Шокли, Уильям Брэдфорд: биография

В 1932 году Шокли поступил в докторантуру Массачусетского технологического института (MIT). Его научными руководителями стали вначале Джон Слейтер, а с 1933 года — ученик Карла Комптона Филип Морс. Морс был не только блестящим преподавателем и организатором, но и человеком со связями — он входил в кружок ведущих инженеров и менеджеров Bell Labs, посещавших вместе подпольные заведения Нью-Йорка . Морс познакомил Шокли с его будущим шефом Мервином Келли и с Уолтером Браттейном. Тогда же, в августе 1933 года, 23-летний Шокли женился на Джин Альберте Бейли, а в марте 1934 года Джин родила девочку, Аллисон Шокли.

Сверстник и товарищ Шокли по MIT Фредрик Зейтц отмечал, что к 1932 году Шокли развился в блестящего интеллектуала, способного с первой попытки решать сложные научные задачи, но при этом был совершенно не способен к восприятию чужих точек зрения. Уже тогда, по мнению Зейтца, в уме Шокли возникла навязчивая идея «власти избранных», отрицание демократии ради торжества интеллектуальной элиты. Шокли дополнял собственную «интеллектуальную исключительность» ежедневными физическими тренировками, по примеру Морзе занимался альпинизмом и спелеологией.

Весной 1936 года, когда Шокли завершал работу над докторским дипломом, в США продолжалась Великая депрессия. Университеты прекратили наём новых сотрудников, а Шокли надо было кормить семью. Поэтому, когда Келли предложил Шокли работу в нью-йоркском исследовательском центре Bell Labs с начальной зарплатой 310 долларов в месяц, Шокли немедленно согласился. После защиты диплома Шокли в июне 1936 года вся семья переехала в Нью-Йорк и обосновалась на 17-й улице.

Ранние работы на Bell Labs (1936—1942)

Шокли начал работу на Bell Labs в лаборатории вакуумных ламп Клинтона Дэвиссона. Уже в первый год работы у Дэвиссона Шокли опубликовал восемь научных работ и изобрёл устройство для фокусировки лучей в лучевой трубке. Bell Labs была одной большой фабрикой патентов, в которой карьеры сотрудников определялись не столько их вкладом в науку, сколько способностью генерировать патентуемые идеи. В историю же вошли не патенты Шокли, а его короткая статья 1938 года «О токах в проводниках, наведённых движущимся точечным зарядом».

К 1938 году рабочие частоты вакуумных ламп выросли настолько, что периоды колебаний стали сопоставимы с временем пролёта электрона между электродами. Радиотехникам потребовалась новая модель, описывающая не ток электронов от катода к аноду, но ток, наведённый этими электронами на электроды лампы. Традиционный анализ требовал трудоёмкого интегрирования напряжённости поля по теореме Гаусса. По Шокли, этот расчёт можно было заменить простой формулой, не требующей интегрирования. Независимо от Шокли к аналогичному решению пришёл Саймон Рамо. После публикации его работы в 1939 году модифицированная формула стала известна как теорема Шокли — Рамо. Она оказалась применима не только к вакуумным лампам, но и к емкостям колебательных контуров, к газонаполненным (ионизационные камеры) приборам и полупроводникам (солнечные батареи).

Вторая мировая война (1939—1945)

В межвоенные десятилетия, в эпоху формирования квантовой и ядерной физики, наука резко помолодела. В годы, когда Шокли начинал научную деятельность, считалось, что физики обычно совершают открытия в возрасте до 35 лет. Дирак и Эйштейн утверждали, что «физик умирает к тридцати годам». Анализ, проведённый в 2011 году, подтвердил, что 31 % нобелевских лауреатов по физике межвоенных лет были награждены за открытия, сделанные в возрасте до 30 лет, 78 % — за открытия, сделанные в возрасте до 40 лет. Возраст интеллектуального расцвета Шокли, с 29 до 35 лет, пришёлся на Вторую мировую войну. Шокли отдал свои лучшие годы не фундаментальной науке, но решению военно-прикладных задач.

Атомный проект

26 января 1939 года Нильс Бор сделал в Вашингтоне публичное сообщение об открытии деления атомного ядра. Превращение урана, облучённого медленными нейтронами, в изотоп бария, открыли Отто Ган и Фриц Штрассман, а теоретическое объяснение открытия сформулировали Лиза Мейтнер и Отто Фриш. Шокли, Браттейн и Джеймс Фиск посетили семинар Бора в Колумбийском университете и донесли услышанное до руководства Bell Labs, но вряд ли могли рассчитывать, что частный научно-прикладной институт займётся вопросами ядерной физики. Однако в мае 1940 года Келли поручил Шокли и Фиску проработать вопрос о возможности генерации ядерной энергии. Несколько дней спустя Шокли самостоятельно пришёл к идее замедления нейтронов в реакторе, сложенном из слоёв обогащенного урана, графита и воды. Через два месяца Шокли и Фиск доложили Келли о том, что уран действительно может служить источником промышленной энергии, изотопов для «грязных» бомб и о принципиальной возможности создания атомной бомбы.