上周我揭示了“焦耳小偷”的狡猾物理原理，这是一种电路，可以让你从看似死掉的电池中榨取更多能量。关键，事实证明，是变压器和晶体管的巧妙结合。但晶体管值得拥有自己的头条，因为它可能是20世纪最重要的发明。没有晶体管，生活将完全不同。首先，就不会有个人电脑或手机，那么就没有亚马逊，没有视频游戏，没有约会应用程序，没有消息，没有流媒体，没有社交媒体，没有Apple Pay或Google Maps，也没有人工智能。汽车中有数十亿个晶体管，它们几乎无处不在。那么晶体管究竟是什么呢？理解这一关键技术的最佳方法是追溯其进化历程，追溯到19世纪电报中使用的电动继电器。电动继电器电报线基本上是很长的电路。你可能从未想到过，但它们是靠电池供电的——原始的低电压电池，填满了电报站的整个衣橱——因为当时还没有电网。1835年发明的电动继电器是这些系统的关键组件。基本上，它是一个开关，可以打开和关闭电流——就像你用来打开灯的墙壁开关一样。但由于没有手指，继电器使用第二个电流来翻转开关。为什么要使用电流来打开电流？这是个好问题。假设你想要在50英里外的另一个城镇打开一盏灯。那么，你就需要在公共电线杆上拉一根很长的线路。然后你可以打开和关闭灯，甚至用点跟划的代码发送文本消息。但有一个问题：线路越长，阻力越大，所以没有足够的电流通过以传递清晰的信号。解决方案？将电路分成两段25英里的长度，并用一个继电器连接它们。当你关闭第一个电路的开关时，它操作继电器，将第二个电池中的同样电流模式传送到下一个电路，并点亮灯泡。这里是一个示意图：电路图：Rhett Allain当然，电报使用的是蜂鸣器而不是灯，但理念是一样的。无论如何，继电器仍在广泛使用，并且使用一个电流来打开另一个电流的想法开启了各种可能性。在汽车中，它让你可以使用低功率的仪表盘控制来切换高功率电路，以操作启动器、前大灯或空调。那么，继电器是如何工作的呢？基本上，它只是一个电磁铁。这里有一个简单的示意图，以及一个真实的例子：电路图和照片：Rhett Allain内部有一根围绕铁芯缠绕的线圈。当电流流过这个控制线时，它会产生一个磁场。这会拉下顶部的金属开关，使其接触输出线。你可能听说过继电器。当你的烤箱的温控器打开和关闭加热元件时，它发出的就是那种可听的咔嗒声。虽然继电器很酷且有用，但它们只是基本的开关。我们还有其他类似于可变继电器的东西——真空管，约在1905年发明，使老式收音机成为可能。真空管你可以把真空管看作一种改良的灯泡。一个白炽灯只是当电流通过时会变得非常热的细线，因此它发光。那根灯丝被放在玻璃容器内，空气被抽走以防止灯丝烧坏。（这正是灯泡的全部目的——隔绝氧气。）但在灯丝变得非常热时，会发生一些你看不见的事情：电子会从中被喷射出来。由于电子流动即为电流，你可以以类似于继电器的方式利用这些热电子。这里是一个原始真空管的示意图：电路图和照片：Rhett Allain电子在灯泡内部移动到一个集电极板上，从而产生输出电流。现在，这看起来可能是个傻主意。但如果我们在灯丝和集电极之间加一根额外的线（一个栅格），我们就可以控制这个输出电流。一个负电压的控制会将电子推回离集电极，以减少输出电流。给栅格施加正电压则会增加输出电流的流动。所以这又是一个电流开关，就像继电器一样，由另一根电线控制。但有两个重大区别：首先，没有机械接触，这意味着输出电流可以变化得更快。第二，输出电流不仅是开或关；它可以根据控制电压的强度而变化。这正是让第一个音频放大器成为可能的原因。如果你从一个遥远的电台接收到的信号很微弱，它将不会产生足够的电流来驱动扬声器让你听到任何声音。但如果你把那个信号输入到真空管的控制电压中，