摘要：1947 年 12 月，美国贝尔电话实验室（Bell Telephone Laboratories，简称“贝尔实验室”）的三位物理学家约翰·巴丁（John Bardeen）、威廉·肖克利（William Shockley）和沃尔特·布拉顿（Walter Bra
1947 年 12 月，美国贝尔电话实验室（Bell Telephone Laboratories，简称“贝尔实验室”）的三位物理学家约翰·巴丁（John Bardeen）、威廉·肖克利（William Shockley）和沃尔特·布拉顿（Walter Brattain）利用细金丝和一块锗，制造出一种紧凑的电子器件。该发明后来被命名为“晶体管”，三人也因此于 1956 年获得诺贝尔物理学奖。晶体管能够放大和切换电信号，彻底改变了此前依赖笨重而脆弱的真空管的电子工业格局。
值得注意的是，三位发明者并非有意追求某种具体产品。他们起初只是探索电子在半导体中的运动规律，研究锗晶体表面态和电子迁移率。经过数月的试验与改进，他们将量子力学的理论洞见与固体物理学的动手实验结合起来，最终取得突破。许多人原本认为这类研究过于基础、学术，甚至缺乏实际价值，但正是这种好奇心驱动的探索，开启了信息时代的大门。
随着时间的推移，晶体管成为现代科技的根基。从智能手机、计算机到卫星、核磁共振成像、全球定位系统乃至人工智能平台，几乎所有当代信息技术都依赖晶体管高速调制与传输电流的能力。
这项突破并非源于商业计划或产品推介，而是出自对未知的探索与坚持。贝尔实验室为此提供了自由和支持，使研究人员能够开展开放性、好奇心驱动的实验。1947 年底晶体管首次成功演示后，相关成果最初在贝尔实验室内部保密，以便申请专利并继续研发。直到 1948 年 6 月 30 日，在纽约召开的新闻发布会上才首次向公众公布，随后在 Physical Review 期刊上发表了奠基性论文。
晶体管的核心材料是半导体，如锗以及后来取而代之的硅。半导体可以根据结构与电荷的微小调控，表现为导电或绝缘特性。典型的晶体管中，只需在某一部分（“栅极”）施加微小电压，即可决定另一部分（“沟道”）中的电流是否流动。正是这种简洁的控制机制，被成倍放大数十亿次，使手机能够运行应用程序、电脑能够渲染图像、搜索引擎能够在毫秒内返回答案。
早期晶体管采用锗，但研究人员很快发现硅在热稳定性、耐湿性和资源丰富性上更具优势。到 20 世纪 50 年代末，硅逐渐取代锗，推动了集成电路的出现，并最终催生了当今微处理器。
如今，一块指甲盖大小的芯片可容纳数百亿个硅晶体管，其尺寸以纳米为计量单位，比许多病毒还要小。这些微小开关每秒开关数十亿次，控制着计算、存储、图像和声音处理以及人工智能所需的电信号流动。晶体管构成了现代数字设备的根本基础。
目前，全球半导体产业规模已超过 5000 亿美元。最初在物理实验室中诞生的实验原型，如今支撑着全球经济、国家安全、医疗卫生、教育与通信体系。
推动晶体管技术发展的许多关键认识，源自联邦政府资助的大学研究。据统计，20 世纪 50 年代贝尔实验室晶体管研究中，近四分之一来自联邦政府资助，其余大部分则得益于 AT&T 电话垄断所带来的丰厚收益。
这一体系受启发于 1945 年由范内瓦·布什（Vannevar Bush）应杜鲁门总统之邀撰写的报告《科学：无尽的前沿》。报告呼吁政府持续投资基础研究。这一传统延续至今，并在核能、激光、医学技术和人工智能等诸多领域带来丰硕成果。历代受过基础研究训练的学生，也由此推动了技术的不断突破。
在当今追求短期回报和快速应用的环境中，基础研究往往难以获得正当性。然而，正是那些可能几十年后才显现价值的探索，才是未来科技进步的关键。
数学家兼计算机科学家约翰·麦卡锡（John McCarthy）在 20 世纪 50 年代末提出“人工智能”一词，并在麻省理工学院组建了最早的 AI 研究小组，开发了至今仍在科学计算与 AI 应用中使用的编程语言 Lisp。当时人工智能的实际应用前景遥不可及，但这一奠基性工作为今日的 AI 世界打下了基础。
在经历 20 世纪 70 年代后的低谷与“人工智能寒冬”后，神经网络因数据、算力和理论局限一度被冷落。但研究者如杰弗里·辛顿（Geoffrey Hinton）和约翰·霍普菲尔德（John Hopfield）仍坚持探索。霍普菲尔德于 1982 年在《美国国家科学院院刊》上发表论文，提出划时代的神经网络模型，揭示了集体计算与无序磁系统行为之间的深刻联系。他与辛顿等人的研究共同为今天深度学习的爆发奠定了基础。两人也于 2024 年同获诺贝尔物理学奖。
神经网络的繁荣还得益于图形处理器（GPU）的发展。GPU 最初为游戏设计，但其矩阵运算能力恰好契合 AI 需求。而 GPU 本身则源自数十年材料科学与固体物理学的基础研究成果，如高介电材料、应变硅合金等。今天，我们正进入另一个前沿，探索忆阻器、相变与二维材料、以及自旋电子学器件等新方向。
如果你正在使用手机或电脑阅读这篇文章，你所握在手中的，正是建立在“好奇心冒险”之上的成果。同样的好奇心，如今依旧活跃在大学与科研实验室中。那些看似琐碎甚至冷门的研究，可能在 50 年后改变人类生活的方方面面。
现代经济中，英伟达、微软、苹果、亚马逊、谷歌等巨头的存在，都离不开不起眼的晶体管与科学家们对知识的执着追求。未来的“下一个晶体管”或许已不再是开关，而可能来自量子材料、有机-无机杂化材料、分级结构，或尚未被想象出的工具。但有一点可以肯定：它必然需要坚实的基础科学、充分的资源支持，以及自由探索未知的空间——并且需要有人愿意为这种“无保障的冒险”提供资金与信任。
原文链接：
1.https://www.technologyreview.com/2025/09/08/1123214/opinion-basic-science-research-funding/
来源：麻省理工科技评论APP
