в Массачусетском технологическом институте, музыку в Нью-Йорке и выучил семь языков, когда, скитаясь по Европе и Азии в поисках приключений, занимался спекуляциями на акциях горнорудных компаний. Его мать изучала в Стэнфорде и математику, и искусство, была одним из первых известных альпинистов, кому удалось в одиночку совершить восхождение на Уитни[259]. Родители Шокли встретились в небольшом шахтерском поселке Тонопа, штат Невада, где отец занимался разметкой участков, а мать — инженерно-геодезическими изысканиями. После свадьбы они отправились в Лондон, где в 1910 году у них родился сын.
Уильям был их единственным ребенком, и за это они благодарили судьбу. Даже маленьким он был жесток, с ним случались такие приступы ярости, шумные и продолжительные, что даже приходящие няни у них долго не задерживались, а родителям приходилось постоянно менять квартиры. В дневнике отец пишет о мальчике, «орущем во всю силу, изгибающемся и откидывающемся назад». Он отмечает, что тот «много раз избивал мать»[260]. Уильям был невероятно упорен. В любой ситуации он должен был поступить по-своему. В конце концов родители пришли к выводу, что лучше всего просто капитулировать. Они оставили любые попытки воспитывать его и до восьми лет учили дома. К этому времени они перебрались в Пало-Альто, где жили родители его матери.
Будучи убеждены, что их сын гений, они решили проверить его способности по методике Льюиса Термана[261], усовершенствовавшего шкалу интеллекта Стэнфорда — Бине и занимавшегося образованием одаренных детей. Значение IQ молодого Шокли оказалось равным 120, что было вполне хорошо, но недостаточно для того, чтобы Терман счел его гением. IQ-тесты превратились у Шокли в навязчивую идею. Он использовал их, оценивая претендентов на работу и даже своих коллег. Он строил все более опасные расовые теории, считая, что интеллект передается по наследству. Это отравило последние годы его жизни[262]. Возможно, собственная жизнь должна была бы научить Шокли, что проверка по шкале интеллекта имеет свои недостатки. Хотя он попал в разряд «не гениев», способностей у него было достаточно. Пропустив среднюю школу, Шокли окончил Калифорнийский технологический институт, а затем защитил докторскую диссертацию по физике твердого тела в Массачусетском технологическом. Он был язвителен, находчив и честолюбив, любил показывать фокусы и устраивать розыгрыши, но научиться быть спокойным и дружелюбным ему не удалось. С детства у Шокли был мощный интеллект, он был эмоционален, что затрудняло общение с ним, становившееся все труднее по мере того, как он добивался успеха.
Когда Шокли в 1936 году окончил Массачусетский технологический, Мервин Келли из Bell Labs приехал поговорить с ним и сразу же предложил работу. Он поставил перед Шокли задачу: найти возможность заменить электронные лампы более устойчивым, прочным и дешевым устройством. Через три года Шокли пришел к убеждению, что решение связано с использованием твердых материалов, таких как кремний, а не нитей накаливания внутри лампочки. «Сегодня мне стало ясно, что есть принципиальная возможность сделать полупроводниковый усилитель вместо вакуумного», — записал он в лабораторном журнале 29 декабря 1939 года[263].
Как хореограф может мысленно увидеть танец, так Шокли обладал способностью представить себе, как по законам квантовой теории двигаются электроны. Его коллеги говорили, что он смотрит на полупроводник и видит электроны. Однако для того чтобы его невероятная интуиция трансформировалась в реальное изобретение, точно так же как Мокли был нужен Эккерт, Шокли был нужен партнер — искусный экспериментатор. Но он работал в Bell Labs, где их было много. Самым заметным из них был веселый, ворчливый уроженец запада Уолтер Браттейн, которому нравилось делать на основе полупроводниковых соединений, таких как окись меди, всяческие оригинальные устройства. Например, он построил электрический выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный, используя тот факт, что через внутреннюю границу, разделяющую массивный кусок меди с нанесенным на его поверхность слоем окиси меди, ток течет в одну сторону.
