電子工程師必須記住的十位科學(xué)家

威廉·肖克利(WilliamShockley):晶體管之父、1956年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)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(guó)人,父親是一個(gè)礦冶工程師,當(dāng)時(shí)被派駐在英國(guó)。3歲,隨父母舉家遷往加州,在那里長(zhǎng)大。

從事礦業(yè)的雙親從小給他灌輸科學(xué)思想,肖克利的母親教他學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。但是,對(duì)他產(chǎn)生特別重要影響的人是鄰居諾斯教授,一位斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家。10歲的肖克利是諾斯家的常客,和教授的兩個(gè)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(tīng)眾。一次,他們談到無(wú)線電,肖克利把天線與地線弄混了,無(wú)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(tīng)眾解釋了電波耦合的原理,他忽然覺(jué)得豁然開(kāi)朗。

1932年,在加州理工學(xué)院得到學(xué)士學(xué)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(jì)算”。1936年,獲固體物理學(xué)博士學(xué)位,后留校任教。

不久,位于新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室副主任凱利來(lái)麻省“挖角”,將肖克利挖走了。先后從事過(guò)真空管和氧化銅半導(dǎo)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(xué),從事海軍反潛艇的研究,1944年到1945年又當(dāng)過(guò)國(guó)防部的顧問(wèn)人員。在新澤西州的貝爾基地,他雷達(dá)裝置做些電子設(shè)計(jì),在那段時(shí)間,肖克利獲得了最高榮譽(yù)勛章。他的主要貢獻(xiàn)是將雷達(dá)用于B-29轟炸機(jī)。

1950年11月,肖克利出版了“半導(dǎo)體中的電子和電洞”一書(shū),這是基于他在貝爾實(shí)驗(yàn)室所給的一系列演講寫(xiě)成的,成為這個(gè)專(zhuān)業(yè)的經(jīng)典著作。1951年,他領(lǐng)導(dǎo)研究小組研制出第一個(gè)可靠的結(jié)型晶體管,這項(xiàng)發(fā)明證實(shí)了肖克利作為研究室主任的天賦。他知道如何找到問(wèn)題的根本。以他精練的風(fēng)格,不論是以文字還是口頭表述,他都能把實(shí)驗(yàn)導(dǎo)向一個(gè)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(yǔ):John Bardeen,1908年5月23日-1991年1月30日),美國(guó)物理學(xué)家,因發(fā)明晶體管及其相關(guān)效應(yīng);超導(dǎo)的BCS理論分別在1956年、1972年兩次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

巴丁1908年出生于美國(guó)威斯康星州的麥迪遜,1923年進(jìn)入威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電機(jī)工程系學(xué)習(xí), 1928年取得學(xué)士學(xué)位,1929年取得碩士學(xué)位。畢業(yè)后巴丁留校擔(dān)任電機(jī)工程研究助理。1930年到1933年期間,巴丁在匹茲堡海灣實(shí)驗(yàn)研究所從事地球磁場(chǎng)及重力場(chǎng)勘測(cè)方法的研究。1933年巴丁進(jìn)入普林斯頓大學(xué),在尤金·維格納的指導(dǎo)下研究固體物理學(xué)。1935年到1938年期間任哈佛大學(xué)研究員,并于1936年獲得普林斯頓大學(xué)博士學(xué)位。1938年到1941年間,巴丁擔(dān)任明尼蘇達(dá)大學(xué)助理教授,1941年到1945年在華盛頓海軍軍械實(shí)驗(yàn)室工作,1945年到1951年在貝爾電話公司實(shí)驗(yàn)研究所研究半導(dǎo)體及金屬的導(dǎo)電機(jī)制、半導(dǎo)體表面性能等問(wèn)題。1947年和同事沃爾特·布喇頓發(fā)明了半導(dǎo)體三極管(雙極性晶體管),一個(gè)月后,肖克利發(fā)明了PN結(jié)晶體管,三人因發(fā)現(xiàn)晶體管效應(yīng)共同獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

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

沃爾特·布喇頓,參與發(fā)明了晶體管,他的一生專(zhuān)心致力于‘表面態(tài)’的研究,他雖然出生于中國(guó)廈門(mén),但他是在春田、奧勒岡州與華盛頓度過(guò)他的人生早期歲月,他成長(zhǎng)于他的父母親羅斯·布喇頓與奧特麗·豪澤自家經(jīng)營(yíng)的位于華盛頓州的養(yǎng)牛牧場(chǎng),于位在瓦拉瓦拉,華盛頓的惠特曼學(xué)院(Whitman College)獲得他的物理與數(shù)學(xué)雙學(xué)士學(xué)位,布喇頓在1924年得到此學(xué)位并在1926年于奧勒岡大學(xué)獲頒碩士學(xué)位,他接著踏上往東的路途,在1929年于明尼蘇達(dá)大學(xué)獲得他的博士學(xué)位,布喇頓的論文指導(dǎo)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)能的異常現(xiàn)象。在1928年與1929年他在位于首都華盛頓的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所工作,并在1929年受雇于貝爾實(shí)驗(yàn)室。

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

海蒂·拉瑪(英語(yǔ):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(guó)演員、展布頻譜(Spread Spectrum)技術(shù)的共同發(fā)明人(為現(xiàn)代許多無(wú)線通訊系統(tǒng)包括無(wú)線局域網(wǎng)路與移動(dòng)電話的基礎(chǔ)關(guān)鍵,并于2014年被選入美國(guó)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(guó)專(zhuān)利局獲得了名為秘密通信系統(tǒng)(Secret Communications System)的專(zhuān)利,編號(hào)為2,292,387(后稱此技術(shù)為展頻技術(shù) Spread Spectrum)。事實(shí)上在他們的專(zhuān)利中一共使用了88種頻率,這個(gè)數(shù)字和鋼琴的按鍵相同。獲得專(zhuān)利后他們沒(méi)有開(kāi)發(fā)相關(guān)的商業(yè)用途而是直接交給了政府,他們還需要為此擔(dān)負(fù)相關(guān)的專(zhuān)利維護(hù)費(fèi)。然而那時(shí)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(shè)備塞入魚(yú)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(méi)有繼續(xù)他們的發(fā)明,但是實(shí)際上日后擴(kuò)頻技術(shù)在移動(dòng)電話通訊技術(shù) CDMA(Code Division Multiple Acces,分碼多工存取)、無(wú)線局域網(wǎng)路(WLAN)、Wi-Fi與 Bluetooth 都是奠基于展頻技術(shù)而來(lái)。海蒂拉瑪與喬治安瑟終其一生,未因此專(zhuān)利獲得任何一分錢(qián),1997 年,這項(xiàng)專(zhuān)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(huì)(Electronic Frontier Foundation;EFF)榮譽(yù)技術(shù)獎(jiǎng)?wù)碌目隙ā?

Claude Elwood Shannon (1916-2001)一個(gè)影響了整個(gè)數(shù)字通信時(shí)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(jiǎn)單的介紹一下香農(nóng)老前輩了。

克勞德·香農(nóng),作為信息論的創(chuàng)始人,20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家之一。他在通信技術(shù)與工程方面的創(chuàng)造性工作,為計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程通信奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),信息論及數(shù)字通信時(shí)代的奠基之父。經(jīng)他闡明的信息概念、連同“比特”這個(gè)單位已經(jīng)深入人心,成為今天日常生活都離不開(kāi)的詞匯。也許C=Blog2(1+S/N) 這個(gè)公式讓人更好記住香農(nóng)。這個(gè)公式托起了整個(gè)數(shù)字通信和信息論。他于1916年4月30日誕生于美國(guó)密西根州的,幼年在一個(gè)叫Gaylord的小鎮(zhèn)長(zhǎng)大,在密西根大學(xué)獲得數(shù)學(xué)與電氣工程學(xué)士學(xué)位(這個(gè)我問(wèn)了很多的同學(xué)好像在國(guó)內(nèi)都沒(méi)這個(gè)專(zhuān)業(yè),最近的就是計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)了),然后進(jìn)入大名鼎鼎的MIT攻讀研究生,并獲得了電氣工程碩士學(xué)位(那時(shí)好像還沒(méi)有我學(xué)的信息工程專(zhuān)業(yè))。

值得一提的是在MIT的時(shí)候香農(nóng)的畢業(yè)論文《A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits》就是一篇?jiǎng)潟r(shí)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(chǔ)。

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

論文的開(kāi)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(wèn)題是如何在一點(diǎn)近似或完全的再現(xiàn)另一點(diǎn)的內(nèi)容。)這篇論文建立了信息論這一學(xué)科(于是我大學(xué)時(shí)有專(zhuān)業(yè)可學(xué)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(wú)論是圖像、文字、聲音或數(shù)據(jù)都可以調(diào)整成1/0比特流通過(guò)信道傳送,他建立的信息理論框架和術(shù)語(yǔ)已經(jīng)成為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。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(shí)代所需要的技術(shù)發(fā)展。

在這篇論文中,香農(nóng)首次引入“比特”(bit)一詞,如果在信號(hào)中附加額外的比特,就能使傳輸錯(cuò)誤得到糾正。按照物理學(xué)的習(xí)慣,把電流單位叫做“安培”,如果給“比特流”一個(gè)單位名,那么叫做“香農(nóng)”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(guó)科學(xué)家,發(fā)明家,他是集成電路的 2 位發(fā)明人之一,為美國(guó)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(xiě)入了美國(guó)發(fā)明家名人堂,獲得了與亨利·福特、愛(ài)迪生和懷特兄弟并列的榮譽(yù)。他目前擁有六十多項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利,是電器和電子工程師協(xié)會(huì)的成員。

1958年6月,基爾比由于剛到德克薩斯機(jī)械廠工作,不能休假,自己在辦公室內(nèi),有時(shí)間思考如何能把整個(gè)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(dāng)時(shí)還無(wú)人用半導(dǎo)體做電阻和電容,如能用硅做,則整個(gè)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(chǎn)。12月基爾比在一片鍺單晶片上做成了集成電路。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明?；鶢柋人龅碾娐肥枪ぷ鞯?說(shuō)明他解決了做集成電路的所有問(wèn)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(tái)灣,他進(jìn)入圣若瑟書(shū)院就讀。中學(xué)畢業(yè)后,他考入香港大學(xué)。但由于當(dāng)時(shí)港大沒(méi)有電機(jī)工程系,他遠(yuǎn)赴英國(guó)東倫敦伍爾維奇理工學(xué)院(現(xiàn)英國(guó)格林威治大學(xué))就讀。1957年,他從伍爾維奇理工學(xué)院電子工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)。1965年,在倫敦大學(xué)下屬的倫敦帝國(guó)學(xué)院獲得電機(jī)工程博士學(xué)位。

1957年,高錕讀博士時(shí)進(jìn)入國(guó)際電話電報(bào)公司(ITT),在其英國(guó)子公司——標(biāo)準(zhǔn)電話與電纜有限公司(Standard Telephones and Cables Ltd.)任工程師。

1960年,他進(jìn)入ITT設(shè)于英國(guó)的歐洲中央研究機(jī)構(gòu)——標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)有限公司,在那里工作了十年,其職位從研究科學(xué)家升至研究經(jīng)理。正是在 這段時(shí)期,高錕教授成為光纖通訊領(lǐng)域的先驅(qū)。

從1957年開(kāi)始,高錕即從事光導(dǎo)纖維在通訊領(lǐng)域運(yùn)用的研究。

1964年,他提出在電話網(wǎng)絡(luò)中以光代替電流,以玻璃纖維代替導(dǎo)線。

1965年,在以無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一篇論文中提出以石英基玻璃纖維作長(zhǎng)程信息傳遞,將帶來(lái)一場(chǎng)通訊業(yè)的革命,并提出當(dāng)玻璃纖維損耗率下降到20分貝/公里時(shí),光纖維通訊就會(huì)成功。

1966年,在標(biāo)準(zhǔn)電話實(shí)驗(yàn)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(dǎo)、陶瓷科學(xué)(包括光纖制造)方面獲28項(xiàng)專(zhuān)利。由于他取得的成果,有超過(guò)10億公里的光纜以閃電般的速度通過(guò)寬帶互聯(lián)網(wǎng),為全球各地的辦事處和家居提供數(shù)據(jù)。

阿爾伯特·愛(ài)因斯坦(德語(yǔ):Albert Einstein,1879年3月14日-1955年4月18日)是20世紀(jì)猶太裔理論物理學(xué)家,創(chuàng)立了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一的相對(duì)論(另一支柱是量子力學(xué))。他在科學(xué)哲學(xué)領(lǐng)域頗具影響力。

他是質(zhì)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?yàn)椤皩?duì)理論物理的貢獻(xiàn),特別是發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)”,他榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這發(fā)現(xiàn)為量子理論的建立踏出了關(guān)鍵性的一步。

愛(ài)因斯坦在職業(yè)生涯早期就發(fā)覺(jué)經(jīng)典力學(xué)與電磁場(chǎng)無(wú)法相互共存,因而發(fā)展出狹義相對(duì)論。他又發(fā)現(xiàn),相對(duì)論原理可以延伸至引力場(chǎng)的建模。從研究出來(lái)的一些引力理論,他于1915年發(fā)表了廣義相對(duì)論。他持續(xù)研究統(tǒng)計(jì)力學(xué)與量子理論,導(dǎo)致他給出粒子論與對(duì)于分子運(yùn)動(dòng)的解釋。在1917年,愛(ài)因斯坦應(yīng)用廣義相對(duì)論來(lái)建立大尺度結(jié)構(gòu)宇宙的模型。

阿道夫·希特勒于1933年開(kāi)始掌權(quán)成為德國(guó)總理之時(shí),愛(ài)因斯坦正在走訪美國(guó)。由于愛(ài)因斯坦是猶太裔人,所以盡管身為普魯士科學(xué)院教授,亦沒(méi)有返回德國(guó)。

1940年,他定居美國(guó),隨后成為美國(guó)公民。在第二次世界大戰(zhàn)前夕,他在一封寫(xiě)給當(dāng)時(shí)美國(guó)總統(tǒng)富蘭克林·羅斯福的信里署名,信內(nèi)提到德國(guó)可能發(fā)展出一種新式且深具威力的炸彈,因此建議美國(guó)也盡早進(jìn)行相關(guān)研究,美國(guó)因此開(kāi)啟了曼哈頓計(jì)劃。

愛(ài)因斯坦支持增強(qiáng)同盟國(guó)的武力,但譴責(zé)將當(dāng)時(shí)新發(fā)現(xiàn)的核裂變用于武器用途的想法,后來(lái)愛(ài)因斯坦與英國(guó)哲學(xué)家伯特蘭·羅素共同簽署《羅素—愛(ài)因斯坦宣言》,強(qiáng)調(diào)核武器的危險(xiǎn)性。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋FRS FRSE(英語(yǔ):James Clerk Maxwell,1831年6月13日-1879年11月5日),蘇格蘭數(shù)學(xué)物理學(xué)家。其最大功績(jī)是提出了將電、磁、光統(tǒng)歸為電磁場(chǎng)中現(xiàn)象的麥克斯韋方程組[4]。麥克斯韋在電磁學(xué)領(lǐng)域的功績(jī)實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)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(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》中,麥克斯韋提出電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(zhì)中電場(chǎng)和磁場(chǎng)中許多現(xiàn)象的電磁擾動(dòng)[6],同時(shí)從理論上預(yù)測(cè)了電磁波的存在。此外,他還推進(jìn)了分子運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展,提出了彩色攝影的基礎(chǔ)理論,奠定了結(jié)構(gòu)剛度分析的基礎(chǔ)。

尼古拉·特斯拉(英語(yǔ):Nikola Tesla,塞爾維亞語(yǔ):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(xué)家、機(jī)械工程師、電機(jī)工程師和未來(lái)學(xué)家。他被認(rèn)為是電力商業(yè)化的重要推動(dòng)者,并因主要設(shè)計(jì)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(chǎng)理論的基礎(chǔ)上,特斯拉在電磁場(chǎng)領(lǐng)域有著多項(xiàng)革命性的發(fā)明。他的多項(xiàng)相關(guān)的專(zhuān)利以及電磁學(xué)的理論研究工作是現(xiàn)代的無(wú)線通信和無(wú)線電的基石。

在贏得著名的19世紀(jì)80年代的“電流戰(zhàn)爭(zhēng)”及在1894年成功進(jìn)行短波無(wú)線通信試驗(yàn)之后,特斯拉被認(rèn)為是當(dāng)時(shí)美國(guó)最偉大的電機(jī)工程師之一。他的許多發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是具有開(kāi)創(chuàng)性的,是電機(jī)工程學(xué)的先驅(qū)。1891年,特斯拉在成功試驗(yàn)了把電力以無(wú)線能量傳輸?shù)男问剿偷搅四繕?biāo)用電器之后,致力于商業(yè)化的洲際電力無(wú)線輸送,并且以此設(shè)想建造了半成品——沃登克里弗塔。

20世紀(jì)30年代,接近生命的尾聲階段,特斯拉一度變得深居簡(jiǎn)出,獨(dú)居于紐約市的一個(gè)旅館里,偶爾才會(huì)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(rèn)為是“瘋狂科學(xué)家”的原型。他對(duì)于金錢(qián)和法律事務(wù)之不在乎亦是其一生之致命傷。數(shù)家電子公司(今日美國(guó)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(zhuān)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(dāng)時(shí)的人所知,但是在20世紀(jì)90年代,他的公眾名望出人意料地上演了王者歸來(lái)。在2005年,他被電視節(jié)目“最偉大的美國(guó)人”(美國(guó)在線和探索頻道共同開(kāi)展)列為前100名,這張名單是由公眾投票產(chǎn)生。

在現(xiàn)代社會(huì)中處處可見(jiàn)特斯拉的遺產(chǎn)。撇開(kāi)他在電磁學(xué)和工程上的成就,特斯拉也被認(rèn)為對(duì)機(jī)器人、彈道學(xué)、資訊科學(xué)、核子物理學(xué)和理論物理學(xué)上等各種領(lǐng)域有貢獻(xiàn)。許多他的成就已伴隨著一些爭(zhēng)議被應(yīng)用,去支持著許多的非主流科學(xué),如幽浮理論和新世紀(jì)神秘理論。特斯拉當(dāng)代的欽佩者視他為“創(chuàng)造出二十世紀(jì)的人”。

國(guó)際單位制中的,用來(lái)衡量磁感應(yīng)強(qiáng)度(也作磁通量密度)的單位,是以特斯拉的名字命名,符號(hào)T(由國(guó)際度量衡大會(huì)在1960年確立)。在塞爾維亞首都貝爾格萊德有一座國(guó)際機(jī)場(chǎng)以他的名字命名的。塞爾維亞紙幣上至今有他的頭像。