微电子学
在19世纪末和20世纪刺激技术革新的科学发展中，我们已经提到了染料和早期塑料中的化学、发动机（特别是柴油机）的热力学、电力、空气动力学和核裂变。现在，我们要在这个名单中加上一些在当时不太受关注，但在20世纪末却硕果累累的发现，即关于电子及其在固体材料中的行为的发现。
在科学家们对电子本身有明确的概念之前，他们就已经在实验中遇到了电子行为的效应，例如，1839年在法国工作的埃德蒙·贝克勒尔（Edmond Becquerel）向人们展示，如果把某些金属化合物部分浸没在酸性溶液中，它们暴露在阳光下时会产生电流。1883年，美国的查尔斯·弗里茨（Charles Fritts）表明，硒元素涂上一层薄薄的金后，暴露在光线下时也会产生电流。1907年在英国，亨利·朗德（Henry Round）注意到，当电流通过碳化硅晶体时，会发出光。苏联的奥列格·洛谢夫（O.V.Losev）证实了这一点，并在1927年制成了早期的LED（发光二极管）灯。
当时并没有理论科学能解释这些光电效应的实验发现，直到爱因斯坦于1905年开始着手研究这个问题。他用光量子（photon）——能量脉冲——来描述光，并提出每一个脉冲击中某些材料的表面会使电子从它们的原子结构中移位，而他提出的观点成为量子理论的基础。如果冲击发生在不同材料的交界处附近，电子可能从一种材料传到另一种材料上，然后无法返回，给它到达的表面带来一个负电荷。人们发现这一过程在两层硅的交界处运行良好，如果将导线连接到这两层硅上，在它们之间形成一个回路，电子就会流回它最初来自的那一层，产生电流。这就是光伏（PV）电池的基础。
20世纪30年代，在美国贝尔电话实验室（Bell Telephone Laboratory），研究人员发现，如果硅中存在微量的硼或磷杂质，在硅层之间的交界处观察到的效果就会增强，因为它们在交界的两侧会自然产生不足或过量的电子。但是直到1941年，人们才用硅晶体的一个切片制成了这种有效的电池。而此后还要隔上好一段时间，科学家们才成功制出能将足量入射光能转化为电能的光伏电池。不过在1958年，早期的人造卫星之一“先锋1号”，携带6个太阳能电池板进入飞行轨道，并使用太阳能为仪器供电。
图10.3 中国西部成昆铁路上的“一线天桥”，之所以被称为一线天桥，是因为它横跨一个深谷，从那里只能看到小小一线的天空。主桥拱门边缘的小拱结构反映了古代赵州桥的影响。这条1970年开通的铁路上，行驶的柴油机车都是在中国制造的。今天，这座桥看起来已不再像当年这张图片中所表现的那么精美了：2000年该线路被电气化改造时，这座桥被用混凝土加固了，并覆盖了一个棚式隧道（信息来源：任丛丛，个人通信所知）（绘图：黑兹尔·科特雷尔，主要基于茅以升《桥梁史话》中的照片所绘）
研究电子在固体材料以及在含有不同杂质的材料层之间的行为，成为固体物理学的一部分，为包括半导体在内的系列创新奠定了基础。这其中还包括诸如硅和锗等元素以及一些稀土金属的研究。（我们将在第十二章中讨论更多半导体的近期应用，包括晶体管及其在计算机和移动电话中的作用，并将在第十一章中提到与之相关的电灯发展史中的事件）。在最初开发这些材料的应用方法时，各国之间存在着巨大的差异，特别是在日本和美国之间。（彼时欧洲已经不再位于科技发展的前沿。）在第二次世界大战后的几十年里流行着一个观点：日本人在基础研究方面的创造力，远不如他们为新技术寻找应用手段时的创造力。[33]例如，在20世纪60年代，日本的电子工业基于晶体管做了许多创新，但晶体管本身是由美国发明的。
晶体管标志着电子学的巨大进步。电子的最初发现引导人们发明出了用作无线电真空管的电子管（特别是1904年约翰·安布罗斯·弗莱明的二极管和1907年李·德富雷斯特的三极管），但后来，关于电子在固体材料中的行为的发现，使得原来的无线电真空管的功能在固体状态下也能有一样的效果，即通过晶体管来做到。晶体管比老式的无线电真空管要小得多，用到的能量也更少，因此它们在改变电子工业方面有着巨大潜力。基础研究在贝尔实验室进行，部分由美国军方赞助，他们之所以对此感兴趣，是因为这与雷达设备中使用的固态装置有关。贝尔管理层不相信晶体管的工作能力足以取代传统的无线电真空管；因此，他们仅仅将注意力投注在特定的应用上，即军用计算机。这样一来，日本人率先开发了第一个面向普通消费者的晶体管收音机。同样，录像带式录影机是1956年在美国发明的，但一家日本公司经过长达12年的研究，大大降低了成本（降至原先的百分之一），将其变成了平民消费产品。同样，也是日本的开发工作，创造出了适合家用的电视机模型。随着日本从战争中恢复过来，家庭生活水平日渐提升，消费者对这些新的电子设备的狂热需求开始上升，促成了这个国家的“经济奇迹”。[34]
我们是否应该从这些例子中得出结论，说日本和西方在研究发展的创造力之间存在着某种根深蒂固的差异？有人认为，日本人更偏重实用性，而西方人更倾向于追求技术梦想和异域的发明。但是，基于所谓文化差异的解释，忽视了造成这些技术风格异质的制度和政治背景。例如，在比较日本和美国高创造性的数控（NC）领域及其在自动化领域的应用时，莫里斯-铃木指出，美国研究的主要资助者和客户是该国军队。所以在硬件和软件方面，设计者优先考虑的是技术先进性，“很少关注投入产出比，同时也没有任何动力为商业市场生产更便宜的机器。”[35]反观日本，1945年日本战败后，在美国的压力下，日本放弃了军队，接受了反战主义，所以它没有与美国相当的军事工业综合体。日本没有五角大楼和NASA，而是由国际贸易及工业部决定研究步伐，“像富士通和牧野这样的公司从一开始就将商业市场作为自己的目标。”[36]从装配线的自动机械和办公设备，到索尼随身听、电脑游戏和自动电饭煲，普通消费者和各行各业都从日本各种电子产品的创新浪潮中受益匪浅。
资源和声誉的变化都会影响一个社会参与国际技术对话的性质。1945年，日本的关键资源是廉价的劳动力和受过高等教育的人口，但其经济和社会制度却百废待兴。到了20世纪80年代，美国的种种畅销书都写道，日本在商业和创新方面的优势都威胁着美国的领先地位，而日本也被视为许多技术对话的平等参与者。[37]而中国曾有二十年几乎完全在国际对话中缺席。当1979年中国进行经济改革，再次开始利用国际专业知识和投资来发展工业时，中国被认为是世界工厂，缺乏创造力，但擅长制造别人发明的东西。自2000年以来，中国的人口繁荣增长，受过高等教育的人也越来越多。政府倾注资源促进技术创新，将其作为经济增长的主要催化剂，以及通往世界领导地位的重要途径。以前，中国的尖端高科技研究被用于军事项目和基础设施建设，而现在，其应用范围更广，从电动汽车、远程通信到基因编辑和月球探索，不一而足。[38]
然而，中国和西方国家之间的技术对话仍有着重重疑虑。当代全球知识产权法将创新视为创新者的财产，或者——今天更常见的是——为资助研究的公司或机构所有。然而，在1980年加入世界知识产权组织（World Intellectual Property Organization）之前，中国并未考虑知识产权及向外国公司或合资公司支付专利费的义务，1980年后，中国本国的专利申请率有了指数级的增长，但西方和中国对个人、公司和国家产权的态度仍然存在重大差异。[39]随着中国在经济和技术上不断取得进步，它已快要成为能与美国比肩的全球大国，以前对中国盗版的担忧，现在表现为对间谍活动的恐惧，尤其是在美国，有人认为这不仅会对产权造成侵害，更会对他们的国家安全造成威胁。中国国家和军队往往是中国高科技公司的主要投资者，这往往会加重那些人的疑心。
然而，在技术对话中，世界范围内各方力量和影响力的对比始终在变。如果说最初日本和其他亚洲国家和地区对引进的创新进行“改进”，使之适应当地的情况和议程，那么近年来，几个关键领域的权力流向正在发生变化。[40]仅在电子领域，日本在机器人技术方面俯瞰世界，[41]中国台湾在半导体方面领先，而中国大陆在数字化服务方面一马当先。印度的班加罗尔已经建成了一个全球信息技术研究中心。但各个地区的技术、组织传统及野心都继续塑造着其整体的技术风格。例如，中国的目标集中于军事力量发展和太空探索，同时希望在纳米技术和生物技术等新兴领域都有出色表现。[42]国家在划定和支持技术项目（许多项目与19世纪西方梦想家的愿景一样富有远见或充满幻想）方面发挥着关键作用。中国之所以如此迅速地成为世界舞台上一个强大的角色，原因之一是作为一个威权国家，其宏大的项目不会如其邻国日本一样，受公民权利诉求或商业利益的掣肘。
当今的技术对话反映了一系列新的全球现实，但目前仍然是美国的大学、实验室和科技公司吸引着世界上最聪明和最有抱负的研究人员（至少在他们职业生涯的某个阶段）。就目前而言，从传统意义上的新颖和可申请专利的发明来看，美国仍然是全球技术创新的中心。尽管如此，如果我们把注意力转移到各地理解吸收技术的情况、用户对技术的创新适应和发展上，如果我们认识到技术的创新性不是由持证工程师组成的正式实验室所垄断，而是也发生在农场和森林、家庭和车间里，我们就会看到一幅不同的图景——资源以另一种方式流入创新，而技术对话的付出和回报也有了新的角度。
直到最近，工程师还是技术史上的典型英雄。正如第八章所暗示的那样，历史学家现在对技术的使用者同样感兴趣——他们通过选择、适应和愿景共同创造着技术的成果和范式。本章审视了美国、欧洲和东亚的专家间展开的一系列技术对话。在下一章中，我们将扩大视野，一探专业科学家和工程师与当地（通常是非正式的）技术能手之间的技术对话。
【注释】
[1]有关化学和电气工业历史的背景资料来自一些关于这个主题的老书，特别是Dunsheath，A History of Electrical Engineering；Landes，The Unbound Prometheus；Scott，Siemens Brothers。Rosenberg的Technology and American Economic Growth and Perspectives on Technology有颇具启发性的见解。在导论性书籍中，Carlson，Technology in World History特别有帮助。
[2]关于美国、英国和德国的电气化系统如何发展的经典研究是Hughes，Networks of Power。
[3]Haber，The Chemical Industry提供了有关合成染料的背景资料。关于在印度的影响，见P.Kumar，Indigo Plantations and Science。
[4]拜耳公司由弗里德里希拜尔（Friedrich Bayer）和约翰·弗里德里希·韦斯科特（Johann Friedrich Weskott）创立，与阿道夫·冯·拜尔（Adolf von Baeyer）没有关系。
[5]Carlson，Tesla.
[6]See also Channell，The Rise of Engineering Science，chap.8，“New Power Sources.”
[7]Klemm，A History of Western Technology，pp.342-347；Channell，The Rise of Engineering Science，pp.154-158.
[8]Carlson，Tesla，chaps.2，6.
[9]Klemm，A History of Western Technology，pp.357-361；Lilienthal，Birdflight as the Basis of Aviation.
[10]Channell，The Rise of Engineering Science，pp.169-172.
[11]Channell，p.173.
[12]Harriss，The Tallest Tower，p.191.
[13]Ordway and Sharpe，The Rocket Team，p.361.
[14]关于1957年发射斯普特尼克人造卫星之前，苏联人对火箭和太空旅行的想象，见Siddiqi，The Red Rockets'Glare。(https://www.daowen.com)
[15]Haber，The Chemical Industry.
[16]Bijker，“The Social Construction of Bakelite”；Meikle，American Plastic；Channell，The Rise of Engineering Science，pp.348-351.
[17]S.Katz，Classic Plastics；她见到一些20世纪30年代的塑料碗上印有意为“德国制造”的汉字。
[18]Brian，The Curies.
[19]Krige，“Atoms for Peace.”
[20]Pringle and Spigelman，The Nuclear Barons，p.136，p.137.
[21]D.Kelly，“Ideology，Society”；Kim，“Making a Miracle Rice.”
[22]此即萨特延德拉·纳特·玻色（Satyendra Nath Bose）。——译者注
[23]关于玻色，参见Lourdusamy，Science and National Consciousness in Bengal关于巴巴，参见Greenstein，“A Gentleman of the Old School”。
[24]Pringle and Spigelman，The Nuclear Barons，pp.174-177；Henderson，India：The Energy Sector.
[25]Rahman，Review of Homo Faber；其他引文来自Pringle and Spigelman，The Nuclear Barons，pp.174-177，pp.391-399。
[26]Wang，“The Chinese Developmental State during the Cold War”；Volti，Technology，Politics and Society in China.
[27]Matten，“Coping with Invisible Threats”；Wang，“The Chinese Developmental State during the Cold War，”p.195.中国的第一个核电反应堆于1970年投入使用。
[28]然而可以说，这些表面的调整对一个围绕着字母排序的普遍性而组织起来的系统产生了深远的影响，彻底改变了今天的数字世界中输入的概念化和具体化的方式。Mullaney，The Chinese Typewriter，p.316.
[29]关于化学肥料，见Volti，Technology，Politics and Society in China，pp.133-138。
[30]Wagner，“Some Traditional Chinese Iron Production Techniques.”
[31]对农业中的这些交流进行的关键描述，参见Schmalzer，Red Revolution，Green Revolution；医学方面，参见Fang，Barefoot Doctors and Western Medicine in China。
[32]信息由中国的工程师和建筑历史学家任丛丛博士提供。
[33]Boffey，“Japan on the Threshold of an Age of Big Science.”对这一判断的批评性评价，见Cox，The Culture of Copying in Japan。
[34]Morris-Suzuki，The Technological Transformation，pp.192-202；du Gay et al.，Doing Cultural Studies；Low，“Displaying the Future.”
[35]Noble，”Social Choice in Machine Design，”p.317.
[36]Morris-Suzuki，The Technological Transformation，p.201；Roland，The Military-Industrial Complex.
[37]Vogel，Japan as Number One.
[38]Bray，“Technology.”
[39]Salter，“Biomedical Innovation.”
[40]修修补补（tinkering）这个不屑一顾的术语经常被用于非西方社区对进口的西方技术进行改造以满足其需求的过程，这意味着对专家设计和制造的技术物品进行不熟练的、业余的干预。然而最近，修补的创造性已经成为技术研究的一个突出主题。Edgerton，The Shock of the Old；Grace；“Modernization Bubu”；Oldenziel and Hård，Consumers，Tinkerers，Rebels.
[41]Robertson，Robo Sapiens Japanicus.
[42]2019年，中国成为第一个在月球远端登陆航天器的国家。
