科学史评话最新专辑

1954年，美国在比基尼岛开始了这一次核武器实验。当氢弹爆炸的时候，首先看到的就是所谓的“泰勒之光”，大量的X射线最先射出来，空中过去看不见的那些东西都能被看见，这种效果被称为泰勒之光。有的人甚至看到周围的人的骨骼，就像医院照X光照片。爆炸是在夜间进行的，155英里之外气象观测站的人看到整个天都是亮的，一个大火球冉冉升起。这个大火球大概有十几公里的直径，最高点甚至到达了平流层。科学家们看着这个大火球在逐渐扩散。眼神也从兴奋转换成了惊恐，因为火球的扩散速度远超他们的预计，按理说蘑菇云直径按事先的计算应该扩散到30公里左右。可眼前这个蘑菇云毛估一下也有60公里。这件事完全是出乎预料的，那么，大火球万一扩散到观察者的位置该怎么办？

福莱斯特下了台以后，得了严重的抑郁症，在海军医院治疗。1949年5月22日，他突然从楼上跳了下去，以自杀结束了自己的生命。可能合众国号的停建就是压垮骆驼的最后一根稻草吧。约翰逊一上任就口出狂言，他说空军可以包打一切，再也不会有两栖登陆了，海军陆战队干脆裁撤算了。也没有哪国海军能跨过大洋来威胁美国，海军能干的事情，空军都能干。干脆海军也撤了算了，这下海军的人气疯了。

在这种情况下，爆发了所谓的“海军上将造反事件”。海军上将还能造反吗？难道是跟日本人学会了“下克上”。其实不是这么一回事儿。所谓“海军上将造反”事件就是海军将领们纷纷发表言论强调海军的重要性，坚决反对削弱海军的力量，这些意见是与上级领导的意图是相反的，而且言辞非常激烈。海军将领们公开表达不满，公开对领导吐槽，夸张点儿描述就是“造反事件”，说白了就是这帮海军上将们炸毛了……

乔布斯的事情还多着呢，要和Adobe吵架，因为苹果手机不支持当时如日中天的Flash。iPhone4的发布会引起轰动。苹果店的门口排起了长队。好多人提前在门口搭了帐篷，守候了好几天。乔布斯的威望也达到了顶峰。接下来乔布斯还要解决iPhone4的天线门事件，平息公众的指责。乔布斯仍然是铁嘴钢牙。明明是错了，照样不认账。现实扭曲力场太过强大。

当时云计算已经崭露头角，苹果也不能不参与，于是乔布斯推出了iCloud。当然，乔布斯最关心的是苹果公司的新园区，外形像一艘外星飞碟。对这个设计乔布斯倾注了很大的心血，他是个注重细节的人。

2010年11月份，乔布斯又感到食欲不振，浑身酸痛。他明白，这是癌症又一次复发了。医生们查不出什么，但是乔布斯自己心里清楚。2011年，乔布斯不得不安心养病。媒体也都在疯传乔布斯的身体不行了，因为他明显比过去更瘦了。很多人都来拜访他。其中就有Google的新CEO佩奇，乔布斯本想骂他一顿，但是想了想，还是算了，好好的跟年轻人谈谈人生吧，谈谈产品设计。

2011年5月份，盖茨来到乔布斯家看望乔布斯。乔布斯靠一堆的靶向药物支撑着，看上去非常瘦，但是精神还不错。两个人聊得很开心，从家长里短聊到远程教育，聊到各种计算机系统。这两个人是斗了一辈子，也合作了一辈子。7月份，癌细胞扩散到了全身和骨骼。

整个夏天，乔布斯的病情在不断的恶化。乔布斯意识到一个问题，他再也没法回到苹果当CEO了。8月24日，乔布斯强撑着回到苹果公司总部。他让全体高管回避，他对着6个外部董事念了一封辞职信，并且推荐库克继任，这封信非常短，但是他准备了好久。乔布斯坐着轮椅在公司里转了转，看了看新研发的产品。董事会成员都来跟他告别。乔布斯永远离开了他一手创建，并且为之付出全部辛劳与智慧的苹果公司。

2011年10月5日，乔布斯去世，终年56岁。他生来就是为了改变世界的，他做到了。乔布斯是我们这个时代的英雄。

沃兹尼亚克因为驾驶私人飞机出了事故，不得不在家休养，后来就淡出了苹果公司，不管事儿了。创始人只剩下了乔布斯自己。在乔布斯被边缘化的这段时间，乔布斯第一次尝到了挫折的滋味。他千方百计要东山再起。于是他盯住了当时公司里的一个不起眼的小项目Macintosh上，项目主管是拉斯金。乔布斯这一插手，弄得人家拉斯金很不痛快。乔布斯经常干这种事，人缘真的不怎么样。Macintosh就是现在所有苹果电脑的爷爷，苹果的操作系统也被称为MAC OS，不过这是后话了。

在推进Macintosh研发的过程里，乔布斯逐渐掌握了很多特殊的资源，比如这个项目组有自己的办公室，一般人进不去，有免费的饮料供应。上班可以玩儿电子游戏，还可以去打乒乓球。乔布斯还经常带着开发人员一起去搞团建，他经常大喊大叫，你们是要当海盗还是当海军？还把一大堆印着海盗骷髅头的T恤发给开发小组的成员。经过一番的精神动员，乔布斯要求他们一个礼拜工作90个小时。这等于是一个礼拜干6天，一天15小时，比我国的996还过分。这种劳动强度摆明了是拿人当牲口用，牲口还特别开心，一天到晚想着改变世界……

技术方面主要是沃兹尼亚克负责，乔布斯主外，沃兹尼亚克主内。他们生产了第一批家庭用的个人电脑，本质上仍然像一个极客的大玩具，只有一块电路板，光秃秃的也没有外壳，用户主要也是电脑组装的爱好者，他们可以自己来DIY一个壳子。1976年，他们以666.66美元的价格开始对外出售Apple-Ⅰ型电脑。他们预计能卖出40台就可以回本了，但是他们没想到这台计算机瞬间卖断了货。最终，Apple-Ⅰ型卖出去200台。现在这些Apple-Ⅰ电脑主机板已经成了限量版的奢侈品，大约还有63台存世。一般认为是以Apple-Ⅰ为标志，人类正式走进了个人计算机的时代。

1977年，沃兹尼亚克推出了第二代产品，就是大名鼎鼎的Apple-Ⅱ型个人电脑。这个电脑已经相当完善，一个大大的机箱带着一个小键盘。可以接显示器，也能接电视机。可以显示几种颜色，48K内存。我小时候就跟这种计算机打过交道，当时不是号召计算机从娃娃抓起嘛。很多人在纸上抄写一个简单的BASIC语言的程序，等到能有机会轮到上机操作。就把这一段程序一个个字符敲进去，就可以玩一个简单的足球守门员的游戏。上机操作的时间很宝贵，往往只有一个小时。小手敲键盘也不熟练，短短的20行代码都能敲半个小时，玩儿的时间就更少了。但是，对孩子来讲，游戏的吸引力是比什么都大，根本拦不住，能玩儿上几分钟都已经心满意足了。科技站的Apple-Ⅱ是没有磁盘的，关机就全都清零了，每次想玩游戏，每次都要敲代码。没办法，还是忍不住啊……

在市场竞争之中，仙童公司需要更好的技术。真正的突破是8个人之中的霍尔尼搞出来的平面工艺。要制造一个三极管是从一块纯净的硅片开始的，先在硅片上生长一层氧化绝缘层，涂上特殊的感光材料，然后再把做好的电路图用镜头投影到硅片上。照过光的地方和没照过的地方是有区别的。然后在把表面腐蚀一下，氧化绝缘层就会按照所电路图的样子腐蚀掉，暴露出下面的硅层。凡是有氧化物遮盖的地方，就没办法进行掺杂。这样就可以控制什么地方可以掺入杂质，形成晶体管的PN结。按照所需要的几何模式构成发射极、集电极和基极。这个平面工艺过程可以反复使用，构造出很复杂的半导体器件。

至此，硅元素可以非常方便的做成晶体管了。很重要的一个步骤就是表面生成氧化层。硅的氧化物二氧化硅可是很结实的哦，硅晶体本身也比较结实，经得起折腾。锗元素的氧化物就不行了，是溶于水的，会给制造工艺带来一定的麻烦。硅的优势开始一点点显露出来。

硅的另一个优势是适用的的温度范围比较大。在高温下锗晶体制造的晶体管会出问题。当时摩托罗拉公司研发了一款晶体管收音机，用的就是锗晶体管。但是没多久就收到一大堆投诉。他们的收音机在烈日下暴晒了一下午，一个个就全都罢工了。而且锗元素的价格比较贵，当时比银子都贵。因为锗在地球上相对来讲是比较少的。到现在，锗晶体也只能作为辅助，不能作为主要材料。

这时候除了硅谷的仙童公司，其他的企业也在半导体方面下功夫。德州仪器就是一家实力极其强大的公司。德州仪器公司的一个年轻人基比尔有了一个非常绝妙的想法，能不能把几个晶体管做在一块基片上呢，过去就有人做过这方面的设想，但是没有技术条件去实现，现在完全有机会去实现它？公司的其他同事都去度假了，只有基比尔自己蹲在实验室里。他刚入职不多久，休假还没他的份儿，假期都是跟着资历来的。他成功的在锗片上制造了几个晶体管。他用很细的金线把这几个微小的晶体管连接成振荡电路。1958年的9月份12号，他把这个小东西拿到了领导面前，接上示波器，示波器上显示出了一个正弦波。这证明这块小小的芯片在正常工作。世界上第一块集成电路诞生了。2000年，基比尔获得了诺贝尔物理学奖，表彰他发明了集成电路。

在40年代末，贝尔实验室召集了几位科学家进行技术预研。研发组长是肖克利，手下有巴丁和布拉顿。肖克利和巴丁是搞理论物理的，布拉顿是搞实验物理的。一开始肖克利比较倾向于金属半导体结构，但是失败了很多次，后来巴丁认识到半导体的表面缺陷是个大问题，所以必须找到“钝化”表面的方法。就是设法消除这些缺陷，后来问题解决了。到了1947年的12月，他们成功的制造了一个晶体管。这个晶体管可以把信号放大100倍，尺寸比火柴棍大不了多少。体积非常小，而且也不需要灯丝，用起来很方便。这种晶体管是一种点接触型晶体管，一块掺有微量杂质的锗晶体表面装上去几个触点，这就形成了一个三极管。能够起到放大信号的作用。其实与矿石和检波器是一码事。只是矿石的杂质是天然的，不好控制，而且要触点也很不好找。这种依靠触点形成的三极管自身噪音很大，而且没办法承受大功率。你想啊，触点非常小，承受的电流也就很小。

一个月以后，肖克利发明了一种三明治结构的晶体管，当然你要愿意没你也可以叫“肉夹馍”结构。中间是一层P型半导体，两边是N型半导体。只要在中间加上微弱的电流，就可以控制总电流跟着变大变小。所以也就起到了放大信号的作用。那么晶体管的原理到底是什么呢？说起来很复杂。硅元素和锗元素的最外层都是4个电子。假如我们把磷元素作为杂质掺杂进去。磷元素的最外层有5个电子，在一大群硅原子之中，这里显然多了一个电子。这就是所谓的“N型”半导体。反过来，我们在晶体之中掺杂一点硼元素，硼元素的最外层只有3个电子，在硅原子的海洋里，这里明显出现了一个坑，这就叫做“空穴”。这就是所谓的“P型半导体”。

那么我们把P型半导体和N型半导体做在一起，形成一个PN结。这个结构就具有单向导电性。让一边多余的电子过去填充空穴，当然没问题。但是反过来就不行了，这就是单向导电性的由来。当然我们还可以构造成三明治结构，比如PNP或者NPN，中间的电极就起到了控制的作用，这就是三极管。三极管号称叫“三条腿的魔术师”。

我们说起来简单，其实这只是通俗化的表达，半导体是基于能带理论的。能带理论是基于量子力学的，成千上万的原子排列在一起，你是不可能用波函数去慢慢算的，必须从整体上给出一个理论来计算，也就是能带理论。原子晶体就好比森林，电子就像撒欢的孩子在到处流窜，想想就头大……

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这台机器外号叫巨人，1943年才研发完毕，运到了布莱奇雷庄园，1944年正式启用。这个机器是一种专用计算机，并不是图灵机那样的通用计算机。1944年，盟军要发起霸王行动。巨人机还参与了情报的保障行动。毕竟要彻底误导德国人，破译加密通讯是必不可少的环节。霸王行动开始的时候，盟军的飞机撒下大量的铝箔条，德国人的雷达屏幕上一片回波信号，他们已经彻底蒙圈了，盟军的电子佯动发挥到了极致。

布雷契莱庄园依靠“巨人”向英国和盟军指挥部提供了4.8万份破译的信息，平均每小时破译的德国情报超过了11份。等于是德国人几乎是完全透明了，没有什么秘密可言，这是了不起的成就。巨人机一共生产了11台，战后被下令销毁，而且是彻底粉碎。知道这件事的人也没向外吐露过半个字。巨人计算机就这么消失在了历史之中。后来虽然解密了，但是资料缺失太多，人们已经不知道这个机器究竟是什么构造了，忘光了。

现在，布莱奇雷庄园已经改造成了国家计算机博物馆。有好事者根据老照片想复原巨人计算机，但是只搞出来个样子货。这倒不是他们的技术不行，而是当年使用的元器件已经不再生产了，很多零件他们搞不到。巨人计算机的后期版本要使用2400个电子管，现在没地方弄去。为了复原光电读写头，他们甚至把当年参与过类似项目的老先生请出来，重新画设计图。即便如此还是很难复原当年的这套机器。信息缺失了，就很难再找回来。

我们大致可以得出一个规律，谁的恐惧感最强，谁就会在密码上下功夫。波兰当然是最没有安全感的国家之一。所以他们非常重视对无线电通信的破译工作，在苏波战争之中，他们破译了苏联方面400多条信息。破译工作卓有成效。但是，到了1926年，波兰人麻爪了。他们再也无法破解德国人的信息。当时欧洲各国都发现，德国人启用了新的加密系统，在这个加密系统面前，词频法失效了，根本没有用。

德国人的努力，其实也源于恐惧。英国人在一战以后，有一些资料透露出来了，比如1923年，皇家海军的官方报告里就提到了他们破译了德国人的通信，起到了意想不到的作用。丘吉尔也写了一本书提到了破译密码的事情。看到这样的消息，德国人可以说是悔恨交加，他们万没想到自己的作战方案对人家来讲几乎是透明的。恐惧感就是动力，这个规律在德国人身上也起作用了。过去不重视的东西，现在要重视起来了。

好在他们有谢尔比乌斯和里特的新发明 — 恩尼格玛密码机。其实他们1918年就已经搞出来了，当时没人重视罢了。在瑞典，达姆也搞出了类似的技术。与此类似，美国人爱德华·赫本发明了他的“无线电斯芬克斯”系统，而且对它充满希望。他花了38万美元开了一个工厂，到头来只卖出十几台机器，赚了1200美元，可以说是血本无归。1926年他在加州被股东起诉，被判有罪。

所以说，这几个人都搞出了原理类似的加密系统，大家想到一块去了。恩尼格玛密码机的原理其实不复杂。有一个转子，两边各有26个触点，触点之间是有连接线的，每个触点代表一个字母，电线大可以乱接，比如把A连接到对面的E，把C连接到对面的K，都可以，反正是打乱顺序重新映射。把这个轮子接到线路里面，我按下A的按钮，代表E的灯泡就会亮起来。反过来也一样，电线倒过来接，按下E的按钮，代表A的灯泡就会亮。也就是加密解密用一个机器就能完成。无外乎多个切换开关罢了。

如果只有一个轮子，这等于还是换汤不换药，人家恩尼格玛密码机用了4个转子。也就是经过了若干次重新映射。这四个轮子的映射方式都不同，一般人根本搞不清楚对应关系。更加关键的技术不是转子的多少，而且最后一个反射转子是会转的。每打一个字，轮子转动一格，映射关系马上就变了。这就等于是每个字母都要换一套密码本，词频法完全失效了。在恩尼格玛密码机上，你按下A这个字母，第一次出现了E，第二次不一定会出现什么字母，第三次更加不确定。

德国军方对于恩尼格玛密码机做了评估，他们发现，这个机器是极难破译的。因为加密的关键不是机器本身，而是那四个轮子是怎么设定的。四个轮子的设定值就是加密的秘钥。只要人家不知道秘钥，拿到机器都不见得有用。从1925年开始，恩尼格玛开始被德国国防军使用，后来逐渐推广到了政府的其他部门，日后的十年里，大约制造了3万台密码机。所以从1926年开始，大家都没办法破译德国人的密码，德国人似乎可以高枕无忧了。英法美三国不着急，破不出来就算了。波兰不能就这么算了，事关生死存亡。他们是硬着头皮也要上…