1947 年 12 月，美國貝爾電話實驗室（Bell Telephone Laboratories，簡稱“貝爾實驗室”）的三位物理學(xué)家約翰·巴?。↗ohn Bardeen）、威廉·肖克利（William Shockley）和沃爾特·布拉頓（Walter Brattain）利用細金絲和一塊鍺，制造出一種緊湊的電子器件。該發(fā)明后來被命名為“晶體管”，三人也因此于 1956 年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。晶體管能夠放大和切換電信號，徹底改變了此前依賴笨重而脆弱的真空管的電子工業(yè)格局。

值得注意的是，三位發(fā)明者并非有意追求某種具體產(chǎn)品。他們起初只是探索電子在半導(dǎo)體中的運動規(guī)律，研究鍺晶體表面態(tài)和電子遷移率。經(jīng)過數(shù)月的試驗與改進，他們將量子力學(xué)的理論洞見與固體物理學(xué)的動手實驗結(jié)合起來，最終取得突破。許多人原本認為這類研究過于基礎(chǔ)、學(xué)術(shù)，甚至缺乏實際價值，但正是這種好奇心驅(qū)動的探索，開啟了信息時代的大門。

隨著時間的推移，晶體管成為現(xiàn)代科技的根基。從智能手機、計算機到衛(wèi)星、核磁共振成像、全球定位系統(tǒng)乃至人工智能平臺，幾乎所有當(dāng)代信息技術(shù)都依賴晶體管高速調(diào)制與傳輸電流的能力。

這項突破并非源于商業(yè)計劃或產(chǎn)品推介，而是出自對未知的探索與堅持。貝爾實驗室為此提供了自由和支持，使研究人員能夠開展開放性、好奇心驅(qū)動的實驗。1947 年底晶體管首次成功演示后，相關(guān)成果最初在貝爾實驗室內(nèi)部保密，以便申請專利并繼續(xù)研發(fā)。直到 1948 年 6 月 30 日，在紐約召開的新聞發(fā)布會上才首次向公眾公布，隨后在Physical Review期刊上發(fā)表了奠基性論文。

晶體管的核心材料是半導(dǎo)體，如鍺以及后來取而代之的硅。半導(dǎo)體可以根據(jù)結(jié)構(gòu)與電荷的微小調(diào)控，表現(xiàn)為導(dǎo)電或絕緣特性。典型的晶體管中，只需在某一部分（“柵極”）施加微小電壓，即可決定另一部分（“溝道”）中的電流是否流動。正是這種簡潔的控制機制，被成倍放大數(shù)十億次，使手機能夠運行應(yīng)用程序、電腦能夠渲染圖像、搜索引擎能夠在毫秒內(nèi)返回答案。

早期晶體管采用鍺，但研究人員很快發(fā)現(xiàn)硅在熱穩(wěn)定性、耐濕性和資源豐富性上更具優(yōu)勢。到 20 世紀 50 年代末，硅逐漸取代鍺，推動了集成電路的出現(xiàn)，并最終催生了當(dāng)今微處理器。

如今，一塊指甲蓋大小的芯片可容納數(shù)百億個硅晶體管，其尺寸以納米為計量單位，比許多病毒還要小。這些微小開關(guān)每秒開關(guān)數(shù)十億次，控制著計算、存儲、圖像和聲音處理以及人工智能所需的電信號流動。晶體管構(gòu)成了現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備的根本基礎(chǔ)。

目前，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超過 5000 億美元。最初在物理實驗室中誕生的實驗原型，如今支撐著全球經(jīng)濟、國家安全、醫(yī)療衛(wèi)生、教育與通信體系。

推動晶體管技術(shù)發(fā)展的許多關(guān)鍵認識，源自聯(lián)邦政府資助的大學(xué)研究。據(jù)統(tǒng)計，20 世紀 50 年代貝爾實驗室晶體管研究中，近四分之一來自聯(lián)邦政府資助，其余大部分則得益于 AT&T 電話壟斷所帶來的豐厚收益。

這一體系受啟發(fā)于 1945 年由范內(nèi)瓦·布什（Vannevar Bush）應(yīng)杜魯門總統(tǒng)之邀撰寫的報告《科學(xué)：無盡的前沿》。報告呼吁政府持續(xù)投資基礎(chǔ)研究。這一傳統(tǒng)延續(xù)至今，并在核能、激光、醫(yī)學(xué)技術(shù)和人工智能等諸多領(lǐng)域帶來豐碩成果。歷代受過基礎(chǔ)研究訓(xùn)練的學(xué)生，也由此推動了技術(shù)的不斷突破。

在當(dāng)今追求短期回報和快速應(yīng)用的環(huán)境中，基礎(chǔ)研究往往難以獲得正當(dāng)性。然而，正是那些可能幾十年后才顯現(xiàn)價值的探索，才是未來科技進步的關(guān)鍵。

數(shù)學(xué)家兼計算機科學(xué)家約翰·麥卡錫（John McCarthy）在 20 世紀 50 年代末提出“人工智能”一詞，并在麻省理工學(xué)院組建了最早的 AI 研究小組，開發(fā)了至今仍在科學(xué)計算與 AI 應(yīng)用中使用的編程語言 Lisp。當(dāng)時人工智能的實際應(yīng)用前景遙不可及，但這一奠基性工作為今日的 AI 世界打下了基礎(chǔ)。

在經(jīng)歷 20 世紀 70 年代后的低谷與“人工智能寒冬”后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因數(shù)據(jù)、算力和理論局限一度被冷落。但研究者如杰弗里·辛頓（Geoffrey Hinton）和約翰·霍普菲爾德（John Hopfield）仍堅持探索?；羝辗茽柕掠?1982 年在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表論文，提出劃時代的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，揭示了集體計算與無序磁系統(tǒng)行為之間的深刻聯(lián)系。他與辛頓等人的研究共同為今天深度學(xué)習(xí)的爆發(fā)奠定了基礎(chǔ)。兩人也于 2024 年同獲諾貝爾物理學(xué)獎。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的繁榮還得益于圖形處理器（GPU）的發(fā)展。GPU 最初為游戲設(shè)計，但其矩陣運算能力恰好契合 AI 需求。而 GPU 本身則源自數(shù)十年材料科學(xué)與固體物理學(xué)的基礎(chǔ)研究成果，如高介電材料、應(yīng)變硅合金等。今天，我們正進入另一個前沿，探索憶阻器、相變與二維材料、以及自旋電子學(xué)器件等新方向。

如果你正在使用手機或電腦閱讀這篇文章，你所握在手中的，正是建立在“好奇心冒險”之上的成果。同樣的好奇心，如今依舊活躍在大學(xué)與科研實驗室中。那些看似瑣碎甚至冷門的研究，可能在 50 年后改變?nèi)祟惿畹姆椒矫婷妗?/p>

現(xiàn)代經(jīng)濟中，英偉達、微軟、蘋果、亞馬遜、谷歌等巨頭的存在，都離不開不起眼的晶體管與科學(xué)家們對知識的執(zhí)著追求。未來的“下一個晶體管”或許已不再是開關(guān)，而可能來自量子材料、有機-無機雜化材料、分級結(jié)構(gòu)，或尚未被想象出的工具。但有一點可以肯定：它必然需要堅實的基礎(chǔ)科學(xué)、充分的資源支持，以及自由探索未知的空間——并且需要有人愿意為這種“無保障的冒險”提供資金與信任。

1.https://www.technologyreview.com/2025/09/08/1123214/opinion-basic-science-research-funding/