上一篇，我们从一台电脑怎样开机讲起，最后走到了 Linux 的 PID 1。今天把时间倒回几十年：在电脑学会开机之前，人们先要解决一个更基础的问题——怎样让电信号变强，又怎样用电信号控制电路？这个问题的答案，后来叫作晶体管。

想象你在院子里轻轻敲一下小铃铛。声音很小，如果想让远处的人也听见，就需要一个能把小声音变成大声音的办法。电话线里的电信号也会变弱，早期工程师需要一种“接力放大器”，让声音走很远仍然听得清。

晶体管之前，先有真空管

在晶体管出现前，放大电信号常靠真空管。它有点像一盏装在玻璃瓶里的小灯：里面的零件需要加热，电子才能在真空中流动。真空管能放大信号，也能当开关，电话设备和早期电子计算机都用过它。

可是它有明显的麻烦：玻璃外壳占地方，要发热，要消耗电，而且会老化或烧坏。零件越多，整台机器就越大、越难照料。早期计算机甚至需要一间房，维修人员得经常检查哪只管子出了问题。

真空管像一盏需要通电加热的大灯泡；晶体管后来让同一类工作缩小到一粒小小的固体材料里。

实验室里的锗晶体与两个触点

1947 年，美国贝尔电话实验室的约翰·巴丁（John Bardeen）和沃尔特·布拉顿（Walter Brattain），正在研究金属与半导体接触时，电荷会怎样移动。半导体是一类很特别的材料：它不像铜那样总是容易导电，也不像玻璃那样几乎不导电；经过合适的处理，它的导电能力可以被控制。

他们把两个非常靠近的金属尖端压在一块锗晶体表面。锗是半导体。这个装置看起来并不威风：一小块材料、细小金属触点，还有固定触点用的简易零件。但当电路接对之后，一个触点上的微小变化，能够影响另一个位置的电流。小信号于是可以控制较大的信号，放大效果出现了。

这就是点接触晶体管。‘点接触’说的是金属触点像针尖一样碰在晶体表面。它很娇气，制造和调节都不容易，却证明了关键的一件事：固体半导体可以承担过去由真空管完成的放大工作。

巴丁和布拉顿很快把几个元件接成音频放大器，演示声音被放大的效果。贝尔实验室的负责人注意到一个实用优点：它不像真空管那样需要先等灯丝热起来。这个新器件后来被称作 transistor，常被解释为 transfer resistor 的缩写，意思接近“能把信号从一端传到另一端并进行控制的电阻器”。

三位科学家，一段共同的历史

威廉·肖克利（William Shockley）也是贝尔实验室这一研究团队的重要成员。他参与推动半导体研究，并在点接触晶体管之后提出了另一种结构：结型晶体管。它不是把两个尖尖的触点压在表面，而是在半导体内部安排不同性质的区域，做成更适合稳定制造的结构。

所以，晶体管的诞生不是一位天才忽然从空白里变出成品。它来自团队研究、材料知识、实验技巧和后续工程改进。巴丁、布拉顿和肖克利因为半导体研究与晶体管效应的发现，共同获得了 1956 年诺贝尔物理学奖。

它为什么改变了世界？

第一只晶体管并没有立刻让所有机器变小。它只是打开了新的可能：如果一个放大器可以由固体材料完成，不必装一只发热的玻璃管，那么电话设备就有机会变得更小、更省电、更可靠。更多晶体管出现后，收音机、通信设备和计算机也开始改变。

还要记住，第一只晶体管并不等于今天芯片里的晶体管。它是一个早期实验器件，后来又出现结型晶体管、场效应晶体管等不同家族。它们细节各异，但都能用一个电信号去控制另一个电信号。下一篇，我们就用水龙头和门闩来说明：晶体管怎样放大，也怎样成为计算机里的开关。