Уи́льям Брэ́дфорд Шо́кли (; 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 были отвергнуты обществом, разрушили научную репутацию Шокли и привели к фактическому изгнанию его из научного сообщества.
Происхождение. Детство (1910—1928) Уильям Брэдфорд Шокли родился в необычной семье. Отец и мать Шокли познакомились, когда ему было 52 года, ей 30. 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. В зрелые годы он забросил инженерное дело и занялся спекуляциями на акциях горнорудных компаний. Мать окончила Стэнфордский университет и стала первой в США женщиной — горным инспектором. После свадьбы в январе 1908 года супруги Шокли переехали в Лондон, поближе к биржевым интересам Уильяма Шокли-старшего. Семья вела праздный, богемный образ жизни, и не соглашалась умерить свои расходы даже тогда, когда стало ясно, что бизнес мужа не приносит дохода. Летом 1909 года, когда мать была беременна Уильямом-младшим, Уильяму-старшему пришлось отправиться на заработки в геологоразведочную экспедицию на Амур. Он вернулся в Лондон незадолго до родов, которые оказались неожиданно долгими и тяжёлыми.
Шокли родился физически здоровым, но вскоре родители обратили внимание на странности в его умственном и душевном развитии. 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. Одновременно с этим Уильям был склонен к припадкам слепой, неуправляемой агрессии. Он кусал родителей, бился в конвульсиях, однажды сильно ударился головой о чугунную батарею. Он стал опасен, прежде всего для самого себя. 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.
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». К удивлению родителей, в закрытом интернате Уильям не только отлично учился, но и неплохо себя вёл. В 1922 родители, планировавшие вновь уехать в Лондон, забрали сына из школы, и только в 1924 году Уильям, пропустив средние классы, вернулся в школу. 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.
Университетские годы (1928—1936) К восемнадцати годам Шокли достиг пика физической формы, которую поддерживал постоянными тренировками, и даже снимался в рекламе спортивных тренажёров. Примерно тогда же сформировалась доминирующая черта характера Шокли — неукротимая тяга к соперничеству. 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. Четыре года обучения Шокли в Калтехе совпали с периодом формирования квантовой механики, и именно на ней Шокли и сосредоточился. Учебный план Шокли составил будущий дважды нобелевский лауреат Лайнус Полинг, а наибольшее влияние на Шокли, с его слов, оказали преподаватели теоретической физики и Ричард Толмен.
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. 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 . Морзе познакомил Шокли с его будущим шефом Мервином Келли и с Уолтером Браттейном. Тогда же, в августе 1933 года, 23-летний Шокли женился на Джин Альберте Бейли, а в марте 1934 года Джин родила девочку, Аллисон Шокли.
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. Шокли дополнял собственную «интеллектуальную исключительность» ежедневными физическими тренировками, по примеру Морзе занимался альпинизмом и спелеологией.
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 исследовательском центре в Здании лабораторий Белла с начальной зарплатой 310 долларов в месяц, Шокли немедленно согласился. После защиты диплома Шокли в июне 1936 года вся семья переехала в Нью-Йорк и обосновалась на 17-й улице.
Ранние работы на Bell Labs (1936—1942)
Шокли начал работу на Bell Labs в лаборатории вакуумных ламп Клинтона Дэвиссона. Уже в первый год работы у Дэвиссона Шокли опубликовал восемь научных работ и изобрёл устройство для фокусировки лучей в лучевой трубке. Bell Labs была одной большой фабрикой патентов, в которой карьеры сотрудников определялись не столько их вкладом в науку, сколько способностью генерировать патентуемые идеи. В историю же вошли не патенты Шокли, а его короткая статья 1938 года «О токах в проводниках, наведённых движущимся точечным зарядом».
К 1938 году рабочие частоты вакуумных ламп выросли настолько, что периоды колебаний стали сопоставимы со 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. По Шокли, этот расчёт можно было заменить простой формулой, не требующей интегрирования. Независимо от Шокли к аналогичному решению пришёл . После публикации его работы в 1939 году модифицированная формула стала известна как теорема Шокли — Рамо. Она оказалась применима не только к вакуумным лампам, но и к емкостям колебательных контуров, к газонаполненным (ионизационные камеры) приборам и полупроводникам (солнечные батареи).
Вторая мировая война (1939—1945) В межвоенные десятилетия, в эпоху формирования квантовой и ядерной физики, наука резко помолодела. В годы, когда Шокли начинал научную деятельность, считалось, что физики обычно совершают открытия в возрасте до 35 лет. Дирак и Эйнштейн утверждали, что «физик умирает к тридцати годам». 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. 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.
Атомный проект
26 января 1939 года Нильс Бор сделал в Вашингтоне публичное сообщение об открытии деления атомного ядра. Превращение урана, облучённого медленными нейтронами, в изотоп бария, открыли Отто Ган и Фриц Штрассман, а теоретическое объяснение открытия сформулировали Лиза Мейтнер и Отто Фриш. 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. Однако в мае 1940 года Келли поручил Шокли и Фиску проработать вопрос о возможности генерации ядерной энергии. Несколько дней спустя Шокли самостоятельно пришёл к идее замедления нейтронов в реакторе, сложенном из слоёв обогащенного урана, графита и воды. 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.
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. Обнародовать свою работу Шокли и Фиск не могли, так как в стране уже действовал мораторий на публикации по ядерной физике. 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. 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.
Работы на ВМФ США
Весной 1942 года Морзе пригласил, а фактически мобилизовал, Шокли на должность директора по исследованиям недавно созданной группы по противолодочным операциям (). 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.
Вначале Морзе поручил Шокли разобраться с проблемой неэффективности авиаударов по подводным лодкам. Глубинные бомбы, сбрасываемые с самолётов, на практике были намного менее эффективными, чем те же бомбы, сбрасываемые с надводных кораблей. 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). 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. Однако вскоре, когда группа Шокли занялась вопросами поиска подлодок и оценкой эффективности противолодочных радаров, стало ясно, что флотская отчётность недостоверна. 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.