224.第224章 仙童
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天才少年爱迪生揭示了“爱迪生效应”之后，有三个工业领域的秘密被主流科学界所公知：一、无线电报（三极管的信号放大效应）；二、风力发电（真空管的整流效应）；三、真空管计算机（整流效应使逻辑电路成为可能）。
英国电报公司形成了庞大的规模效应，它那使用真空管计算机的快速交换中心和几乎每个主要国家、主要城市都已经覆盖的网络使前北约国家只能把自主研发的无线电报技术用在军事上。
资本界倒是很看好发电技术的应用在水力发电和火力发电上面，很快就有科学家提出了这两种除风力之外的发电技术。唐宁一直渴望阻止的火力发电时代终于还要不可避免的要来临，因为其技术门槛低。以前也不是没有人设想过水力、火力发电，但法拉第电力公司的进步令这些工程师望而却步，天才少年的破解使工程界信心大振。
他们万万没想到的是法拉第电力公司的电网居然可以跟电报、电话网络结合起来，等这个技术一出来并大幅降低电报机、电话机价格的时候，那些新兴的电力公司全都得傻眼。唐宁倒不是想垄断电力行业，他可以凭借电网的优势强迫那些火力发电厂达到他指定的环保要求，以抵消空气污染的负面效果，否则不让入网。
ibm的鸟笼式计算机原本是机械式的，但这种计算机速度不够快，后来就推出了真空管版本的高端机，并为一些大型企业、机构所采购。由于自动计算能力的广阔前景，世界各国的大学只要是有点财力的都买台ibm鸟笼计算机来研究一下，现在则纷纷转入真空管计算机的研究，ibm在这个行业的垄断被破也是指日可待。
三大行业机密纷纷出现密集的研究论文，美国政府提议由美国、法国、德意志各邦国、俄国、荷兰等国共同出钱出力，打造一本可以媲美《自然》期刊的刊物，以便新科技在各国之间更好的传播。后来这本期刊被命名为《科学》，爱迪生将一部分破解无线电报秘密的奖金捐赠给该期刊，成为《科学》第一位不代表政府的理事。
《科学》期刊的亮点就是大力发表那些《自然》藏着掖着不让人知道的科技秘密，因此它的成立很快就成了学术界和工程界的宠儿，果然成了《自然》的强劲对手。
一个天才少年的成就激起了美国等国学术界士气，唐宁觉得有趣。事实上以真空管为基础的科技主流技术与温莎财团的独门技术已经站在了同一片高地上，能够再次完胜真空管时代的，那就只有……半导体了。
真空管有一个局限，因为要保持一定空间的真空，否则就无法出现爱迪生效应，所以它不可能做得很小，这是真空管继续发展下去的瓶颈。半导体又是如何实现逻辑电路的呢？
以纯锗晶体为例说明半导体的神奇属性。每个锗原子的最外层有4个电子，而在晶体内整齐排列的原子中，4个电子的每一个都与邻近原子所含的4个电子中的某一个成对地结合在一起，当外围电子为8个的时候，根据泡利不相容原理计算出来的电子能级，以及实际世界中惰性元素的实证，所有的电子都是很稳定地联结成对的。由于这种排列方式与钻石的排列方式相似，所以锗、硅和其他类似这种结构的物质统称为“金刚结构”。
如果在这种体系完整的金刚结构内掺入一点砷原子，情况会变得复杂。砷的最外层有5个电子，其中4个电子将与其原子核整个取代锗原子的位置，与邻近的锗原子依照前述排列方式紧挨在一起，电子也成对结合，但第五个电子因没有配对而自由流动。
这时，如果往此晶体上加一个电压，这个自由电子将向正极移动。但它无法像金属导体中的自由电子那样快速地移动，它们的导电性只是比硫磺、玻璃等绝缘体要好。所以这种加入了微量杂质的金刚结构叫“半导体”。
光是这样的属性还不足以使半导体奇特，当我们不是向锗晶体加砷而加硼的话，由于硼原子的最外层只有3个电子，它们分别与3个邻近锗原子所属的电子配对，但余下1个锗电子怎么办呢？它只好与“空穴”配对。
如果向掺硼的晶体加一个电压，邻近的电子受正电极的吸引向前递补，而在原来的位置留下一个空穴，于是下一个电子又来递补。表面上看来虽是电子向正电极方向移动，但究其本质，我们也可以说是空穴向负极移动。也就是“空穴”成了电流的载体。
掺砷的锗具有1个游离电子，可称为负型，而掺硼的锗有一个游离的空穴，如同带正电，可称为正型。两者结合起来讨论，当我们把一个锗晶体的一半做成负型，另一半做成正型就形成了一个全新的整流器。因为负型接至负极时它的电子会被推向正极，同时正极的正型空穴会被推向负极，于是晶体中有电流流通。
把正负极对调的结果却是两种晶体的电荷不协同，电流无法通过，电路中断。
半导体整流器不需要抽真空，因此体积可以做得很小；不易破裂或漏电，在常温工作只需要很小的电流，你想想刚才老是提到“一个电子怎么怎么着”。它更不需要像真空管那样有一定的预热时间。在技术上它是绝对秒杀掉真空管的存在。
对于致力于科技霸权的唐宁来说，半导体还有一个好处，它的原理复杂，成品微小，几乎不可能在电子学、晶体学发展到非常成熟之前被破解。唐宁不仅要用半导体来代替真空管，更是决定将产品当成绝对机密。工厂将设在“与世隔绝”的加州三藩市附近的圣克拉拉谷，红杉资本则会投资一个叫“仙童工厂”的厂子，整个机构连“半导体”三个字都不会出现，所有的原材料只以数字代号表示，绝大部分的工程师都不知道这工厂是干么的。计算机科学家与生产的工程分开，芯片的设计在伦敦，而生产则在设计师们所不知的圣克拉拉谷。
仙童工厂的第一批产品就会是高度集成的芯片，这一定会让伦敦的科学家们在想，这么大规模的计算机“得需要多少个真空管，占多大的地儿啊！”
这个计划并不着急，也许数年之后出第一批产品就算不错了，远离家人多时的浪子终于回到了欧洲，慕尼黑。妻子与女儿的身边，作为对浪子的惩罚，小女儿根本不认识爹地，会讲几个单词的她当然也不会说“爹地”。
原本要送给小女儿的贴心礼物加拉帕戈斯象龟蛋被林肯这个混蛋搅黄了，为了讨好小天使，唐宁决定发明一个小朋友最喜爱的东西，这个怪父亲也不会别的手艺，就会搞小发明。这个东西就是——动画片。
原始动画片的发明比电影要早很多年，早在1829年，比利时物理学家约瑟夫·普拉陶就在其博士论文中研究了色彩在视网膜上的作用效果，包括持久度、强度和颜色，擅长画花的他对莲花的旋转曲线进行了数学研究，并观察了运动图片的变形，图片在旋转运动中的视觉效果将会被重新构建。
1832年，普拉陶发明了“费纳奇镜”，这是人类史上第一个展示运动图片的设备。费纳奇镜有两个圆盘，一个是放线形的观看窗，另一个则印有彩色图片，当两个圆盘以正确的速度旋转时，就能产生一对男女跳华尔兹的动画，注意，是彩色的哦，其效果似乎比卓别林时代的默片更好。
唐宁要发明真正的动画片几乎没有任何技术障碍，将原画师的图片用徕卡相机持续地拍照就能产生连续的胶片，将这些胶片在已经被发明的幻灯机上以每秒16帧的速度播放就ok了。
不过，神级发明家绝不会如此偷懒。因为这会把几乎所有的工作托付给现在仍然几乎不存在的动画绘画师，而强行雇佣传统的画家工作很可能会因为巨量的绘图工作而精神崩溃。仅仅是一幅人物走路的动作就要让传统画师画几十幅上百幅同样的背景，你说他会不会崩溃？
所以唐宁想到的第一要务就是要让动作前景与背景分离。解决方案是数字化。将原画使用高精扫描仪数字化之后用程序去除其背景（往往是白色），制作出原画的动作诸帧之后再用算法将诸帧与背景融合，在程序上只需用前景简单覆盖背景即可。
原画只能是素描，否则去背的程序将极为复杂，远超现在的最高性能计算机所能承受的极限，所以上色的工序就只能在数字化之后完成了。要在“设备”上上色，首先要在设备上显示颜色，颜色液晶显示器就必须提上日程。
目前的量产液晶显示器已经达到一张a4纸的大小，即210*297mm之所以有这个奇怪的比率是因为它是a0纸的八分之一，a1是a0的对折，a3是a2的对折，到a4这儿就成了八分之一。
a0的面积是1平方米，这个好理解，但它的长宽是这样的：841*1189mm，这就很让人费解。原来，在1786年时，德国数学家和哲学家利希腾贝格发现当矩形的长宽比为根号2的时候将其对折裁剪之后其长宽比保持一致，唐宁在思考打字机的纸张时第一次利用了这个数学发现，随着他的打字机遍布全球，现在成了世人最常见的纸张规格。
为了统一显示与纸张，液晶显示器的第一个量产版使用的尺寸正好是a5纸210*148mm，正好能两屏显示一张完整的a4纸。这个理论继续应用到唐宁将生产的用来播放动画片的显示器上，将使用a3纸尺寸，即420*297mm，约20。2英寸。
在电报和打字机时代，因为只用来显示文字，所以显示器的颗粒感并不是严重问题，ibm已经在实验室里制造出了显示效果相当细腻的黑白屏，但因价格昂贵，并没有量产，在文字时代也暂时没有太大的需要。但是在动画时代，这种昂贵的显示器是必须的。
不仅需要细腻的显示效果，更需要显示彩色。彩色的成像原理是将每一个像素分成三原色三个子像素，人眼将只能看到三原色混合后的彩色，其制造工艺又比昂贵的细腻黑白屏高了三倍。
这还不算完，有了显示，还必须有互动，“上色笔”将是互动的主要媒介，因此，显示屏还必须是电磁式手写板，通过在手写板下方的布线电路通电后，在一定空间范围内形成电磁场，来感应带有线圈的笔尖的位置进行工作。
电磁式手写板可以用它进行流畅的书写，手感也很好，在绘图上很有用。画师除了主创原画师之外，还有动画师，负责数字化之后根据动作的需要对原画进行小幅的再创作，所以绘图功能是必须的。
上色笔除了绘画之外，必须有涂抹色块的功能，前提是可以圈选一个闭合区域，每个闭合区域的保存最恰当的方式是使用图层，这就又出现了一个需求。在现有的计算机性能之下，这些程序的开发将是一个严峻的挑战，正对神级工程师的味口。
全球顶尖的计算机程序员、工程师将云集于慕尼黑，为的是帮小朋友们开发一套动画片制作工具。这个唐宁给小女儿的珍贵礼物仅是动画片的制作工具就昂贵到荒谬的程度，还没算上有了工具之后如何培养动画师，搞不好第一部动画片还没制作出来，女儿都能打酱油了。
天才少年爱迪生揭示了“爱迪生效应”之后，有三个工业领域的秘密被主流科学界所公知：一、无线电报（三极管的信号放大效应）；二、风力发电（真空管的整流效应）；三、真空管计算机（整流效应使逻辑电路成为可能）。
英国电报公司形成了庞大的规模效应，它那使用真空管计算机的快速交换中心和几乎每个主要国家、主要城市都已经覆盖的网络使前北约国家只能把自主研发的无线电报技术用在军事上。
资本界倒是很看好发电技术的应用在水力发电和火力发电上面，很快就有科学家提出了这两种除风力之外的发电技术。唐宁一直渴望阻止的火力发电时代终于还要不可避免的要来临，因为其技术门槛低。以前也不是没有人设想过水力、火力发电，但法拉第电力公司的进步令这些工程师望而却步，天才少年的破解使工程界信心大振。
他们万万没想到的是法拉第电力公司的电网居然可以跟电报、电话网络结合起来，等这个技术一出来并大幅降低电报机、电话机价格的时候，那些新兴的电力公司全都得傻眼。唐宁倒不是想垄断电力行业，他可以凭借电网的优势强迫那些火力发电厂达到他指定的环保要求，以抵消空气污染的负面效果，否则不让入网。
ibm的鸟笼式计算机原本是机械式的，但这种计算机速度不够快，后来就推出了真空管版本的高端机，并为一些大型企业、机构所采购。由于自动计算能力的广阔前景，世界各国的大学只要是有点财力的都买台ibm鸟笼计算机来研究一下，现在则纷纷转入真空管计算机的研究，ibm在这个行业的垄断被破也是指日可待。
三大行业机密纷纷出现密集的研究论文，美国政府提议由美国、法国、德意志各邦国、俄国、荷兰等国共同出钱出力，打造一本可以媲美《自然》期刊的刊物，以便新科技在各国之间更好的传播。后来这本期刊被命名为《科学》，爱迪生将一部分破解无线电报秘密的奖金捐赠给该期刊，成为《科学》第一位不代表政府的理事。
《科学》期刊的亮点就是大力发表那些《自然》藏着掖着不让人知道的科技秘密，因此它的成立很快就成了学术界和工程界的宠儿，果然成了《自然》的强劲对手。
一个天才少年的成就激起了美国等国学术界士气，唐宁觉得有趣。事实上以真空管为基础的科技主流技术与温莎财团的独门技术已经站在了同一片高地上，能够再次完胜真空管时代的，那就只有……半导体了。
真空管有一个局限，因为要保持一定空间的真空，否则就无法出现爱迪生效应，所以它不可能做得很小，这是真空管继续发展下去的瓶颈。半导体又是如何实现逻辑电路的呢？
以纯锗晶体为例说明半导体的神奇属性。每个锗原子的最外层有4个电子，而在晶体内整齐排列的原子中，4个电子的每一个都与邻近原子所含的4个电子中的某一个成对地结合在一起，当外围电子为8个的时候，根据泡利不相容原理计算出来的电子能级，以及实际世界中惰性元素的实证，所有的电子都是很稳定地联结成对的。由于这种排列方式与钻石的排列方式相似，所以锗、硅和其他类似这种结构的物质统称为“金刚结构”。
如果在这种体系完整的金刚结构内掺入一点砷原子，情况会变得复杂。砷的最外层有5个电子，其中4个电子将与其原子核整个取代锗原子的位置，与邻近的锗原子依照前述排列方式紧挨在一起，电子也成对结合，但第五个电子因没有配对而自由流动。
这时，如果往此晶体上加一个电压，这个自由电子将向正极移动。但它无法像金属导体中的自由电子那样快速地移动，它们的导电性只是比硫磺、玻璃等绝缘体要好。所以这种加入了微量杂质的金刚结构叫“半导体”。
光是这样的属性还不足以使半导体奇特，当我们不是向锗晶体加砷而加硼的话，由于硼原子的最外层只有3个电子，它们分别与3个邻近锗原子所属的电子配对，但余下1个锗电子怎么办呢？它只好与“空穴”配对。
如果向掺硼的晶体加一个电压，邻近的电子受正电极的吸引向前递补，而在原来的位置留下一个空穴，于是下一个电子又来递补。表面上看来虽是电子向正电极方向移动，但究其本质，我们也可以说是空穴向负极移动。也就是“空穴”成了电流的载体。
掺砷的锗具有1个游离电子，可称为负型，而掺硼的锗有一个游离的空穴，如同带正电，可称为正型。两者结合起来讨论，当我们把一个锗晶体的一半做成负型，另一半做成正型就形成了一个全新的整流器。因为负型接至负极时它的电子会被推向正极，同时正极的正型空穴会被推向负极，于是晶体中有电流流通。
把正负极对调的结果却是两种晶体的电荷不协同，电流无法通过，电路中断。
半导体整流器不需要抽真空，因此体积可以做得很小；不易破裂或漏电，在常温工作只需要很小的电流，你想想刚才老是提到“一个电子怎么怎么着”。它更不需要像真空管那样有一定的预热时间。在技术上它是绝对秒杀掉真空管的存在。
对于致力于科技霸权的唐宁来说，半导体还有一个好处，它的原理复杂，成品微小，几乎不可能在电子学、晶体学发展到非常成熟之前被破解。唐宁不仅要用半导体来代替真空管，更是决定将产品当成绝对机密。工厂将设在“与世隔绝”的加州三藩市附近的圣克拉拉谷，红杉资本则会投资一个叫“仙童工厂”的厂子，整个机构连“半导体”三个字都不会出现，所有的原材料只以数字代号表示，绝大部分的工程师都不知道这工厂是干么的。计算机科学家与生产的工程分开，芯片的设计在伦敦，而生产则在设计师们所不知的圣克拉拉谷。
仙童工厂的第一批产品就会是高度集成的芯片，这一定会让伦敦的科学家们在想，这么大规模的计算机“得需要多少个真空管，占多大的地儿啊！”
这个计划并不着急，也许数年之后出第一批产品就算不错了，远离家人多时的浪子终于回到了欧洲，慕尼黑。妻子与女儿的身边，作为对浪子的惩罚，小女儿根本不认识爹地，会讲几个单词的她当然也不会说“爹地”。
原本要送给小女儿的贴心礼物加拉帕戈斯象龟蛋被林肯这个混蛋搅黄了，为了讨好小天使，唐宁决定发明一个小朋友最喜爱的东西，这个怪父亲也不会别的手艺，就会搞小发明。这个东西就是——动画片。
原始动画片的发明比电影要早很多年，早在1829年，比利时物理学家约瑟夫·普拉陶就在其博士论文中研究了色彩在视网膜上的作用效果，包括持久度、强度和颜色，擅长画花的他对莲花的旋转曲线进行了数学研究，并观察了运动图片的变形，图片在旋转运动中的视觉效果将会被重新构建。
1832年，普拉陶发明了“费纳奇镜”，这是人类史上第一个展示运动图片的设备。费纳奇镜有两个圆盘，一个是放线形的观看窗，另一个则印有彩色图片，当两个圆盘以正确的速度旋转时，就能产生一对男女跳华尔兹的动画，注意，是彩色的哦，其效果似乎比卓别林时代的默片更好。
唐宁要发明真正的动画片几乎没有任何技术障碍，将原画师的图片用徕卡相机持续地拍照就能产生连续的胶片，将这些胶片在已经被发明的幻灯机上以每秒16帧的速度播放就ok了。
不过，神级发明家绝不会如此偷懒。因为这会把几乎所有的工作托付给现在仍然几乎不存在的动画绘画师，而强行雇佣传统的画家工作很可能会因为巨量的绘图工作而精神崩溃。仅仅是一幅人物走路的动作就要让传统画师画几十幅上百幅同样的背景，你说他会不会崩溃？
所以唐宁想到的第一要务就是要让动作前景与背景分离。解决方案是数字化。将原画使用高精扫描仪数字化之后用程序去除其背景（往往是白色），制作出原画的动作诸帧之后再用算法将诸帧与背景融合，在程序上只需用前景简单覆盖背景即可。
原画只能是素描，否则去背的程序将极为复杂，远超现在的最高性能计算机所能承受的极限，所以上色的工序就只能在数字化之后完成了。要在“设备”上上色，首先要在设备上显示颜色，颜色液晶显示器就必须提上日程。
目前的量产液晶显示器已经达到一张a4纸的大小，即210*297mm之所以有这个奇怪的比率是因为它是a0纸的八分之一，a1是a0的对折，a3是a2的对折，到a4这儿就成了八分之一。
a0的面积是1平方米，这个好理解，但它的长宽是这样的：841*1189mm，这就很让人费解。原来，在1786年时，德国数学家和哲学家利希腾贝格发现当矩形的长宽比为根号2的时候将其对折裁剪之后其长宽比保持一致，唐宁在思考打字机的纸张时第一次利用了这个数学发现，随着他的打字机遍布全球，现在成了世人最常见的纸张规格。
为了统一显示与纸张，液晶显示器的第一个量产版使用的尺寸正好是a5纸210*148mm，正好能两屏显示一张完整的a4纸。这个理论继续应用到唐宁将生产的用来播放动画片的显示器上，将使用a3纸尺寸，即420*297mm，约20。2英寸。
在电报和打字机时代，因为只用来显示文字，所以显示器的颗粒感并不是严重问题，ibm已经在实验室里制造出了显示效果相当细腻的黑白屏，但因价格昂贵，并没有量产，在文字时代也暂时没有太大的需要。但是在动画时代，这种昂贵的显示器是必须的。
不仅需要细腻的显示效果，更需要显示彩色。彩色的成像原理是将每一个像素分成三原色三个子像素，人眼将只能看到三原色混合后的彩色，其制造工艺又比昂贵的细腻黑白屏高了三倍。
这还不算完，有了显示，还必须有互动，“上色笔”将是互动的主要媒介，因此，显示屏还必须是电磁式手写板，通过在手写板下方的布线电路通电后，在一定空间范围内形成电磁场，来感应带有线圈的笔尖的位置进行工作。
电磁式手写板可以用它进行流畅的书写，手感也很好，在绘图上很有用。画师除了主创原画师之外，还有动画师，负责数字化之后根据动作的需要对原画进行小幅的再创作，所以绘图功能是必须的。
上色笔除了绘画之外，必须有涂抹色块的功能，前提是可以圈选一个闭合区域，每个闭合区域的保存最恰当的方式是使用图层，这就又出现了一个需求。在现有的计算机性能之下，这些程序的开发将是一个严峻的挑战，正对神级工程师的味口。
全球顶尖的计算机程序员、工程师将云集于慕尼黑，为的是帮小朋友们开发一套动画片制作工具。这个唐宁给小女儿的珍贵礼物仅是动画片的制作工具就昂贵到荒谬的程度，还没算上有了工具之后如何培养动画师，搞不好第一部动画片还没制作出来，女儿都能打酱油了。