電子工程師必須記住的十位科學家

威廉·肖克利(WilliamShockley):晶體管之父、1956年度諾貝爾物理學獎獲得者。全名威廉·布拉德福德·肖克利(William Bradford Shockley,1910年2月13日-1989年8月12日)。

肖克利,1910年生于倫敦。父母都是美國人,父親是一個礦冶工程師,當時被派駐在英國。3歲,隨父母舉家遷往加州,在那里長大。

從事礦業(yè)的雙親從小給他灌輸科學思想,肖克利的母親教他學習數(shù)學。但是,對他產生特別重要影響的人是鄰居諾斯教授,一位斯坦福大學的物理學家。10歲的肖克利是諾斯家的常客,和教授的兩個女兒一起玩,就像他的兒子一樣。諾斯喜歡孩子,喜歡吸引他的小聽眾。一次,他們談到無線電,肖克利把天線與地線弄混了,無線電波的概念超出了他的理解能力。他以為地上的線是一條線,而空中的線是另一條線。諾斯向這位好奇的小聽眾解釋了電波耦合的原理,他忽然覺得豁然開朗。

1932年,在加州理工學院得到學士學位,然后考入了麻省理工(MIT),他的博士論文題目是“氯化鈉晶體中電子波函數(shù)的計算”。1936年,獲固體物理學博士學位,后留校任教。

不久,位于新澤西州的貝爾實驗室副主任凱利來麻省“挖角”,將肖克利挖走了。先后從事過真空管和氧化銅半導體放大器的研究。二次大戰(zhàn)期間,他被分配到哥倫比亞大學,從事海軍反潛艇的研究,1944年到1945年又當過國防部的顧問人員。在新澤西州的貝爾基地,他雷達裝置做些電子設計,在那段時間,肖克利獲得了最高榮譽勛章。他的主要貢獻是將雷達用于B-29轟炸機。

1950年11月,肖克利出版了“半導體中的電子和電洞”一書,這是基于他在貝爾實驗室所給的一系列演講寫成的,成為這個專業(yè)的經典著作。1951年,他領導研究小組研制出第一個可靠的結型晶體管,這項發(fā)明證實了肖克利作為研究室主任的天賦。他知道如何找到問題的根本。以他精練的風格,不論是以文字還是口頭表述,他都能把實驗導向一個新的、通常是正確的方向。

于是,世界上有了晶體管。

約翰·巴丁(英語:John Bardeen,1908年5月23日-1991年1月30日),美國物理學家,因發(fā)明晶體管及其相關效應;超導的BCS理論分別在1956年、1972年兩次獲得諾貝爾物理學獎。

巴丁1908年出生于美國威斯康星州的麥迪遜,1923年進入威斯康星大學麥迪遜分校電機工程系學習, 1928年取得學士學位,1929年取得碩士學位。畢業(yè)后巴丁留校擔任電機工程研究助理。1930年到1933年期間,巴丁在匹茲堡海灣實驗研究所從事地球磁場及重力場勘測方法的研究。1933年巴丁進入普林斯頓大學,在尤金·維格納的指導下研究固體物理學。1935年到1938年期間任哈佛大學研究員,并于1936年獲得普林斯頓大學博士學位。1938年到1941年間,巴丁擔任明尼蘇達大學助理教授,1941年到1945年在華盛頓海軍軍械實驗室工作,1945年到1951年在貝爾電話公司實驗研究所研究半導體及金屬的導電機制、半導體表面性能等問題。1947年和同事沃爾特·布喇頓發(fā)明了半導體三極管(雙極性晶體管),一個月后,肖克利發(fā)明了PN結晶體管,三人因發(fā)現(xiàn)晶體管效應共同獲得1956年諾貝爾物理學獎。

沃爾特·布喇頓(英語:Walter Brattain,1902年2月10日-1987年10月13日),美國近代物理學家,生于中國廈門。1947年與威廉·肖克利、約翰·巴丁因發(fā)明晶體管的貢獻,獲得1956年諾貝爾物理學獎。

沃爾特·布喇頓,參與發(fā)明了晶體管,他的一生專心致力于‘表面態(tài)’的研究,他雖然出生于中國廈門,但他是在春田、奧勒岡州與華盛頓度過他的人生早期歲月,他成長于他的父母親羅斯·布喇頓與奧特麗·豪澤自家經營的位于華盛頓州的養(yǎng)牛牧場,于位在瓦拉瓦拉,華盛頓的惠特曼學院(Whitman College)獲得他的物理與數(shù)學雙學士學位,布喇頓在1924年得到此學位并在1926年于奧勒岡大學獲頒碩士學位,他接著踏上往東的路途,在1929年于明尼蘇達大學獲得他的博士學位,布喇頓的論文指導教授是約翰·泰特,他的題目是用電子撞擊水銀蒸氣以研究激發(fā)能的異?，F(xiàn)象。在1928年與1929年他在位于首都華盛頓的國家標準技術研究所工作,并在1929年受雇于貝爾實驗室。

在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)之前夕,布喇頓在貝爾實驗室關切的首先是鎢的表面物理,隨后是氧化銅半導體的表面。第二次世界大戰(zhàn)期間布喇頓貢獻自己的時間發(fā)展偵測潛水艇的方法在與國家防衛(wèi)研究委員會的合約之下位于哥倫比亞大學。

海蒂·拉瑪(英語:Hedy Lamarr,1914年11月9日-2000年1月19日),出生于奧地利,猶太人后裔,美國演員、展布頻譜(Spread Spectrum)技術的共同發(fā)明人(為現(xiàn)代許多無線通訊系統(tǒng)包括無線局域網路與移動電話的基礎關鍵,并于2014年被選入美國發(fā)明家名人堂)。

于1933年上映的捷克電影中展示裸體,為世界上最早的裸體電影之一。

1942年8月11日,海蒂·拉瑪與喬治·安塞爾從美國專利局獲得了名為秘密通信系統(tǒng)(Secret Communications System)的專利,編號為2,292,387(后稱此技術為展頻技術 Spread Spectrum)。事實上在他們的專利中一共使用了88種頻率,這個數(shù)字和鋼琴的按鍵相同。獲得專利后他們沒有開發(fā)相關的商業(yè)用途而是直接交給了政府,他們還需要為此擔負相關的專利維護費。然而那時候還未發(fā)明晶體管以及集成電路,想要將龐大的電子管設備塞入魚雷之中困難重重,因而海軍拒絕了這一想法。

雖然拉瑪和安塞爾沒有繼續(xù)他們的發(fā)明,但是實際上日后擴頻技術在移動電話通訊技術 CDMA(Code Division Multiple Acces,分碼多工存取)、無線局域網路(WLAN)、Wi-Fi與 Bluetooth 都是奠基于展頻技術而來。海蒂拉瑪與喬治安瑟終其一生,未因此專利獲得任何一分錢,1997 年,這項專利發(fā)明了 56 年后,海蒂拉瑪與喬治安瑟的成就才終于獲得電子前線基金會(Electronic Frontier Foundation;EFF)榮譽技術獎章的肯定。

Claude Elwood Shannon (1916-2001)一個影響了整個數(shù)字通信時代的偉大人物。只是令人奇怪的是他在普通老百姓中的名聲還不如Bill這樣的商人,也許這就是世人重利的原因吧。因此有必要先簡單的介紹一下香農老前輩了。

克勞德·香農,作為信息論的創(chuàng)始人,20世紀最偉大的科學家之一。他在通信技術與工程方面的創(chuàng)造性工作,為計算機與遠程通信奠定了堅實的理論基礎,信息論及數(shù)字通信時代的奠基之父。經他闡明的信息概念、連同“比特”這個單位已經深入人心,成為今天日常生活都離不開的詞匯。也許C=Blog2(1+S/N) 這個公式讓人更好記住香農。這個公式托起了整個數(shù)字通信和信息論。他于1916年4月30日誕生于美國密西根州的,幼年在一個叫Gaylord的小鎮(zhèn)長大,在密西根大學獲得數(shù)學與電氣工程學士學位(這個我問了很多的同學好像在國內都沒這個專業(yè),最近的就是計算機數(shù)學了),然后進入大名鼎鼎的MIT攻讀研究生,并獲得了電氣工程碩士學位(那時好像還沒有我學的信息工程專業(yè))。

值得一提的是在MIT的時候香農的畢業(yè)論文《A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits》就是一篇劃時代的論文。他第一次在還是模擬的電話交換系統(tǒng)中引入的布爾函數(shù),引入了1/0概念,奠定了數(shù)字通信的基礎。

1948年偉大的香農同志為了全世界通信人民的幸福不辛萬苦創(chuàng)立了信息論(information theory)。那時毛爺爺也在為全中國人們的幸福而奮斗,同年香農在Bell System Technical Journal上發(fā)表了《A Mathematical Theory of Communication 》。論文由香農和威沃共同署名。其中Weaver只是給這個后輩寫了個序。

論文的開頭提到這樣一段話“The fundamental problem of communication is that of reproducing at one point either exactly or approximately a message selected at another point.”(通信的最基本問題是如何在一點近似或完全的再現(xiàn)另一點的內容。)這篇論文建立了信息論這一學科(于是我大學時有專業(yè)可學了:)),提出了通信系統(tǒng)的線性示意模型,即信源、發(fā)端、信道、接端、信宿。無論是圖像、文字、聲音或數(shù)據都可以調整成1/0比特流通過信道傳送,他建立的信息理論框架和術語已經成為技術標準。他的理論在通信工程師中立即獲得成功,并刺激了今天信息時代所需要的技術發(fā)展。

在這篇論文中,香農首次引入“比特”(bit)一詞,如果在信號中附加額外的比特,就能使傳輸錯誤得到糾正。按照物理學的習慣,把電流單位叫做“安培”,如果給“比特流”一個單位名,那么叫做“香農”是比較合適的。

杰克·基爾比( Jack Kilby , 1923年11月8日 --- 2005年6月20日 ),美國科學家,發(fā)明家,他是集成電路的 2 位發(fā)明人之一,為美國德州儀器的工程師,其于1958年發(fā)明集成電路,JK正反器即以其名字命名。他的名字被寫入了美國發(fā)明家名人堂,獲得了與亨利·福特、愛迪生和懷特兄弟并列的榮譽。他目前擁有六十多項美國專利,是電器和電子工程師協(xié)會的成員。

1958年6月,基爾比由于剛到德克薩斯機械廠工作,不能休假,自己在辦公室內,有時間思考如何能把整個線路的體織縮小的辦法。他突然想到,晶體管和線路的所有部分都可用硅片做。當時還無人用半導體做電阻和電容,如能用硅做,則整個線路就可以建造在一塊單晶片上,可使體積變得很小,而且容易生產。12月基爾比在一片鍺單晶片上做成了集成電路。經實驗證明?；鶢柋人龅碾娐肥枪ぷ鞯?說明他解決了做集成電路的所有問題。

1934年12月5日年出生在上海陸家嘴,住在英租界。

1948年全家移居香港。1949年,又移民臺灣,他進入圣若瑟書院就讀。中學畢業(yè)后,他考入香港大學。但由于當時港大沒有電機工程系,他遠赴英國東倫敦伍爾維奇理工學院(現(xiàn)英國格林威治大學)就讀。1957年,他從伍爾維奇理工學院電子工程專業(yè)畢業(yè)。1965年,在倫敦大學下屬的倫敦帝國學院獲得電機工程博士學位。

1957年,高錕讀博士時進入國際電話電報公司(ITT),在其英國子公司——標準電話與電纜有限公司(Standard Telephones and Cables Ltd.)任工程師。

1960年,他進入ITT設于英國的歐洲中央研究機構——標準電信實驗有限公司,在那里工作了十年,其職位從研究科學家升至研究經理。正是在 這段時期,高錕教授成為光纖通訊領域的先驅。

從1957年開始,高錕即從事光導纖維在通訊領域運用的研究。

1964年,他提出在電話網絡中以光代替電流,以玻璃纖維代替導線。

1965年,在以無數(shù)實驗為基礎的一篇論文中提出以石英基玻璃纖維作長程信息傳遞,將帶來一場通訊業(yè)的革命,并提出當玻璃纖維損耗率下降到20分貝/公里時,光纖維通訊就會成功。

1966年,在標準電話實驗室與何克漢共同提出光纖可以用作通信媒介。高錕在電磁波導、陶瓷科學(包括光纖制造)方面獲28項專利。由于他取得的成果,有超過10億公里的光纜以閃電般的速度通過寬帶互聯(lián)網,為全球各地的辦事處和家居提供數(shù)據。

阿爾伯特·愛因斯坦(德語:Albert Einstein,1879年3月14日-1955年4月18日)是20世紀猶太裔理論物理學家,創(chuàng)立了現(xiàn)代物理學的兩大支柱之一的相對論(另一支柱是量子力學)。他在科學哲學領域頗具影響力。

他是質能方程的發(fā)現(xiàn)者E = mc2(世人稱之為“全世界最著名的方程”)。因為“對理論物理的貢獻,特別是發(fā)現(xiàn)了光電效應”,他榮獲1921年諾貝爾物理學獎。這發(fā)現(xiàn)為量子理論的建立踏出了關鍵性的一步。

愛因斯坦在職業(yè)生涯早期就發(fā)覺經典力學與電磁場無法相互共存,因而發(fā)展出狹義相對論。他又發(fā)現(xiàn),相對論原理可以延伸至引力場的建模。從研究出來的一些引力理論,他于1915年發(fā)表了廣義相對論。他持續(xù)研究統(tǒng)計力學與量子理論,導致他給出粒子論與對于分子運動的解釋。在1917年,愛因斯坦應用廣義相對論來建立大尺度結構宇宙的模型。

阿道夫·希特勒于1933年開始掌權成為德國總理之時,愛因斯坦正在走訪美國。由于愛因斯坦是猶太裔人,所以盡管身為普魯士科學院教授,亦沒有返回德國。

1940年,他定居美國,隨后成為美國公民。在第二次世界大戰(zhàn)前夕,他在一封寫給當時美國總統(tǒng)富蘭克林·羅斯福的信里署名,信內提到德國可能發(fā)展出一種新式且深具威力的炸彈,因此建議美國也盡早進行相關研究,美國因此開啟了曼哈頓計劃。

愛因斯坦支持增強同盟國的武力,但譴責將當時新發(fā)現(xiàn)的核裂變用于武器用途的想法,后來愛因斯坦與英國哲學家伯特蘭·羅素共同簽署《羅素—愛因斯坦宣言》,強調核武器的危險性。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋FRS FRSE(英語:James Clerk Maxwell,1831年6月13日-1879年11月5日),蘇格蘭數(shù)學物理學家。其最大功績是提出了將電、磁、光統(tǒng)歸為電磁場中現(xiàn)象的麥克斯韋方程組[4]。麥克斯韋在電磁學領域的功績實現(xiàn)了物理學自艾薩克·牛頓后的第二次統(tǒng)一。

在1864年發(fā)表的論文《電磁場的動力學理論》中,麥克斯韋提出電場和磁場以波的形式以光速在空間中傳播,并提出光是引起同種介質中電場和磁場中許多現(xiàn)象的電磁擾動[6],同時從理論上預測了電磁波的存在。此外,他還推進了分子運動論的發(fā)展,提出了彩色攝影的基礎理論,奠定了結構剛度分析的基礎。

尼古拉·特斯拉(英語:Nikola Tesla,塞爾維亞語:Никола Тесла;1856年7月10日-1943年1月7日),塞爾維亞裔美籍發(fā)明家、物理學家、機械工程師、電機工程師和未來學家。他被認為是電力商業(yè)化的重要推動者,并因主要設計了現(xiàn)代交流電力系統(tǒng)而最為人知。在邁克爾·法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁場理論的基礎上,特斯拉在電磁場領域有著多項革命性的發(fā)明。他的多項相關的專利以及電磁學的理論研究工作是現(xiàn)代的無線通信和無線電的基石。

在贏得著名的19世紀80年代的“電流戰(zhàn)爭”及在1894年成功進行短波無線通信試驗之后,特斯拉被認為是當時美國最偉大的電機工程師之一。他的許多發(fā)現(xiàn)被認為是具有開創(chuàng)性的,是電機工程學的先驅。1891年,特斯拉在成功試驗了把電力以無線能量傳輸?shù)男问剿偷搅四繕擞秒娖髦?致力于商業(yè)化的洲際電力無線輸送,并且以此設想建造了半成品——沃登克里弗塔。

20世紀30年代,接近生命的尾聲階段,特斯拉一度變得深居簡出,獨居于紐約市的一個旅館里,偶爾才會向新聞界發(fā)表一些不同尋常的聲明。因舉止怪異,特斯拉被普遍認為是“瘋狂科學家”的原型。他對于金錢和法律事務之不在乎亦是其一生之致命傷。數(shù)家電子公司(今日美國電子業(yè)龍頭的前身)聯(lián)合派出一群能言善道的律師,奪走了他大部分的專利。1943年1月7日,特斯拉在窮困潦倒中去世。去世之后,特斯拉的成就并不太為當時的人所知,但是在20世紀90年代,他的公眾名望出人意料地上演了王者歸來。在2005年,他被電視節(jié)目“最偉大的美國人”(美國在線和探索頻道共同開展)列為前100名,這張名單是由公眾投票產生。

在現(xiàn)代社會中處處可見特斯拉的遺產。撇開他在電磁學和工程上的成就,特斯拉也被認為對機器人、彈道學、資訊科學、核子物理學和理論物理學上等各種領域有貢獻。許多他的成就已伴隨著一些爭議被應用,去支持著許多的非主流科學,如幽浮理論和新世紀神秘理論。特斯拉當代的欽佩者視他為“創(chuàng)造出二十世紀的人”。

國際單位制中的,用來衡量磁感應強度(也作磁通量密度)的單位,是以特斯拉的名字命名,符號T(由國際度量衡大會在1960年確立)。在塞爾維亞首都貝爾格萊德有一座國際機場以他的名字命名的。塞爾維亞紙幣上至今有他的頭像。