Первые видео со звуком
Факс
Транзистор
Солнечная батарея
Лазер
Первый активный спутник связи Telstar1
Импульсно кодовая модуляция
Теория информации
волновую природу материи
ПЗС-матрицы
DSL и телефонные модемы
Реликтовое излучение
Радиоастрономия
Unix
C
C++
Сотовая связь
Тональный набор DTMF
Сегодня я расскажу вам историю белл лабс - феномен 20 века — компанию с 33 тысячи патнетов и 9 нобелевских премий.
Это название на слуху у практически любого специалиста IT, но про него мало кто слышал за его пределами.
Как это вышло?
Помните историю Алксандр Грэма Белла?
Он со своим помощником Томасом Ватсоном в 1875-м колупался с гармоническим телеграфом и случайно изобрёл телефон. Ну или открыл его.
Моей идеей было через одну пару проводов передавать одновременно несколько телеграфных сообщений.
Это называется, мультиплексирование.
На передающей и принимающей стороне устанавливаются металлические пластинки. Под действием тока передающие пластинки колеблются на определённой частоте. Пластинки при колебаниях касаются контактов телеграфной линии, получается, то замыкая, то размыкая её с той частотой, с которой пластинка движется.
И если пластинка колеблется на частоте 440 Гц, то за секунду цепь замкнётся 440 раз и разомкнётся 440 раз. А если частота колебаний, к примеру, 260 Гц, то цепь замкнётся 260 раз и разомкнётся 260. За секунду.
И это происходит на передающей стороне.
На принимающей точно такие же пластинки начинали реагировать только на свою частоту замыканий-размыканий, то есть начинали вибрировать с такой же частотой и могли издавать звук или писать чернилами на бумаге.
Так, а как Белл предполагал кодировать в эти колебания смысл? Ведь ничего, кроме точки-тире в 1875-м не было.
А всё просто — оператор нажимал на телеграфный ключ — вот тот самый рычажок с ручкой и контактами — замыкал цепь на какое-то время, ток подавался на электромагнит, который притягивал незакреплённый конец пластинки.
Затем пластинка дойдя до предела упругости отскакивала, разрывала цепь, уходила в другую крайность, снова возвращалась в нейтральное положение, замыкала контакт, подавая ток на электромагнит, тот её притягивал, она отскакивала, разрывала контакт, уходила в другое крайнее положение, возвращалась в нейтральное, замыкала контакт, электромагнит её притягивал и так — до тех пор, пока оператор держит телеграфный ключ нажатым.
То есть это колебания на частоте пластины, которые поддерживаются током. А частота колебаний зависит от толщины, длины, материала пластинки.
И вот оператор зажал ключ на 100мс — хочет отправить точку, Значит пластинка, естественная частота колебаний которой 440 Гц, успеет замкнуть и разомкнуть цепь 44 раза. А если тире — 300 мс, то 132.
Так постоянный ток превращается в серию импульсов.
И вот стоят у нас рядом два контура: два телеграфных ключа, два электромагнита, две пластинки с разной частотой колебания.
Оба подключены в одну телеграфную линию.
Два оператора могут независимо друг от друга зажимать свои ключи, их сигналы не смешаются и две соответствующие пластинки на принимающей стороне распознают свой сигнал.
Такая идея.
Электромагнит здесь выступает инициатором колебаний и поддерживает их.
Так вот 2 июня 1875-го года, Белл со своим помощником Томасом Ватсоном экспериментировали с этим самым гармоническим телеграфом, находясь в разных комнатах съёмной квартиры, которая служила лабораторией.
И вдруг Белл вместо телеграфного тона услышал звук щипка, как будто дёрнули струну. Прислушался. И с величайшим удивлением обнаружил, что звук идёт от одной из металлических пластинок.
Он отправился в комнату к Ватсону, где были установлены передающие пластинки и увидел, как тот склонился над аппаратом и пытается отсоединить от одной из пластинок приварившиеся к ней под действием постоянного тока провода.
Внезапная догадка, вспышка! Озарение! Понимание.
Теперь пластинка передавала в провод не импульсы, она преобразовывала свои колебания в переменный ток в проводе. А колебалась она от того, что ватсон пытался оторвать от неё провода.
Когда пластинка колеблется над постоянным электромагнитом, в его катушке изменяется магнитный поток.
И тут уже электромагнитная катушка выступает не активным инициатором колебаний, а наоборот, она начинает воспринимать колебания пластинки и накладывает их на проходящий ток.
А колебать пластинку можно как механически, так и звуком.
Частота тока — это частота изначальных звуковых колебаний
Амплитуда тока — это громкость изначального звука
Форма тока повторяет форму звука.
Вот так, совершенно случайно был изобретён телефон — возможность передавать голос через металлические провода посредством электричества.
Через 9 месяцев родился телефон. 10 марта 1876 г. Белл передал по электрическому телефону, соединявшему его квартиру с лабораторией, расположенной на чердаке того же дома, фразу, адресованную помощнику Ватсону: «Mr. Watson — come here — I want to see you»
Это была первая демонстрация его работоспособности. А за месяц до этого 14 февраля Белл подал патентную заявку на пару часов раньше своего конкурента — Элайша Грея. Будем считать, что это было решающим фактором в приоритете изобретения.
В июне 1876-го Белл представил свой аппарат на Всемирной выставке в Филадельфии.
Он читал монолог гамлета «Быть или не быть», пел песни. Расстояние, на которое передавался звук было около 150 метров.
А среди свидетелей был бразильский император педру второй, он узнал Белла, который в своё время преподавал глухим детям, в том числе знакомым императора. Педру второй взял трубку и услышав речь, воскликнул «My God, it talks!». Просто представьте себе какой это эффект вызывало тогда — слышать речь человека, который не стоит рядом с вами, которого вы даже не видите!
Также в числе свидетелей был лорд Кельвин, тот самый Уильям Томсон, который участвовал в прокладке первого транслатлантического телеграфного кабеля и про которого мы рассказывали в серии «Голос через океан». И в его же честь назвали единицу температуры
Томсон сказал «Это самое удивительное, что я видел в Америке»
Был там в числе судей и его конкурент Белла Элиша Грей.
Для понимания, на той выставке вместе с телефоном демонстрировалась рука Статуи свободы с факелом, пишушая машинка Ремингтон и .. Бананы.
В 1877-м году Белл нашёл первых клиентов и основал Bell Telephone Company. И к концу года в сети компании было уже 3000 телефонов в эксплуатации.
В 1881-м году станции и первые 200 аппаратов появились в Москве и Санкт-Петербурге
Дальше бурное развитие
В декабре 1899, на рубеже веков дочерняя компания AT&T — American Telephone and Telegraph Company поглотила Bell Telephone Company и была монополистом аж до 1984-го года. Кстати, первым президентом АТТ стал Теодор Вейл — двоюродный брат Альфреда Вейла — товарища, который по факту придумал код Морзе.

А что Элайша Грей, так обидно проигравший в патентной гонке — он подал заявку на два часа позже Александра Белла.
А этот гражданин на самом деле сам не промах. Он был соучредителем компании Western Electric, основанной в 1869-м году, то есть за несколько лет до изобретения телефона. Они производили сначала телеграфное оборудование для western union. И Western Electric сыграет ключевую роль в будущем AT&T и Bell Labs.
В 1881 они начали сотрудничать с Bell TC и производить для них телефонное оборудование.
Но парни в BTC стратегически мозгами поразмыслили и купили весь WE с потрохами, чтобы управлять производством.
Ну как NVIDIA поступила с Mellanox в 2019-м — замкнул весь цикл производства оборудования для построения вычислительных кластеров внутри своей компании и управляла дорожной картой развития.
AT&T и WE стали двумя компаниями, которые шли долгие годы рука об руку: АТТ предоставляла услуги телефонной и телеграфной связи стране, а WE производила всё оборудование и даже кабели.
И в обеих компаниях были свои крупные отделы РНД.
Для понимания: не только технологии телефонии были чем-то абсолютно новым в то время и требовали постоянных исследований и усовершенствований: такие как технологии коммутации, автоматические телефонные станции, номерной план, мультиплексирование.
На тот момент не было буквально ничего.
Не было нормальных телефонных столбов и их производства, многожильных кабелей, витой пары, изоляции — натуральная гутта-перча обладала массой недостатков. Не было центрального электропитания, вызывных устройств, не было профессии телефонистов — сначала набирали мальчишек, ровно как тех, что разносили газеты, но они хамили абонентам и пришлось нанимать барышень, не было биллинга звонков, стандартов на разъёмы, на напяржения, номеронабирателей, телефонных справочников, усилителей, чтобы обеспечивать связь на дальних расстояниях, материалов для массового производства аппаратов, таксофонов, телефонных станций.
И вначале 20-го века, две компании имели свои крупные RND-центры. И хоть и направления у них были разные, делать они должны были в итоге одно дело, поэтому имели место как дублирование работы, так и рассинхронизация.
И в 1925-м году АТТ и ВЕ выделили свои инженерные департаменты в новую компанию Bell Telephone Laboratories, которую в народе всё время существования называли Bell Labs.
Теодор Вейл — президент АТТ заложил философию компании и фундамент для создания инженерной лаборатории. Его девизом было «One Policy, One System, Universal Service» («Одна политика, одна система, универсальное обслуживание»).
Этот принцип означал, что телефонная связь должна быть доступна каждому человеку в стране, а все телефоны должны быть объединены в единую сеть
И это было совсем-совсем неочевидным в то время, когда публичные смертные казни через повешение или обезглавливание собирали тысячи людей на центральных площадях, а женщины ещё должны были носить корсеты, утягивающие талию до 40 см.
Вообще не очевидно.
Вейл создал культуру инноваций, развивал инвестиции в долгосрочные исследования и утверждал, что АТТ должна быть технологическим лидером.
А ещё он утверждал, что Регулируемая монополия - лучше, чем конкурирующие несовместимые сети и создал величайшую монополию на тот момент, с государственным регулированием. США пошло на сделку, которая была выгодна обеим сторонам. Страна получала единую сесть с покрытием на всю территорию, единые стандарты, экономию от масштаба, инновации, гос.заказы и безопасная связь и госрегулирование.
А АТТ получала право делать всё, что она хочет, в пределах разрешаемых государством, и бесконечный поток денег, 1% из которых она будет вкладывать в Bell Labs
Но умер Вейл в 1920-м году за пять лет до создания Bell telephon Laboratories.

Решение принял тогдашний вице-президент АТТ Фрэнк Джуетт. Он же был президентом Bell Labs следующие 15 лет.

Белл Лабс стала тогда чем-то совершенно беспрецедентным.
Если вам кажется, что кампусы Аппл и Гугл, их открытые пространства, вложения в RND, агрессивный найм, время для своих проектов и очень хорошие зарплаты — это придумка 21-го века, то это не совсем так.
Мягко говоря.
100 лет назад это уже было.
Собрать лучшие умы страны: физиков, химиков, математиков, инженеров, достойно им платить и не давить на коммерциализацию, а давать возможность реализовывать свои идеи.
Только до войны они получили 8000 патентов и 1 нобелевку.
Список изобретений и усовершенствований очень длинный.
Синхронизация звука и видео. Дааа, это не было испокон веков
Теорема дискретизация Найквиста
Коаксиальный кабель — тот, который мы знаем по телевизионным антеннам
Волновод — это как водопровод, только для радиоволн — труба для передачи радиосигнала
Вокодер — это синтез речи, не просто передача, как в телефоне, а именно создание
Цифровой компьютер — магистерская работа 23-летнего Шеннона и развитие его идеи
Каждое из этих открытий и изобретений — какой-то немыслимый скачок вперёд
Но вот две другие очень важные вещи, которые нельзя приписать только Bell Labs, однако они сделали туда значимый вклад.

Первое — это вакуумные лампы. Помните фразу «тёплый ламповый звук»? Или телевизоры, в которых перегорали лампы?
Так вот это они. И назывались они триоды, потому что имели три контакта: анод, катод и сетка. Они были предтечей транзисторов и основой всей электроники первой половины 20-го века. Их волшебная способность — усиливать слабые сигналы. Поэтому они повсеместно использовались в телефонии на дальних расстояниях. Из-за аналоговой природы звука и высоких частотах, сигнал очень быстро затухал и распознать речь уже на нескольких километрах было невозможно. И в отличие от телеграфа сигнал нельзя было принять на промежуточной точке, распознать и отправить заново. Телефон — это инструмент реального времени для двух собеседников без посрдеников.
Лампы позволяли усиливать сигнал и были чудом своей эпохи, но изготавливать их было очень сложно и очень дорого. А ещё они страшно грелись и потребляли энергии, как.. Лампа накаливания, которой она и является.
А ещё они .. Ну перегорали, ломались. Теперь представим операционные издержки на обслуживание какого-нибудь кабеля через Ла-Манш, например. Или изготовление трансатлантического телефонного кабеля, где активные ламповые усилители должны стоять каждые 70км и проработать автономно несколько лет на глубине 4км
Белл лабс сделала многое для удешевления вакуумных ламп и улучшения их качества.
А про вторую вещь, говорят, что «атомные бомбы остановили войну, а это её выиграло». Эта противоречивая фраза не лишена смысла.
Разработка этой технологии велась как раз в предвоенные годы и в начале 40-х достигла своего апогея. Велась, кстати, в разных странах: США, Великобритании, Германии и, конечно, СССР. С примерно одинаковой степенью успеха.
ДО 30-х годов обнаружение движущихся объектов было визуальным, как и огонь по ним. То есть одни люди, которые искали глазами самолёты и корабли неприятеля, а другие крутили пушки и пытались по ним попасть.
А потом стало известно, что если зарядить достаточно мощным радиосигналом, то он отразится от объекта и вернётся назад — и этот отражённый сигнал можно детектировать. Ну прям как эхолокация.

С появлением радара всё изменилось: объекты неприятеля можно было видеть сильно заранее и подготовиться к контратаке, начали развиваться системы наведения оружия. Пропали эффекты как неожиданности, так и неуязвимости на большом расстоянии.
Ну, тут всё очевидно.
Менее очевидно, что до появления магнетронов, эффективные радары работали на длинных волнах в метровом диапазоне и антенны занимали сотни квадратных метров, то есть могли быть столько стационарными.
И согласитесь, смертельно обидно, когда ты военный корабль, и не можешь засечь приближение лодки противника или его торпеды, потому что не можешь на борту разместить антенное поле.
Белл Лабс в военные годы развивал магнетроны и коротковолновые радары. Они стали компактными и мобильными. Их стало можно размещать даже на самолётах.

Кстати, Клод Шеннон скромно и послушно в эти годы как раз занимался системами наведения зенитных установок.

Кстати, любопытный факт: в то время как на манхэттенский проект было потрачено 2 млрд долларов, радары обошлись в 3 млрд.
В 1944 году при атаке на лондон крылатыми ракетами V-1 радары, поставляемые Белл Лабс переломили ход операции и войны, когда 90% ракет уничтожались благодаря автоматическому наведению, как только они попадали в зону видимости радара.
А довоенную нобелевку кстати дали за открытие волновой природы электрона.
Во время войны Фрэнк Джуит времени зря не терял — при нём в Нью-Джерси строили первый кампус Белл Лабс.
В 1941-м году запустили его первую очередь.
Это было здание, специальным образом спроектированное для Bell Labs, где в бетоне и стекле воплотилась философия компании. Оно на деле реализовывало политику открытых дверей.
Кабинеты не закрывались, было много общих зон, разные лаборатории находились рядом. А длинные коридоры по 200 метров буквально заставляли людей из разных отделов сталкиваться друг с другом, пока одни шли обедать, а другие проводить эксерименты.
В новом кампусе в Мюррей Хилл изобретение проходило полный путь от идеи до производства.
И инженерам была предоставлена полная свобода. Вспомним снова Шеннона, который рассекал по коридорам на уницикле, жонглировал и собирал лабиринт для мышки Тесея.
И это было задолго до гугл.
К окончанию войны фактически технологическое развитие Белл Лабс в свои руки взял Мэрвин Келли, который долгое время занимался вакуумными лампами, доведя их производство до совершенства.
Скорее всего они бесили его своим несовершенством: большие, дорогие, прожорливые, ломучие. Келли буквально чувствовал, что есть что-то другое, что не жрёт электричество, не ломается и простое в производстве. И потенциал он видел в полупроводниках.
Ещё он знал, что война когда-то закончится, поэтому он готовил серьёзную реорганизацию в белл лабс, чтобы перенаправить её энергию в мирное русло.
Именно так и случилось. И после войны он нанимал лучших инженеров и учёных, лично курировал таланты внутри, смешивал теоретиков и практиков, химиков и математиков, оберегал ключевых фигур от бюрократии.
И.. Свёл в одной комнате Бардина, Браттейна и Шокли, которые в 1947-м году изобрели то, что навсегда изменит ландшафт индустрии. Они изобрели транзистор, который сначала должен был заменить собой вакуумные лампы и стать надёжным и дешёвым усилителем, но сегодня, вы носите в кармане несколько миллиардов транзисторов. И возможно ещё на руке, и в ухе. И сталкиваетесь с ним много раз в день буквально везде: терминалы оплаты, светодиодные лампы, кондиционеры, брелки для автомобилей, точки доступа Wi-Fi в метро, пульты от телевизора.
Все трое получили нобелевскую премию за это.
И про это мы ещё расскажем.
Но согласитесь странно, что транзисторы изобрели в 47-м, а в 90е нас бабушки ругали за то, что мы телевизоры посадим со своими приставками.
В такой открытой атмосфере, без давления на быстрый результат и коммерческий успех впоследствии появились
1948 - Теория информации Клода Шеннона
1954 - Солнечная батарея
1956 - Первый трансатлантический телефонный кабель (TAT-1)
1958 - Лазер
1958 - модем
1959 - мосфет. Это такой тип транзистора, который стал самым производимым устройством в мире. К 2026 года их произведено примерно 70 секстиллионов штук, это число с 22 нулями
1962 - Первый активный спутник связи Telstar1, который принимал и регенерировал сигнал.
1969 - ПЗС матрицы — Используется для фотографии там, где качество важнее цены: электронные микроскопы, телескопы, типа хабл, рентгены, эндоскопы, промышленный контроль качества
В 70-е в их лабораториях появилась оптоволоконная связь, это вот те или жёлтые/оранжевые пластиковые кабели, которые могут заходить к вам в квартиру, или большие чёрные мотки толстого провода, висящие на столбах где-нибудь в городе или вдоль трасс. Обычно рядом с ними ещё большая чёрная бобина. Через них сегодня летают гигабиты интернета.
С белл лабс связана забавная, можно наверно, так сказать история.
Сначала в 30-х Карл Янский основал радиоастрономию.
Изучая на Холмделском полигоне фирмы «Белл» атмосферные радиопомехи в декаметровом диапазоне волн (14 м), он обнаружил постоянный радиошум неизвестного происхождения.
В 33-м году он опубликовал ни много ни мало в ньюйорк таймс статью о том, что детектировал радиоволны с источником в центре нашей галактики Млечный Путь. Так мир узнал, что Вселенная разговаривает. Пусть и не с нами.
Это заявление прошло незамеченным, но начало радиоастрономии было положено.
Да и исследования радио — это ДНК Белл Лабс.
И вот в 1964-м году двое учёных из Пензиас и Вилсон наткнулись на странный белый шум на своих огромных тарелках. Они всячески пытались избавиться от него, считая его паразитным, даже списывали это на голубиный помёт.
Буквально в то же время группа Роберта Дикке из принстонского университета уже давно в теории доказала, что существует некое реликтовое излучение.
Это «свет» большого взрыва, который образовался через 400тыс лет после большого взрыва, когда электроны и протоны слиплись в первые атомы водорода и перестали захватывать все фотоны. Вот эти фотончики и предсказала группа Дикке. А теперь страшно мучилась в попытках их обнаружить экспериментально.
И тут эти артисты из белл лабс пришли к ним на консультацию.
Boys, we've been scooped« — всё, что тогда мог сказать Дикке.
Нобелевскую премию за открытие реликтового излучения дали Пензиасу и Вилсону, видимо за то, что им хватило ума дойти до группы Дикке. Лично меня этот факт бесит ровно с того момента, как я впервые прочитал эту историю в »Краткой истории почти всего на свете«.
А в 1969-м году появилась ещё одна вещь, которую вы носите в кармане, сумке или рюкзаке. Её или её последователей.
Это операционная система Unix. На её основе работает MacOS, IoS.
А её последователем стал Linux — на его основе сделан Android.
То есть буквально сегодня в каждом телефоне есть как физическая, так и логическая частика белл лабс: транзистор и операционная система.

Кстати, языки программирования С и С++ были написаны тоже там.

А что с лабораториями Белл теперь?
А они всё ещё существуют.
В 1984-м году правительство США решило, что хватит этот терпеть, у АТТ было 80% местных телефонных линий США и 100% междугородних.
АТТ сохранила за собой междугороднюю связь, а местная была передана новым компаниями, которые поэтично назвали бейби беллс
Из Белл Лабс были выделены локальные лаборатории под нужды беби беллс. И это было началом заката.
В 96-м году АТТ снова разделили: осталась АТТ — просто сервисная комания без лабораторий и Люсент — производственная компания, наследница Wester Electric.
В 2006-м году Алкатель покупает люсент вместе с белл-лабс и всем патентами.
А в 2016 нокиа покупает алкатель-люсент
Сегодня столетняя компания Bell Labs принадлежит Nokia и имеет около 2000 сотрудников против 25 тысяч на пике — её судьба типична для корпоративных исследовательских центров XX века. Xerox PARC, IBM Research теряли влияние по той же причине: когда акционеры требуют квартальной прибыли, десятилетние исследования без гарантий становятся роскошью. Модель изменилась — университеты делают фундаментальную науку, стартапы рискуют, корпорации покупают готовое. Но никто с тех пор не создал пока ничего масштаба транзистора или Unix
Bell Labs существовала в интересный период нашей истории когда сошлись несколько факторов: монопольные деньги без давления акционеров и KPI, отсутствие альтернатив и технологическая неопределённость — никто не знал, что будет важно в будущем, поэтому занимлись всем.
Этих факторов сегодня нет и повторить историю белл лабс едва ли удастся, но мы тоже живём в интересное время, о котором когда-то запишут подкаст: мы наблюдаем за первым предрассветными сумерками эпохи ИИ. И возможно, какая-то компания заявит о себе так же громко.