Шокли, Уильям Брэдфорд

Уи́льям Брэ́дфорд Шо́кли (англ. William Bradford Shockley; 13 февраля 1910, Лондон — 12 августа 1989, Станфорд) — американский физик, исследователь полупроводников, лауреат Нобелевской премии по физике 1956 года. В годы Второй мировой войны Шокли участвовал в создании американской школы исследования операций и в разработке тактики стратегических бомбардировок. В январе 1948 года Шокли изобрёл плоскостной биполярный транзистор, а затем создал научную теорию, объяснявшую его работу. В 1956 году Шокли основал названную его именем лабораторию, которая стала одним из истоков Кремниевой долины.

В личности Шокли сочетались талант теоретика и преподавателя, культ собственного интеллекта и тела, неукротимая тяга к соперничеству и глухота к мнениям и интересам других людей. Жёсткость Шокли стала причиной ухода из его компании «вероломной восьмёрки», положившей начало буму в микроэлектронике. В 1960-е годы Шокли увлёкся идеями евгеники и начал публичную кампанию против «вырождения» американской нации. Его расистские теории, отвергнутые обществом, разрушили научную репутацию Шокли, привели к фактическому изгнанию из научного сообщества[4].

Уильям Брэдфорд Шокли родился в необычной семье. Отец и мать Шокли познакомились, когда ему было 52 года, ей 30[5]. Оба получили превосходное для своего времени образование. Уильям Шокли-старший, потомок пилигримов с «Мейфлауэра», сын шкипера-китобоя, окончил Массачусетский технологический институт и сколотил небольшое состояние, работая горным инженером — сначала в Калифорнии, а затем в Китае[6]. В зрелые годы он забросил инженерное дело и занялся спекуляциями на акциях горнорудных компаний[5]. Мать окончила Стэнфордский университет и стала первой в США женщиной — горным инспектором[7]. После свадьбы в январе 1908 года супруги Шокли переехали в Лондон, поближе к биржевым интересам Уильяма Шокли-старшего[8]. Семья вела праздный, богемный образ жизни, и не соглашалась умерить свои расходы даже тогда, когда стало ясно, что бизнес мужа не приносит дохода[9]. Летом 1909 года, когда мать была беременна Уильямом-младшим, Уильяму-старшему пришлось отправиться на заработки в геологоразведочную экспедицию на Амур[10]. Он вернулся в Лондон незадолго до родов, которые оказались неожиданно долгими и тяжёлыми[11].

Шокли родился физически здоровым, но вскоре родители обратили внимание на странности в его умственном и душевном развитии[12]. Подробные дневники, которые вели отец и мать, свидетельствуют о том, что уже в пять месяцев ребёнок произнёс собственное имя, Билли, а в двенадцать месяцев умел считать до четырёх и узнавал буквы алфавита[12]. Одновременно с этим Уильям был склонен к припадкам слепой, неуправляемой агрессии[12]. Он кусал родителей, бился в конвульсиях, однажды сильно ударился головой о чугунную батарею[12]. Он стал опасен, прежде всего для самого себя[12]. Телесные наказания и психологические эксперименты не помогали, наёмные няньки в доме Шокли долго не задерживались, но хуже всего было то, что уверенные в собственном «педагогическом даре» родители не давали Уильяму общаться со своими сверстниками[13].

В 1913 году семья от безденежья вернулась в США и обосновалась в Калифорнии. Родители долго не желали отдавать сына в школу. Только в восемь лет Уильям пошёл в публичную школу, а год спустя — в дорогую частную «Военную академию Пало-Алто»[13]. К удивлению родителей, в закрытом интернате Уильям не только отлично учился, но и неплохо себя вёл[14]. В 1922 родители, планировавшие вновь уехать в Лондон, забрали сына из школы, и только в 1924 году Уильям, пропустив средние классы, вернулся в школу[15]. 18 мая 1927 года он сдал приёмные экзамены в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе. 26 мая того же года Уильям Шокли-старший умер от инсульта, оставив жене и сыну достаточно средств на экономную, но безбедную жизнь[16].

К восемнадцати годам Шокли достиг пика физической формы, которую поддерживал постоянными тренировками, и даже снимался в рекламе спортивных тренажёров[17]. Примерно тогда же сформировалась доминирующая черта характера Шокли — неукротимая тяга к соперничеству[18]. Осенью 1928 года Шокли перешёл из университета в Калифорнийский технологический институт — в те годы небольшой колледж, занимавшийся исключительно фундаментальной наукой под руководством нобелевского лауреата Роберта Милликена[19]. Четыре года обучения Шокли в Калтехе совпали с периодом формирования квантовой механики, и именно на ней Шокли и сосредоточился[20]. Учебный план Шокли составил будущий дважды нобелевский лауреат Лайнус Полинг, а наибольшее влияние на Шокли, с его слов, оказали преподаватели теоретической физики Уильям Хаустон[en] и Ричард Толмен[21].

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 Морзе[en][22]. Морзе 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 [23]. Морзе познакомил Шокли с его будущим шефом Мервином Келли и с Уолтером Браттейном[23]. Тогда же, в августе 1933 года, 23-летний Шокли женился на Джин Альберте Бейли, а в марте 1934 года Джин родила девочку, Аллисон Шокли[24].

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[25][26]. Шокли дополнял собственную «интеллектуальную исключительность» ежедневными физическими тренировками, по примеру Морзе занимался альпинизмом и спелеологией[27].

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[en] Bell Labs с начальной зарплатой 310 долларов в месяц, Шокли немедленно согласился[28]. После защиты диплома Шокли в июне 1936 года вся семья переехала в Нью-Йорк и обосновалась на 17-й улице[29].

Шокли начал работу на Bell Labs в лаборатории вакуумных ламп Клинтона Дэвиссона[30]. Уже в первый год работы у Дэвиссона Шокли опубликовал восемь научных работ и изобрёл устройство для фокусировки лучей в лучевой трубке[30]. Bell Labs была одной большой фабрикой патентов, в которой карьеры сотрудников определялись не столько их вкладом в науку, сколько способностью генерировать патентуемые идеи[30]. В историю же вошли не патенты Шокли, а его короткая статья 1938 года «О токах в проводниках, наведённых движущимся точечным зарядом»[31].

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[32]. По Шокли, этот расчёт можно было заменить простой формулой, не требующей интегрирования. Независимо от Шокли к аналогичному решению пришёл Саймон Рамо[en][32]. После публикации его работы в 1939 году модифицированная формула стала известна как теорема Шокли — Рамо[32]. Она оказалась применима не только к вакуумным лампам, но и к емкостям колебательных контуров[33], к газонаполненным (ионизационные камеры[34]) приборам и полупроводникам (солнечные батареи[35]).

В межвоенные десятилетия, в эпоху формирования квантовой и ядерной физики, наука резко помолодела[36]. В годы, когда Шокли начинал научную деятельность, считалось, что физики обычно совершают открытия в возрасте до 35 лет[37]. Дирак и Эйнштейн утверждали, что «физик умирает к тридцати годам»[36]. 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[36]. Возраст интеллектуального расцвета Шокли, с 29 до 35 лет, пришёлся на Вторую мировую войну. Шокли отдал свои лучшие годы не фундаментальной науке, а решению военно-прикладных задач.

26 января 1939 года Нильс Бор сделал в Вашингтоне публичное сообщение об открытии деления атомного ядра[38]. Превращение урана, облучённого медленными нейтронами, в изотоп бария, открыли Отто Ган и Фриц Штрассман, а теоретическое объяснение открытия сформулировали Лиза Мейтнер и Отто Фриш[39]. 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[40]. Однако в мае 1940 года Келли поручил Шокли и Фиску проработать вопрос о возможности генерации ядерной энергии[40]. Несколько дней спустя Шокли самостоятельно пришёл к идее замедления нейтронов в реакторе, сложенном из слоёв обогащенного урана, графита и воды[40]. 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[41].

Сразу после этого доклада Bell Labs прекратила свой ядерный проект — скорее всего, по указке правительства. Доклад Шокли и Фиска, вероятно, был известен британским и канадским ядерщикам, но в самих США его держали в секрете от собственных физиков[42]. Обнародовать свою работу Шокли и Фиск не могли, так как в стране уже действовал мораторий на публикации по ядерной физике[41]. Они подали патентную заявку на разработанную ими схему реактора, а состоявшаяся после войны экспертиза показала, что именно Шокли и Фиск являются авторами первой работоспособной схемы реактора[42]. Со слов Фиска, правительство США решило не допустить того, чтобы стратегически важный патент оказался в частной собственности: правительство надавило на AT&T, и компания тихо отказалась от борьбы за патент на реактор[42].

Весной 1942 года Морзе пригласил, а фактически мобилизовал, Шокли на должность директора по исследованиям недавно созданной группы по противолодочным операциям (англ. Anti-Submarine Warfare Operations Research Group, ASWORG)[43]. В течение последующих полутора лет Шокли занимался исследованием операций противолодочных сил и атлантических конвоев. По мнению биографа Шокли Джоэла Шуркина, лето 1942 года стало лучшим периодом в жизни Шокли, за которым последовала необратимая деградация[44].

Вначале Морзе поручил Шокли разобраться с проблемой неэффективности авиаударов по подводным лодкам[37]. Глубинные бомбы, сбрасываемые с самолётов, на практике были намного менее эффективными, чем те же бомбы, сбрасываемые с надводных кораблей[37]. Несколько дней спустя Шокли нашёл ответ: эсминцы сбрасывали бомбы на подводные цели, самолёты — на надводные, однако взрыватели авиационных глубинных бомб устанавливались на стандартную флотскую глубину срабатывания для подводных целей — 75 футов (25 м)[37]. По рекомендации Шокли взрыватели авиационных бомб установили на глубину срабатывания 35 футов, и через два месяца флот сообщил, что эффективность поражения подлодок с воздуха выросла в пять раз[45]. Однако вскоре, когда группа Шокли занялась вопросами поиска подлодок и оценкой эффективности противолодочных радаров, стало ясно, что флотская отчётность недостоверна[46]. Чтобы понять, насколько она недостоверна, физикам и математикам пришлось переселиться на военно-морские базы и летать в Атлантику с боевыми экипажами, одновременно обучая лётчиков новейшей тактике патрулирования[47].

«Нащупав» реальное положение дел в противолодочной авиации, группа Шокли выполнила два исследования, определившие тактику ВМФ США на заключительном этапе битвы за Атлантику[48]. Во-первых, Шокли доказал, что использование радара повышает вероятность обнаружения подводной лодки в три раза, и сделал вывод о том, что немцы не используют имевшиеся на подводных лодках детекторы радиолокационного излучения[48]. Наибольшую вероятность обнаружения цели, по мнению группы Шокли, имели медленные патрульные самолёты с постоянно включенными радарами, ведущие поиск вдали от берегов США[48]. Флот последовал этой рекомендации, оборудовал все патрульные самолёты радарами и запретил пилотам отключать их[48]. Во-вторых, изучив статистику действий немецкой авиации против атлантических конвоев, группа Шокли сделала вывод о том, что немецкая авиация не использует радары при поиске целей. Как следствие, в условиях ограниченной видимости и в тумане конвои могли не опасаться обнаружения с воздуха[49].

Группе Шокли довелось делать и нежелательные для ВМФ открытия. Сотрудник Шокли, изучавший эффективность пеленгации радиопередатчиков немецких подлодок, установил, что достижения американских радистов существенно превосходили расчётную точность триангуляции[50]. Когда Морзе доложил о странном выводе руководству ВМФ, тему срочно закрыли: аналитик Шокли случайно вышел на другой, глубоко засекреченный источник информации — взломанные англичанами немецкие шифры[50].

В течение 1943 года союзники выиграли битву за Атлантику, и в январе 1944 года Шокли перешёл из подчинения ВМФ в группу консультантов стратегической авиации[51]. Весной и летом 1944 года Шокли разрабатывал программу обучения лётчиков навыкам ориентации и бомбометания по индикатору кругового обзора[en] бортового радара[51]. Облетев вдоль и поперёк район учебных полётов в Северной Каролине, Шокли составил карту характерных примет местности и их радиолокационных профилей, по которым тренировали лётчиков дальней авиации[51]. Обучение по программе Шокли занимало 85 лётных часов, по окончании программы бомбардиры должны были укладывать бомбы в радиусе 500 м (1700 футов) от расчётной цели — ночью, со средних высот на крейсерской скорости[52]. Промахи обычно свидетельствовали не об ошибках лётчиков, а о неточности радиолокационных карт[53].

В сентябре 1944 — феврале 1945 года Шокли предпринял уникальное для того времени кругосветное путешествие[54]. Он посетил коллег в Англии, провёл несколько недель на авиабазах в Индии, а затем вылетел на захваченный у японцев Сайпан для оценки боевой эффективности бомбардировок Японии новейшими B-29[54]. Январь 1945 года Шокли провёл на Цейлоне, составляя радиолокационные карты для налётов на Осаку и Нагою[55]. В марте 1945 года эти карты пошли в дело. По мнению командующего ВВС генерала Арнолда, неожиданно раннее (2 сентября 1945 года) окончание войны было, в том числе, личной заслугой Шокли[56].

В феврале 1945 года по инициативе Арнолда вернувшийся в США Шокли стал советником военного министра и сосредоточился на оценке эффективности стратегических бомбардировок Германии и Японии[55]. Шокли придерживался мнения о том, что реальная эффективность бомбардировок Германии была меньше, чем признавалось официально, но, в отличие от своего британского учителя и коллеги Патрика Блэкетта, Шокли не отрицал целесообразности этих бомбардировок[57]. Эффективность налётов на Японию была намного ниже, и Шокли рекомендовал «изучить альтернативы»[57]. Неизвестно, имел ли Шокли в виду атомные бомбардировки, знал ли он о действительном состоянии Манхэттенского проекта — но о том, что такие работы ведутся, он не мог не знать[58]. Уже после Хиросимы военные поручили Шокли оценить, насколько Советский Союз отставал от США в разработке ядерного оружия. Шокли дал пессимистический ответ: «на три года»[59]. В действительности СССР испытал первую атомную бомбу на четыре года позже США, 29 августа 1949 года.

Война изменила отношение Шокли к собственному месту в науке. Шокли навсегда отошёл от чистой науки, сосредоточившись на прикладных, практических задачах[60]. Он сохранил дар теоретика, но теория интересовала его исключительно как средство, ведущее к практической цели — созданию полупроводниковых приборов[60]. Война отрицательно повлияла на психику Шокли, его брак с Джин Бейли был близок к распаду. В 1942 и 1947 годах Джин родила Шокли двух сыновей, но к концу войны супругов не связывало ничего, кроме ответственности за детей. 6 ноября 1943 года, во время одного из редких отпусков, Шокли предпринял неудачную попытку застрелиться[61]. Поводы к самоубийству, причины глубокой депрессии Шокли в этот день остались неизвестны[62]. Шокли никогда более не предпринимал попыток самоубийства: вероятно, он решил, что судьба дала ему второй шанс[62]. В бога Шокли не верил[63]. В первые два-три года после войны Шокли, со слов очевидцев, вёл себя безупречно[64], но в декабре 1947 года в его жизни произошёл другой кризис. Изобретение точечного транзистора, в котором Шокли не принимал участия, побудило Шокли начать теоретическую проработку гипотетического плоскостного транзистора — работу, которая принесла ему Нобелевскую премию.

Бардин, Шокли и Браттейн в лаборатории. Постановочное рекламное фото 1948 года. К этому времени отношения Шокли и Бардина были бесповоротно испорчены

Весной 1945 года Шокли вернулся в Bell Labs и собрал рабочую группу по разработке полупроводниковых приборов. В сентябре 1945 года, основываясь на работах Карла Ларка-Хоровица, сузил выбор перспективных полупроводников до двух — германия и кремния[65]. В январе 1946 года Шокли задал единственно возможное, как тогда казалось, направление поиска — разработку гипотетического полевого транзистора, прибора, в котором внешнее электростатическое поле затвора управляет током в массиве полупроводника[66][67]. По всем расчётам, такой прибор должен был работать, но эксперимент опроверг надежды Шокли[68]. Все 34 сотрудника лаборатории Шокли сосредоточились на одной цели — выяснение причин «одной из величайших неудач в истории науки»[69]. В октябре 1945 года к работе присоединился блестящий теоретик Джон Бардин[69]. 19 марта 1946 года Бардин впервые объяснил произошедшее в терминах теории поверхностных состояний[70], а в следующие несколько месяцев Бардин и Браттейн экспериментально подтвердили эту гипотезу[71]. Шокли был раздосадован: до войны он сам занимался поверхностными состояниями, и должен был бы учесть их — но не сделал этого[72]. Он устранился от работы над «полевым транзистором», а Бардин, Браттейн и их помощники продолжили опыты, с каждым шагом отдаляясь от направления, заданного Шокли[73][74]. Шокли проявил интерес к их работам только в октябре-ноябре 1947 года, но по-прежнему не принимал в них активного участия[75][76].

16 декабря 1947 года Браттейн собрал первый работоспособный точечный транзистор, а 23 декабря продемонстрировал руководству Bell Labs, в том числе Шокли, транзисторный усилитель[77][78]. Рано утром 25 декабря над Нью-Джерси начался обильный снегопад[en], сделавший дороги непроходимыми, но Шокли всё же сумел добраться до лаборатории, чтобы ещё раз посмотреть на установку Браттейна[60]. Он понял, что упустил, возможно, главное открытие своей жизни[79]. Патентные эксперты компании подтвердили, что все личные права на изобретение принадлежат Бардину и Браттейну, но не Шокли[80]. Со слов Браттейна, Шокли попытался торпедировать их патентную заявку: «Он позвонил по очереди Бардину и мне и … и заявил, что иногда люди, выполняющие работу, не получают того, что им причитается. Он считал, что в состоянии [сам, единолично] запатентовать всё, начиная с полевого эффекта…»[81][82]. Браттейн отшутился: «Славы хватит на всех», Бардин затаил обиду[79]. Взаимное недоверие, порождённое минутной паникой Шокли, стало началом конца лаборатории Шокли в Bell Labs[83]. Идея Шокли «запатентовать всё» провалилась, так как патент на принцип действия полевого транзистора уже принадлежал Юлиусу Лилиенфельду[84].

Существуют косвенные признаки того, что в начале 1948 года Шокли угрожал компании судебным иском, если та не сделает его соавтором заявки[85]. Скорее всего, переговоры окончились компромиссом: авторство изобретения осталось за Бардином и Браттейном, но в публичных заявлениях Bell Labs изобретателями назывались трое: Бардин, Браттейн и Шокли[86]. Внутренняя инструкция Bell Labs предписывала, чтобы на всех фото для прессы Бардин, Браттейн и Шокли появлялись вместе, как равные соавторы[87]. На первой публичной демонстрации транзистора именно Шокли отвечал на вопросы журналистов, став на время лицом компании[88]. Так, ещё до присуждения Нобелевской премии 1956 года, в американском обществе сложился миф о «трёх изобретателях» первого транзистора, и миф о Шокли как о «первом среди равных»[89][90]

Главный творческий прорыв состоялся не тогда, когда я пытался изобрести транзистор, а когда я конструировал установку для экспериментов с поверхностными явлениями в точечных транзисторах. Внезапно до меня дошло, что экспериментальная структура и есть транзистор. Именно она и была запатентована как плоскостной транзистор. Я был удручён тем, что, зная всё необходимое для этого изобретения, я целый год не мог соединить части целого — до тех пор, пока не появился раздражитель в лице точечного транзистора. — Уильям Шокли, 1972[91]

Ревность к успеху коллег и озлобление собственными ошибками подстегнули волю Шокли[92]. 25 декабря 1947, вернувшись домой, Шокли мысленно обратился к уже посещавшей его идее создания монолитного транзистора[93]. Точечные контакты транзистора Бардина и Браттейна, как справедливо полагал Шокли, были нестабильны и ненадёжны. Взамен, решил Шокли, следовало буквально загнать эти контакты в толщу проводника[79]. В последующие две недели, заполненные научными совещаниями в Нью-Йорке и Чикаго, Шокли мысленно перебрал ряд конфигураций гипотетического транзистора, но ни одна из них не выдержала проверку расчётами. Среди отвергнутых идей была и трёхслойная конфигурация, придуманная Шокли 1 января 1948 года в номере чикагского отеля «Бисмарк», и ставшая впоследствии известная как плоскостной или биполярный транзистор[94].

23 января 1948 Шокли понял, что, вероятно, допустил ошибку. Его анализ не учитывал роли неосновных носителей, также как не учитывал их Бардин[95]. Возможно, подумал Шокли, что инжекция неосновных носителей в полупроводник (дырок в полупроводник n-типа или электронов в полупроводник p-типа) запускает в нём каскад образований электронно-дырочных пар[95]. Если это верно, то трёхслойная полупроводниковая структура может усиливать ток[95]. Шокли не сразу осознал значение этого вывода, да и не имел средств экспериментально проверить его[96]. Он продолжал работать в одиночку, скрывая свои работы от Бардина[84]. 18 февраля в Bell Labs состоялся научный семинар, на котором Джон Шайв[en] продемонстрировал вариант точечного транзистора, контакты которого были расположены на противоположных сторонах германиевой пластинки[97][87]. Между прототипом Шайва и гипотетическим трёхслойным транзистором Шокли был всего один шаг. Опасаясь, что Бардин и Браттейн сумеют сделать его, Шокли решил раскрыть свои карты. Он вышел к доске и сделал короткий, убедительный доклад-экспромт о своей концепции биполярного транзистора. Все присутствующие, включая Бардина, были поражены красотой идеи[87]. Браттейн с трудом скрыл возмущение тем, что Шокли фактически противопоставил себя коллективу, работая дома, в тайне от коллег[97].

Шокли поручил изготовление опытной транзисторной структуры технологу Моргану Спарксу. Спаркс стал «руками» Шокли, так же как Браттейн был «руками» Бардина[87]. Работы шли медленно: Bell Labs бросила все силы на доводку точечного транзистора, а работы по технологиям плавки, очистки и легирования полупроводников финансировались по остаточному принципу[87]. Шокли был по-прежнему загружен заказами Пентагона и не мог сосредоточиться на технологических проблемах, а Бардина он к «плоскостной» теме не допускал[98]. Только год спустя, 7 апреля 1949 года, Спаркс, Гордон Тил и Боб Микуляк вырастили в тигле первую трёхслойную p-n-p-структуру для демонстрации «транзисторного эффекта»[99]. 16-18 июня 1949 года Шокли, Браттейн, Пирсон и Спаркс обнародовали проверенное практикой изобретение, а в январе 1950 года Спаркс и Гордон Тил сумели изготовить трёхслойную структуру с относительно тонким слоем базы, пригодную для изготовления радиочастотных транзисторов[100]. Год спустя выращенный по методу Тила и Спаркса плоскостной, или биполярный, транзистор Шокли пошёл в серию и полностью вытеснил с рынка точечный транзистор Бардина и Браттейна.

В 1949—1950 годах, одновременно с работой над плоскостным транзистором, Шокли писал свою первую и, как оказалось, единственную книгу[101]. Книга объёмом в 551 страницу была впервые издана в Нью-Йорке в ноябре 1950 года под названием «Электроны и дырки в полупроводниках»[101][102] (англ. Electrons and holes in semiconductors, в русском переводе 1953 года «Теория электронных полупроводников: Приложения к теории транзисторов»[103])). Шокли собирался назвать её «Дырки и электроны в полупроводниках», но редколлегия издательства предпочла переставить слова. Книга Шокли опередила развитие технологии примерно на пять лет: описанные в ней биполярные транзисторы существовали только в виде опытных образцов[99]. По ней обучались студенты практически всех университетов англоязычных стран[99], она, по мнению Жореса Алфёрова, стала «настольной книгой по обе стороны Атлантического океана»[104], а по мнению Джона Молла[en] — «библией для целого поколения исследователей и преподавателей»[105]. Экспоненциальное уравнение вольт-амперной характеристики полупроводникового диода стало известна как «формула диода Шокли», а модель рекомбинации носителей p-n-перехода, дополненная в 1952—1954 годах Робертом Холлом[en] и коллегой Шокли Уильямом Ридом — как «модель Шокли — Рида — Холла» (сокращённо ШРХ)[106].

События декабря 1947 года, по мнению Зейтца, запустили необратимый процесс деградации личности Шокли[107]. К 1950 году он переживал кризис среднего возраста[108]. Он редко появлялся в семье, проводя большую часть времени в разъездах. Он отказался от предложения Ванневара Буша перейти на постоянную работу в Пентагон, а работа на Bell Labs его не удовлетворяла[109]. Бывшие коллеги и сверстники давно получили повышение, а Шокли досталась почётная, но не влиятельная, должность директора по найму новых сотрудников[110]. Руководители Bell Labs ценили способность Шокли распознавать таланты, но они также знали, что Шокли не способен руководить коллективом, и не допускали его до командных должностей[111]. Бездушие и своеволие Шокли дорого обошлись компании: он выжил из Bell Labs не только Бардина, но и десятки менее известных специалистов, искренне считая, что они не удовлетворяют его стандартам[112]. Когда Шокли объявил о предстоящем уходе из Bell Labs, руководство института вздохнуло с облегчением, а Мервин Келли взялся лично помогать Шокли в поиске нового места. Калифорнийский университет в Беркли и Йельский университет предложили Шокли кафедры, но карьера профессора его не интересовала[113]. Шокли предвидел, что будущее — за частным бизнесом, и искал инвесторов, согласных профинансировать его собственное предприятие[113]. Последним вкладом Шокли в патентную сокровищницу Bell Labs стало изобретение в начале 1955 года (совместно c Джорджем Дэйси и Чарлзом Ли) первой технологии массового производства диффузионных меза-транзисторов[114]. 8 сентября 1955 года Шокли подал Келли заявление об увольнении[115].

Уильям Шокли и Эмми Леннинг. Фото сделано в начале декабря 1956 года, после объявления о Нобелевской премии Шокли

В феврале 1953 года медики диагностировали у Джин Шокли рак матки[116]. Шокли по-своему принял участие в лечении нелюбимой жены: операции и облучения изотопами были для него этапами очередного, непредсказуемого эксперимента[117]. В июне 1953 года, когда Джин лежала в радиологическом отделении нью-йоркской больницы, Шокли прямо в палате объявил ей, что уходит из семьи[116]. Поступок, шокировавший коллег Шокли, не имел очевидных причин. Других женщин у Шокли не было. Возможно, что Шокли хладнокровно спланировал собственную жизнь в старости, когда ему самому мог потребоваться медицинский уход: больной жене в этой схеме места не нашлось[118]. В сентябре-октябре 1953 года, во время командировки в Париж, Шокли завёл роман с некоей француженкой, но после возвращения в США его настигла глубокая депрессия[119]. Дневники Шокли за 1954 год и первую половину 1955 года заполнены свидетельствами душевного надрыва: Шокли, вероятно, впервые в жизни, попытался заглянуть в глубину собственной души и понял, что вряд ли выживет в одиночку[120].

Весной 1954 года друзья-альпинисты познакомили Шокли с тридцатидевятилетней Эмми Леннинг[121]. Леннинг была высококвалифицированной медсестрой психиатрического профиля, преподавателем и соавтором учебника по уходу за душевнобольными[122]. Она, к удивлению Шокли, владела основами исследования операций, но более всего Шокли поразило её понимание человеческой души[123]. После полутора лет переписки и редких встреч (Леннинг в 1955 году преподавала в Огайо, а Шокли в Стэнфорде) случайно начавшийся роман перерос во взаимную любовь[124]. 23 ноября 1955 года Шокли женился во второй раз. Когда студенты Леннинг спросили Шокли, чем же она так привлекла его, Шокли пытался отшутиться, а затем сказал: «Потому, что она понимает людей лучше, чем кто-либо другой»[125]. Леннинг стала не просто спутницей жизни Шокли, но его постоянным секретарём, советником, а потом сиделкой[126]. Несмотря на психологическую подготовку, клинический опыт и житейскую мудрость, она до конца жизни закрывала глаза на пороки Шокли, искренне считая его «душевным, отзывчивым и восприимчивым» человеком[127].

В 1955 году калифорнийский предприниматель Арнольд Бекман, заинтересованный в доводке до серийного выпуска диодов Шокли и полевых транзисторов, согласился профинансировать создание производственной лаборатории Шокли[128]. В первой половине 1956 года Шокли нанял на работу около тридцати молодых, высококвалифицированных физиков, технологов и радиоинженеров — в том числе будущих основателей Intel американцев Роберта Нойса и Гордона Мура, будущего основателя Intersil, изобретателя планарной технологии швейцарца Жана Эрни и будущего изобретателя КМОП-схемотехники китайца Чи-Тан Са[en]. Научные и деловые достижения этих и других учеников Шокли способствовали появлению легенды об уникальном даре Шокли в поиске и в отборе талантов — но Шокли доводилось и ошибаться в людях[129]. Уильям Хапп, доверенное лицо Шокли, был «просто некомпетентен», а его действия — одной из причин распада коллектива летом 1957 года[130]. Технолог Дин Кнапич при поступлении подделал университетский диплом и справки о службе на флоте. Подлог вскрылся только тогда, когда Кнапич ушёл к конкурентам[131].

Историки отрасли не имеют общего мнения о стратегии, выбранной Шокли и Бекманом. По мнению Нойса и Мура, которое разделяют историк Fairchild Дэвид Брок и биограф Шокли Джоэл Шуркин, лаборатория начала работы по перспективным в то время диффузионным биполярным транзисторам, но затем Шокли учредил «секретный» проект по четырёхслойному диоду, а в начале 1957 года свернул все работы по биполярным транзисторам[132][133][134]. Причины этого, по мнению Шуркина, «катастрофического решения» остались неизвестными[135]. По мнению биографов Бекмана Текерея и Маерса, четырёхслойный диод был для Шокли прежде всего научной проблемой, и он переключился на неё вопреки интересам бизнеса и в нарушение договорённости с Бекманом[136]. Историк отрасли Бо Лоек, основываясь на архивах Шокли, напротив, считает, что его лаборатория никогда не работала над биполярными транзисторами. Целью Шокли, по мнению Лоека, с самого начала был именно четырёхслойный диод, и именно под него Бекман получал военные контракты на НИОКР[137].

1 ноября 1956 года Нобелевский комитет объявил о награждении Бардина, Браттейна и Шокли Нобелевской премией по физике[138]. Банкеты, внимание прессы, выезд в Стокгольм переутомили Шокли и усилили худшие стороны его личности[139]. Весной 1957 года повторилась ситуация осени 1946: осознав неудачу с четырёхслойным диодом, Шокли ушёл в себя и сосредоточился над научными работами на темы, не имевшие практической пользы для его предприятия[140]. Тем временем график ввода производства в строй трещал по швам, а Бекман требовал сократить расходы. Историки отрасли, за исключением Бо Лоека, характеризуют душевное состояние Шокли этого периода как паранойю[141]. Все телефонные звонки в лабораторию записывались[142]. Внутри лаборатории действовал режим внутренней секретности — сотрудники были не вправе делиться результатами своих работ с сослуживцами[143]. Весной, когда секретарь Шокли случайно уколола руку кнопкой, Шокли обвинил во вредительстве технолога Шелдона Робертса, а затем потребовал, чтобы все сотрудники прошли проверку на детекторе лжи[144]. Зная, что уход сотрудников уровня Робертса станет для лаборатории катастрофой, Шокли продолжал провоцировать конфликты и преследовать своих подчинённых вздорными придирками[145].

В конце мая 1957 года Шокли пошёл на открытый конфликт с Бекманом: отвечая на упрёки в перерасходе средств, Шокли заявил: «Если тебе не нравится то, что мы здесь делаем — я и моя группа найдём средства на стороне и уйдём»[146]. Шокли не подозревал, что «группа» вовсе не желает продолжать работу под его руководством. 29 мая 1957 года несогласные во главе с Гордоном Муром впервые встретились с Бекманом и предложили ему отстранить Шокли от управления лабораторией и сосредоточить все усилия на биполярных транзисторах[147]. Бекман не решился убрать Шокли, а потом сожалел об этом: «если бы я знал тогда то, что знаю сейчас, я бы распрощался с Шокли. Возможно, я бы тогда всерьёз втянулся в полупроводниковый бизнес. Но я поступил иначе … а потом дело дошло до точки, когда всем стало ясно, что Шокли просто не способен управлять предприятием»[148].

Новость об «измене» потрясла Шокли: либо он, несмотря на множество тревожных сигналов, действительно не подозревал о недовольстве в коллективе, либо он был не способен воспринимать факты, противоречившие его ви́дению мира[147]. На следующий день после встречи с Бекманом он учинил Муру допрос, и только тогда осознал размер проблемы[149]. Шокли не согласился на выработанное Муром и Бекманом компромиссное решение ни в одном его пункте. Он уговорил Бекмана дать ему ещё один шанс и на время сохранил, как ему казалось, полный контроль над лабораторией. Шокли не видел того, что в течение лета 1957 года лаборатория разделилась надвое. Лояльные к Шокли сотрудники продолжили работу над четырёхслойным диодом и в августе выдали первую опытную партию — 72 диода в неделю[147]. Вторая, мятежная, половина, в тайне от Шокли работала над совершенствованием биполярного транзистора и вела переговоры с нью-йоркскими финансистами[150]. 18 сентября восемь ведущих специалистов Шокли ушли в собственную, основанную на деньги Шермана Фэйрчайлда компанию, Fairchild Semiconductor. Вскоре к ним примкнули колебавшиеся Чи-Тан Са и Дэвид Аллисон (будущий основатель Signetics)[151]. К 1960 году Fairchild стала технологическим лидером отрасли, а к середине 1960-х — вторым, после Texas Instruments, производителем полупроводниковых приборов в мире[152].

После ухода «восьмёрки» Шокли пришёл к заключению, что в 1956 он нанял «не тот сорт людей»[153]. Он скорректировал свои требования к кандидатам, на этот раз поставив на первое место их готовность выполнять приказы[154]. Таких идеальных, послушных, исполнителей он нашёл в Европе[154]. Ядро нового коллектива Shockley составили люди с немецкими именами — Ганс Квиссер[en], Курт Хюбнер, Адольф Гётцбергер и другие. Им, в отличие от «вероломной восьмёрки», удалось сработаться с Шокли — об этом свидетельствуют и воспоминания сотрудников Шокли этого периода, и созданные на фирме Шокли научные работы, например, выведенная в 1961 году фундаментальная формула Шокли — Квиссера[en], описывающая предельную эффективность солнечных батарей. Лаборатория существовала на государственные гранты, занимаясь в основном исследованиями надёжности полупроводников[155]. Заработать прибыль на науке Шокли не мог, да и не стремился. К 1960 году штат лаборатории вырос до 110 человек, а убыток — до одного миллиона долларов в год[154]. Разочарованный в Шокли Бекманн продал лабораторию компании Clevite. По мнению Forbes, Бекманн подобно кукушке подбросил покупателю отравленное «яйцо», но время показало, что это «яйцо» было бесплодным[154]. Названная именем Шокли лаборатория просуществовала ещё шесть лет, но так и не принесла прибыль ни одному из её владельцев[156].

23 июля[157] 1961 года Шокли, Леннинг и тринадцатилетний сын Шокли Ричард разбились в автокатастрофе[158][159]. Ричард, вылетевший при ударе из машины, почти не пострадал, а Шокли и Леннинг надолго выбыли из строя[158]. После месяца, проведённого на больничной койке, Шокли почти год ходил на костылях и так и не смог полностью восстановиться физически[160]. По мнению Зейтца, опубликованному в Nature после смерти Шокли, именно полученные в 1961 году повреждения головного мозга обусловили странности в поведении Шокли и его навязчивые идеи о вырождении человечества, впервые проявившиеся в 1963 году[161].

В 1962—1965 годах Шокли постепенно удалился от дел Shockley Laboratories. В августе 1963 года он стал профессором физического факультета в Стэнфорде[162][157]. Научные интересы Шокли (физика полупроводников) почти не пересекались с исследовательской программой физфака (исследования атомного ядра), поэтому никто не возражал, когда в 1965 году личный друг Шокли профессор Джон Линвилл[en] организовал перевод Шокли на инженерный факультет, на именную профессорскую ставку, основанную на пожертвование А. М. Понятова[162]. По соглашению с деканом факультета, обязательная учебная нагрузка Шокли была ограничена одним днём в неделю[162]. В остальное время Шокли был вправе заниматься делами Shockley Laboratories и консультировать студентов-дипломников и докторантов[162]. Шокли, справедливо считавший себя отличным наставником, немедленно согласился[162]. К концу 1965 года он полностью сосредоточился на преподавании, а в 1966 году переселился в «профессорское гетто» Стэнфорда — эксклюзивный квартал, в котором жили управляющие и старшие профессора университета[163].

В мае 1963 году Шокли, отвечая на вопрос журналиста о возможности ядерной войны, неожиданно заявил, что цивилизованный мир катится в сторону, противоположную эволюции: «компетентные люди» ограничивают рождаемость, а «некомпетентные» активно плодятся[164]. Из этого, со слов Шокли, экспромта родилась идея противодействия «вырождению нации»[165]. В январе 1965 года Шокли впервые обобщил свою позицию в публичной лекции: человечеству угрожают три катастрофы: «ядерная война, голод и генетическое угасание человеческой расы, отказавшейся от эволюционной отбраковки наименее жизнеспособных особей»[166]. Шокли утверждал, что интеллект наследуется, но не умножается, потому что «безответственные личности производят почти в четыре раза больше потомков, чем более ответственные … Эволюция повернула вспять»[167]. Безответственных, заявил Шокли, следует стерилизовать или направлять на принудительный аборт[168]. В интервью U.S. News & World Report в июле 1965 году Шокли впервые коснулся расового вопроса: «Да, есть выдающиеся негры, которыми мы по праву гордимся, но неужели и они — выходцы из многодетных семей? Что же происходит [с чернокожим населением] в целом? Мы этого не знаем»[169]. Шокли, блестяще владевший статистикой, был уверен, что ответы на эти вопросы сводятся к простому расчёту вероятностей[168].

После перепечатки этой публикации в университетском журнале коллега Шокли по Стэнфорду, нобелевский лауреат Джошуа Ледерберг организовал кампанию против «лженаучного оправдания классовой и расовой предвзятости» Шокли[170]. Никто не отрицал утверждений Шокли о том, что научная проработка вопросов наследственности человека крайне слаба, никто не отрицал пороков системы социального обеспечения, но, по мнению Ледерберга, сама постановка вопроса была безответственной, провокационной и «тоталитарной» — а потому Шокли следовало замолчать[171]. Критика, наполненная ярлыками вроде «лженаука», «сфабрикованный», «шулерство»[172], лишь укрепила Шокли в собственном мнении и в существовании влиятельных сил, препятствующих научному изучению наследственности. Критики недооценили целеустремлённость, трудолюбие и научный кругозор Шокли. За год он основательно изучил весь корпус работ по медицинской генетике и социологии, и в октябре 1966 детально изложил свою позицию на годовом собрании Национальной академии наук[173]. Председатель академии, старый товарищ Шокли Фредерик Зейтц осторожно поддержал его, а академики-генетики высказались не только против выводов Шокли, но и против финансирования работ по «наследованию сложных эмоциональных и интеллектуальных факторов»[174].

В январе 1967 года полемика вокруг идей Шокли выплеснулась в газеты[175]. За «письмами в редакцию» Шокли и его противников следовали демонстрации протеста, подстёгивавшие интерес прессы, а затем Шокли развернул кампанию публичных дебатов[176]. Все эти встречи проходили примерно по одному сценарию: Шокли проигрывал оппонентам в аргументах, но оставался до конца хладнокровным, а оппоненты срывались на оскорбления — в результате, последнее слово всегда оставалось за Шокли[176]. В январе 1968 года Шокли нашёл влиятельного, активного союзника — профессора психологии университета в Беркли Артура Дженсена. Весной 1969 года Дженсен опубликовал в Harvard Educational Review статью «Насколько мы можем повысить IQ и успеваемость в школе?»[177]. Отвечая на поставленный в названии вопрос, Дженсен утверждал, что детям с низким IQ свойственны генетические и социальные пороки, делающие обучение бесперспективным[178]. Также, как и Шокли, Дженсен немедленно попал под огонь коллег и общественных активистов, однако, в отличие от физика Шокли, психолог Дженсен «играл на своём поле»[178]. Дженсен временно вернул дебаты в русло научной дискуссии в среде профессионалов, но затем в конфликт вступили радикально настроенные студенты[179]. Кампания Шокли и Дженсена совпала по времени со студенческими протестами 1969 года против войны во Вьетнаме, которые в Стэнфорде были особенно ожесточёнными[180]. Шокли был вынужден временно покинуть Стэнфорд, а его запланированные выступления в других городах были одно за другим отменены: организаторы опасались массовых беспорядков против «реакционного» лектора[180].

Шокли забросил преподавание физики, взамен предложив руководству Стэнфорда собственную программу по исследованию наследственности[181]. Спонсорами программы стали реакционный Pioneer Fund[en], его основатель Уиклифф Дрейпер[en] и управляющий Гарри Уайр[en][182]. В 1969—1976 они перечислили 175 тысяч долларов на гранты Шокли, и ещё 55 тысяч — на счета учреждённого Шокли фонда[183], но этих средств не хватало[184]. Национальная академия наук отказала Шокли в поддержке, а в 1971 году запретила своим членам обращаться в академию в поисках финансирования — имея в виду именно Шокли[185]. После этого решения Шокли разорвал отношения с Зейтцем, обвинил его в «лысенковщине» и до самой смерти не мог простить ему «измену»[186]. Отказ в финансировании не помешал Шокли сохранить за собой звание профессора в Стэнфорде и два личных кабинета в университете, остававшиеся в его распоряжении даже после ухода на пенсию в 1975 году (обычно почётные профессора сохраняли за собой один пожизненный кабинет)[126].

В начале 1972 года на Шокли обрушился гнев чернокожей части Стэнфорда[187]. В январе-феврале 1972 года вандалы разграбили один из кабинетов Шокли и его автомобиль[187]. Затем чернокожие студенты потребовали собрать совет чернокожих же преподавателей, чтобы изгнать Шокли из университета[187]. Ректорат Стэнфорда и ACLU осторожно поддержали Шокли, но за пределами университета ему уже не давали слова[188]. Йельский и Гарвардский университеты отменили запланированные дебаты с участием Шокли, Лидский университет отобрал у Шокли уже выданный почётный докторский диплом[189].

В 1980 году Роберт Грэм[en] основал в окрестностях Сан-Диего «банк спермы гениев»[190][191]. К узкому кругу (три человека) Нобелевских лауреатов, якобы сдавших в «банк» сперму ради улучшения человеческой породы, примкнул и Шокли[192]. Рассчитывая вновь оказаться в центре внимания, Шокли открыто заявил о «мастурбации в пробирку», но реакция прессы оказалась сдержанно-презрительной[193]. К этому времени Шокли окончательно испортил отношения с журналистами. Вероятно, единственным журналистом, которому Шокли доверял, был чернокожий Сил Джонс, писавший на медицинские темы[194]. В 1974 году Джонс опубликовал в Modern Medicine детальную статью о методах, применявшихся Дженсеном и Шокли[195]. Шокли был приятно удивлён полнотой статьи и компетентностью её автора, которого он искренне считал «исключением из правил», и продолжил сотрудничество с Джонсом. В августе 1980 года Playboy опубликовал пространное интервью, взятое Джонсом у Шокли — возможно, самое скандальное и самое откровенное интервью для каждого из участников[196]. Большинство вопросов и ответов так или иначе касались вопросов расы и расизма:

Шокли: … Люди, утверждающие, что моя риторика — это расизм, выдают желаемое за действительное. Ни в моих статьях, ни в устных выступлениях нет никакого расизма.
Джонс: То есть вы просто считаете, что белая раса интеллектуально превосходит чёрную?
Шокли: Статистически, да. Но не в частных случаях.[197]

Скандал вызвали не эти, уже приевшиеся, слова о наследственности и статистике, а откровения Шокли о собственных детях и о первой жене:

Сравнительно с моими [интеллектуальными] способностями, мои дети — значительный регресс (англ. regression). Моя первая жена, мать моих детей, никогда не достигла такого образовательного уровня, которого достиг я … младший сын [Ричард Шокли] добился в физике степени доктора, но я думаю, что в некотором смысле его выбор был ошибочным: он вряд ли когда-либо достигнет высот, к которым его обязывает его фамилия…[198]

Такого унижения собственных детей, а не абстрактных статистических единиц, публика Шокли не простила. Шокли пытался объяснить, что под «регрессом» он имел в виду статистическую регрессию, но его уже никто не слушал[199]. Публика считала его выжившим из ума маргиналом, «безумным профессором», «доктором бип-бип»[200]. В 1981 году Шокли подал в суд на журналиста, якобы исказившего в газете его высказывания. Суд оценил репутацию Шокли в один доллар[201]. Пять лет спустя, после поездки в ЮАР, единственное место в мире, где Шокли ещё давали слово, он окончательно стал персоной нон грата в академической среде США[202].

Реальный вклад Шокли в изучение наследственности человека оказался скудным[203]. Шокли не проводил оригинальные исследования, но лишь обобщал уже собранные массивы информации[203]. По мнению Дженсена, основной заслугой Шокли было то, что, приняв на себя огонь критики, Шокли отвёл его от самого Дженсена, Ричарда Хернстина[en] и их коллег[203].

В 1987 году медики выявили у Шокли рак простаты и назначили ему консервативную лучевую терапию[204]. Вскоре Шокли начал испытывать трудности при ходьбе, а затем мучительные боли во всём теле: рак метастатировал в кости[204]. В 1988 году Шокли окончательно слёг. Эмми перевезла его в хоспис и переехала туда сама[204]. Последние месяцы жизни Шокли провёл в полусумеречном состоянии на морфиновой капельнице[205]. Со слов Эмми Шокли, воспроизведённых в некрологе от имени Стэнфордского университета, ещё за несколько дней до смерти Шокли продолжал работу по теме евгеники, которую считал более важной, чем его работы по физике[206].

Род Шокли пресёкся: у него было трое детей, но лишь одна внучка, выросшая в Японии дочь Ричарда Шокли[199]. Дети Шокли узнали о смерти отца из газет: Шокли запретил жене сообщать что-либо его детям не только при его жизни, но даже после смерти, а Эмми не смела нарушить волю мужа[205]. Эмми Шокли пережила мужа на семнадцать лет. Она до самой смерти поддерживала дом в таком состоянии, в каком его оставил Шокли, и только в 1996 году передала домашний архив Шокли Стэнфордскому университету[205]. Эмми Леннинг Шокли завещала городу Оберн принадлежавший ей участок леса в 28 акров, при условии, что на нём будет учреждён «Мемориальный парк нобелевского лауреата Уильяма Б. Шокли и его супруги Эмми Л. Шокли». В марте 2009 года муниципалитет решил принять подарок, но NAACP и ACLU выразили протест: «это [решение] оскорбительно для цветных людей и для всех жителей округа с IQ ниже ста»[207][208].