Tomek Wawrzyczek: Z pamiętnika “Młodego Technika”. Marzec 1979, czyli najważniejszy artykuł w dziejach elektroniki

Elektronika, jak mało która sfera ludzkiej aktywności, odznacza się niezmiennie od kilkudziesięciu lat niezwykłą dynamiką rozwoju i wyjątkowo rozległym zakresem zastosowań. Sam tranzystor - protoplasta dzisiejszych “scalaków” - od swojego powstania przeszedł ogromną ewolucję i dawno już w niczym nie przypomina swojego przodka - germanowego tranzystora ostrzowego, a półprzewodnikowe układy scalone zrewolucjonizowały i zmieniły na zawsze wiele dziedzin życia.

Wysoki poziom elektroniki to wysoki standard wyrobów przemysłu elektronicznego i maszynowego. To również - dzięki komputeryzacji i automatyzacji - lepsza organizacja pracy, szybszy dostęp do pełniejszej informacji, skuteczniejsze planowanie i zarządzanie, bardziej niezawodny transport i logistyka czy większa wydajność pracy. To postęp w medycynie, oświacie, komunikacji, kulturze... Można wyliczać bez końca. To również ogromne, rewolucyjne przemiany społeczne i polityczne. Gdyby nie tranzystor i to, w co się rozwinął, nie byłoby Internetu, e-maili, Windowsów, Playstation, iPhone’a, tabletów Samsunga. Nie byłoby Facebooka, Google, Twittera, Deezera, The Pirate Bay i... tego artykułu. Nie byłoby większości przedmiotów i urządzeń, bez których nie wyobrażamy sobie współczesnego świata, a które swoje działanie opierają na układach półprzewodnikowych.

Pięć dekad temu świat opanował proces elektronizacji, a głód nowych rozwiązań w tej dziedzinie był ogromny. Pomysły na zastosowanie półprzewodników rosły lawinowo. Nic dziwnego, że przemysł półprzewodnikowy rozwijał się średnio o 50% szybciej od reszty przemysłu elektronicznego. W końcu to półprzewodniki nadały rozwojowi elektroniki niesamowitej szybkości.

Pierwsze urządzenia elektroniczne oparte o układy półprzewodnikowe - małe płytki krzemowe zawierające w sobie kiedyś setki, tysiące, dziś miliony elementów elektronicznych: diod i tranzystorów - były w porównaniu z ich dzisiejszymi odpowiednikami duże i nieporęczne. A już z pewnością w większości nieprzenośne. Potrzeba miniaturyzacji urządzeń elektronicznych narodziła się równie szybko, jak sama elektronika. Tendencje do miniaturyzacji wynikały z dość oczywistej potrzeby konstruowania urządzeń poręczniejszych, lżejszych i przenośnych. Szybka potrzeba miniaturyzacji przeobraziła się w konieczność, a miniaturyzacja stała się w pewnym momencie condicio sine qua non dalszego rozwoju elektroniki i tych dziedzin, do których wkroczyła. Narodziła się mikroelektronika.

Pojęcie mikroelektroniki jest względne i zmieniało się na przestrzeni lat. W latach 70-, 80- i 90-tych ubiegłego wieku postęp w konstrukcji coraz to mniejszych scalonych układów półprzewodnikowych galopował z tak zawrotną prędkością, że to, co jeszcze pięć lat wcześniej było “mikro”, pięć lat później  przy nowszych układach wydawało się być “makro”. Generacja procesorów, kości pamięci, kontrolerów urządzeń peryferyjnych, kontrolerów audio i wideo goniła generację niemal z roku na rok. Od jakiego stopnia miniaturyzacji zatem zaczyna się mikroelektronika? Dziś wydaje się, że od dowolnego, bo każde niemal urządzenie elektroniczne ma w sobie ogromną ilość wyspecjalizowanych układów mikroelektronicznych. Nawet, jeśli samo urządzenie jest makro, to w środku jest mikro.

Na pierwszym etapie rozwoju układów scalonych przyjęto, że mikroelektronika to gałąź techniki elektronicznej, która zajmuje się gęstościami upakowania przekraczającymi 4 elementy elektroniczne w 1 cm sześciennym. Czy to dużo, czy mało? Z perspektywy współczesności to wartość nieco śmieszna, acz de facto świadcząca o tym, jak gigantyczny postęp nastąpił w elektronice. Gęstość upakowania elementów pamięciowych - neuronów - w mózgu ludzkim wynosi ponad 10 milionów na cm sześcienny. Niektóre współczesne układy scalone przekroczyły tą granice już dawno. Świat elektroniki od jakiegoś czasu nie posługuje się już gęstością upakowania elementów elektronicznych jako miarą miniaturyzacji, częściej w celach porównawczych operuje ilością funkcji, jakie dany układ może zrealizować i z jaką prędkością te funkcje realizuje.

Konieczność miniaturyzacji jest oczywista. Wyprodukowany w 1920 roku wzmacniacz na linii telefonicznej składał się z 10 elementów. Skonstruowane dziesięć lat później radiowe stacje przekaźnikowe zawierały już około 2 tys. elementów, w tym 20 lamp elektronowych - poprzedników dzisiejszych elementów półprzewodnikowych. Zaprojektowana w 1961 roku aparatura elektroniczna amerykańskiego bombowca B70 składała się z ponad 150 tys. elementów. Gdyby nie miniaturyzacja, cała ta elektronika zmontowana z osobnych elementów ważyłaby 2 tony i miała objętość grubo ponad 3 m sześciennych. Łatwo sobie wyobrazić objętość i wagę elektroniki współczesnych samolotów pasażerskich i wojskowych, gdyby nie skok jakościowy w miniaturyzacji, jaki nastąpił na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat.

Miniaturyzacja nie była spowodowana tylko potrzebą zmniejszenia wagi i objętości urządzeń elektronicznych. Równie istotną rzeczą była konieczność ograniczenia konsumpcji energii elektrycznej przez te urządzenia i zwiększenia ich niezawodności. Pierwszy elektroniczny komputer jaki został skonstruowany - zbudowany w 1945 roku na Uniwersytecie Pensylwania ENIAC - zawierał 18 tysięcy lamp elektronowych. Ich wymiana pochłaniała sporo czasu serwisowego i pieniędzy. Gdyby skonstruować w tej technologii bardziej złożone urządzenie, nie miałoby okazji popracować długo, bo z teoretycznego punktu widzenia, non stop trwałoby poszukiwanie i wymiana uszkodzonych elementów. Moc pobierana przez współczesne układy scalone jest nieraz wielokrotnie mniejsza od mocy pobieranej przez małą żaróweczkę. ENIAC był napędzany “mocą lokomotywy”, jak to zgrabnie ujął “Młody Technik”.

Takie zdałoby się ponadczasowe spojrzenie na elektronikę półprzewodnikową, która jak żadna inna dziedzina działalności człowieka zrewolucjonizowała jego życia, znalazło się w “Młodym Techniku” z marca 1979 roku. W ostatnich akapitach można znaleźć próbę rozważań nad przyszłością mikroelektroniki. Przypuszczano, że rozwój technologii układów scalonych może doprowadzić do, cytuję: “wytworzenia nowego szlagieru elektroniki - płaskiej lampy kineskopowej”. I co? Doprowadził? A to: “przypuszcza się również, że [...] przyczyni się do budowy efektywnych i tanich układów zmiany energii słonecznej na energię elektryczną”? Trafna prognoza?

W roku 1979 mijała 100 rocznica urodzin genialnego fizyka i wielkiego myśliciela - Alberta Ensteina. “Młody Technik” przybliżył swoim czytelnikom sylwetkę naukowca w dość osobliwy sposób - prezentując lata przełomowe i istotne w życiorysie i karierze Einsteina.

Jest rok 1905. Kolejno: 18 marca, 11 maja i 30 czerwca do redakcji słynnego w tamtym okresie czasopisma “Annalen der Physik” trafiają trzy prace mało komu znanego urzędnika Szwajcarskiego Biura Patentowego w Bernie, 26-letniego Alberta Einsteina. Każda z tych prac dotyczyła innej dziedziny, każda była przełomowa dla fizyki. Pierwsza przedstawiała hipotezę kwantów światła - później nazwanych fotonami. Druga dotyczyło podstaw teorii fluktuacji statystycznych omawianych na przykładzie ruchów cząstek Browna. Trzecia praca dotyczyła podstaw Wielkiej Teorii Względności - bodaj najśmielszej teorii w historii współczesności. Wszystkie te prace wydrukowane zostały w XVII tomie “Annalen der Physik”.

Jest rok 1909. Sława i uznanie środowisk naukowych nie przyszły Einsteinowi od razu. Do jego teorii, zwłaszcza Wielkiej Teorii Względności, podchodzono w większości sceptycznie, wszak wywracała ona do góry nogami wydawałoby się utrwalony raz na zawsze pogląd na świat. W październiku 1909 roku Einstein porzucił pracę w biurze patentowym i rozpoczyna karierę akademicką. Pracuje na kilku uniwersytetach. Nim przestał pracować jako urzędnik biura patentowego, we wrześniu wygłasza głośny referat na 81 Kongresie Niemieckich Przyrodników i Lekarzy. Pierwszy raz ma okazję przedstawić swoje teorie przed największymi sławami fizyki.

Jest rok 1915. Einstein zostaje profesorem na politechnice w Zurychu. Tej samej, na której niegdyś studiował. Pracuje nad swoją Wielką Teorią Względności. Na politechnice poznaje Marcela Grossmanna, matematyka specjalizującego się w rachunku różniczkowym. Okazuje się, że aparat rachunkowy geometrii różniczkowej jest idealnym językiem matematycznym opisującym Wielką Teorię Względności. Prace Einsteina nabierają tempa. W 1916 Wielka Teoria Względności zostaje przedstawiona publicznie jako dzieło kompletne. W 7 listopada 1919 roku jej słuszność zostaje oficjalnie potwierdzona podczas sesji Towarzystwa Królewskiego w Londynie. W ciągu jednego dnia Eistein stał się najpopularniejszym człowiekiem na Ziemi - jego sława jest równa tej, która do tej pory zarezerwowana była wyłącznie dla gwiazd filmowych.

Szczyt popularności Einsteina przypada na lata 20-te XX wieku. Kiedy Hitler dochodzi w 1933 roku do władzy, Einstein z drugą żoną szczęśliwie dla niego i dla nauki światowej przebywa za granicami Niemiec. Uczony oświadcza, że nie wróci już nigdy do Niemiec i wybiera Stany Zjednoczone na swoją drugą ojczyznę. Po 1933 roku poglądy Einsteina, człowieka zawsze otwartego i pogodnego, uśmiechniętego i zjednującego sobie wiele przyjaciół i znajomych, ulegają stopniowej radykalizacji. Po II Wojnie Światowej głośno opowiada się za socjalizmem, występuje w obronie Afroamerykanów prześladowanych rasowo w Stanach Zjednoczonych, a po zrzuceniu bomb atomowych na Hiroshimę i Nagasaki deklaruje się jako obrońca pokoju. Manifest Runella-Einsteina, ostatni publiczny akt uczonego, jest żarliwym apelem o pokój.

Poza artykułami o charakterze raczej teoretycznym, “Młody Technik” z marca 1979 roku przynosił też kilka materiałów praktycznych. Majsterkowiczom podpowiadał przy użyciu słów i klarownych schematów, jak domowym sposobem skonstruować elektryczną zapalniczkę do gazu. Posiadającym w rodzinie lub wśród znajomych kogoś, kto hodował króliki, miesięcznik wyjaśniał, jak prosto zmajstrować klatkę, w której ów równie miłe, co smaczne zwierzęta hodowca może przetrzymywać. Ambitni elektronicy mogli w lutowym numerze z 1979 roku znaleźć przepis na budowę stereofonicznego wzmacniacza na układach scalonych.

Twórcy pomysłów genialnych, zwariowanych i takich sobie w “Młodym Techniku” z lutego 1979 roku proponowali między innymi, by wózki dziecięce wyposażyć w ławeczkę, na której mogłyby co jakiś czas przysiadywać babcie opiekujące się dziećmi zapracowanych rodziców. Inni sugerowali, żeby meble drewniane nasączać substancją wonną tak, by po ich ustawieniu w domu wypełniły go miłymi dla nosa zapachami. Inni wpadli na pomysł, by zapałki przy wyjmowaniu z pudełka same się zapalały. Jeszcze inni proponowali produkcję jednorazowych skarpetek z... papieru. Ot, taki przejaw raczkującej ekologii.

A “Sędziwy Technik”? Ten donosił między innymi o skonstruowaniu przez Edisona urządzenia zamieniającego dźwięk w siłę. Gazeta “Wiek”, która 22 marca 1879 roku doniosła o tym doniosłym wydarzeniu, nie informowała, na czym ów wynalazek miałby polegać poza tym, że sugerowała, iż łoskot wód przelewających się przez próg wodospadu Niagara mógłby z powodzeniem zostać przerobiony na energię, którą można by poruszać młyny. Na przykład.

Tym żył świat techniki i nauki popularnej w marcu 1879 i 1979 roku.

Tomasz Wawrzyczek - rocznik 1969, z wykształcenia informatyk, z zawodu projektant GUI, z zamiłowania fotograf, dumny ojciec, szczęśliwy mąż, miłośnik bardzo, bardzo starych aparatów fotograficznych.