贝尔实验室创建记

点击上方蓝字“返朴”进入主页，关注查阅往期文章

由于微信公众号试行乱序推送，您可能不再能准时收到《返朴》的推送。为了不与《返朴》失散， 请将“返朴”点亮为星标账号，并常点文末右下角的“在看”。点亮“星标”办法参见文末动图。

贝尔实验室的创建是世界科技史上一个有意义的事件，也是一个经典的创新故事，了解这段历史，对当今中国推进新型工业化和科技创新富有启示意义。

撰文 | 戴吾三（教授，清华大学深圳研究生院）

纽约市西街463号西方电气公司原址   1925年贝尔实验室在此建立，直到1945年新址建成，贝尔实验室搬迁。1965年后，该处建筑变成纽约艺术家活动的场所。

贝尔实验室的全称是贝尔电话实验室（Bell Telephone Laboratories），其名称源自发明家贝尔（A. G. Bell）。
贝尔实验室的创建是科技史上一个有意义的事件。在20世纪很长一段时间里，贝尔实验室一直是世界上最富有创新力的科研机构，拥有通信技术、晶体管等多项重大发明以及电子衍射现象等多项重大发现。贝尔实验室对IT技术的发展及产业的兴起，对推动世界科技发展有非常重大的影响。

贝尔系统大发展

贝尔先后于1876年3月和1877年初获得两个有关发明电话的专利，以此为基础，他与合伙人于1877年夏初成立了贝尔电话公司。开始只是几个人，随着业务快速扩展，1885年2月，公司重组成立美国电话电报公司（AT&T），聘请在铁路邮政公司做过监察，富有管理经验的韦尔（T. N. Vail）出任公司总裁，哈佛大学毕业的博士海斯（H. V. Hayes）任电气工程部主任。1897年，欧洲留学归来的坎贝尔（G. Campbell）加盟电气工程部。不久，坎贝尔研制出可改变电话声音衰减的负荷线圈，为波士顿到芝加哥的长途电话线路敷设创造了条件。
在1893年和1894年，贝尔的两个电话专利分别期满，美国本土一下冒出许多公司，都试图在电话行业分一杯羹。1907年，面对乱象丛生的电话市场，经营不力的美国电话电报公司恳请于10年前辞职的韦尔回来再任总裁。韦尔上任后审查公司运营，发现已经积累了“异常负债”，他果断采取措施，裁减冗员，收购小型电话公司为子公司，并把贝尔系统分散的研发机构集中到纽约。大部分人被安排到子公司西方电气公司（Western Electric）的工程部，小部分人归到美国电话电报公司的发展与研究部。公司首席工程师由海斯换成卡蒂（J. Carty）。从整体分工看，西方电气公司的工程部以开发、设计和制造通信器材和设备为主，美国电话电报公司的发展与研究部以研究制订通信技术标准和规划为主。
韦尔做事深思熟虑，他认为技术统一、彼此兼容的电话系统才能为大众提供更好的服务，因而他明确提出“一个政策、一套系统、普遍服务”的发展理念。1909年，按韦尔的构想，美国电话电报公司开始建设从纽约到旧金山的电话线路。
要实现横跨北美大陆的电话通信，关键在于解决长途信号衰减的问题。为此，卡蒂的副手朱厄特（F. B. Jewett）回母校芝加哥大学向物理学家密立根（R. A. Millikan）求助，博士生阿诺德（H. D. Arnold）被密立根推荐来美国电话电报公司工作。阿诺德经过两年多研究，改进了德福雷斯特（Lee de Forest）发明的电子三极管，制成能解决电话增音的高真空热离子管，为横跨大陆电话通信提供了有效的增音器^[1]。1914年，横跨北美大陆的电话通信成功实现。在这条线路基本完成时，韦尔和公司董事会又决定支持无线电话研究计划。1915年底，实现了横跨北美大陆的无线电话通信。这两大项目巩固了贝尔技术系统的地位，在美国乃至全世界都产生了重大影响。
在两大工程项目实施中，卡蒂和朱厄特发挥了重要的技术管理和领导作用。1916年，朱厄特被任命为西方电气公司的总工程师，主管工程部，阿诺德则担任西方电气公司工程部的研究指导。

调整机构促改革

到1924年，美国电话电报公司的垄断已达到新的高度。位于纽约西街的西方电气公司工程部变得非常庞大，技术人员加后勤人员达到3600人，其业务与美国电话电报公司的工程部经常有一些重复，有时还会发生摩擦。为利于事业发展，在1924年12月的董事会上，美国电话电报公司高层一致同意，以西方电气公司的工程部为主，并入美国电话电报公司工程部的部分力量，独立发展成一个有一定自主权的公司——贝尔电话实验室股份有限公司（简称贝尔电话实验室）。当时的一些细节如今已不很清楚，据朱厄特私人备忘录的说法，美国电话电报公司和西方电气公司工程部的业务重叠，造成了不必要的重复和财务问题。通过创办中心实验室来为两个主人服务，由此可使公司更高效地运转^[2]。
1925年1月1日，美国电话电报公司正式成立贝尔实验室。美国媒体对此多有报道，例如当年2月，美国《电话工程师》杂志发表了这样的消息：
为了提升新贝尔实验室科学家和工程师的实验能力，扩展工作已经开始，在纽约市西街463号40万平方英尺的楼群中，增添的几乎占区段四分之一面积的新实验室现已投入使用。在合并之日，实验室约有3600人，其中2000人是技术人员⋯⋯ ^[3]
通过各种报道，贝尔实验室这一当时世界最大的工业实验室出现在世人面前。当时，贝尔实验室占据了先前西方电气公司工程部的总部大楼，整个楼高13层，总建筑面积达37 200米，贝尔实验室在此运营了约20年。贝尔实验室成立时有人员3600人，比之前规模最大的通用电气公司研究实验室的人数还多2000余人。
贝尔实验室由新成立的董事会管理，卡蒂任董事长。在组织机构上，设总裁1人，由朱厄特担任，他同时兼任美国电话电报公司的科技副总裁。在总裁之下，分设常务副总裁1人、副总裁1人和总裁助理1人。贝尔实验室共设立研究部、设备发展部、商业发展部等七个部，研究部由阿诺德主管。
贝尔实验室的组织结构（1925年）
表面上看，贝尔实验室的成立似乎是美国贝尔系统的科研机构和人员从分散走向集中和统一管理，实质上它意味着美国有系统组织的工业实验研究进入了基础研究与技术发展相结合的成熟阶段，同时表明电子科技创新已成为通信行业发展的核心和支撑点。1929年美国发生经济大萧条，在严峻的危机中，贝尔系统再次显示出依靠科技创新实现发展的能力。

首任掌门朱厄特

朱厄特是贝尔电话实验室首任掌门人，贝尔实验室的创建和初期发展，很大程度上归功于他的远见卓识以及他在多方面的开创性工作。
朱厄特1879年9月5日出生在洛杉矶东北部的帕萨迪纳（Pasadena），其祖先是17世纪从英国约克郡来到新大陆的移民。受铁路工程师的父亲影响，朱厄特从童年时代就迷上了铁路，上大学前还打算效仿父亲，以铁路职业为生。后来因父亲对铁路站台电弧灯照明感兴趣，他听从父亲的建议，进入斯鲁普理工学院（加利福尼亚州理工学院的前身）就读电气工程专业。1898年获硕士学位时，他年仅19岁。朱厄特有心到麻省理工学院继续深造，母亲的意外去世，延误了他的入学。
偶然的机会带来改变。朱厄特在斯鲁普理工学院时的物理教授被芝加哥大学聘请任教，这位教授写信给朱厄特，建议他到芝加哥大学深造，这个提议让朱厄特和他的父亲动心。1899年初，朱厄特进入芝加哥大学。在读博士期间，朱厄特给物理学家迈克耳孙（A. A. Michelson）当研究助手。1907年，迈克耳孙因发明精密光学仪器以及借助这些仪器在光谱学和度量学方面的研究荣获诺贝尔物理学奖。朱厄特还与当时是新教师的密立根熟识，两人相差9岁，彼此欣赏，最终结下一生的友谊。1902年朱厄特获物理学博士学位，或许是有麻省理工的情结，他去那里应聘任物理和电气工程讲师。
贝尔实验室第一任总裁朱厄特
不久又是一次偶然机会，朱厄特进入美国电话电报公司，与贝尔实验室结下了终生情缘。那是1903年春季的一天，朱厄特到麻省理工时间不长，美国电话电报公司位于波士顿的电气工程部的坎贝尔到学院拜访克利福德（H. E. Cilfford）教授，请教有关高频发电机的问题。在两人谈话时，朱厄特刚好路过，克利福德便向坎贝尔介绍朱厄特。简短交谈后，坎贝尔对朱厄特留下良好印象。等朱厄特一年工作合同接近期满，坎贝尔就与克利福德和朱厄特联系。朱厄特对美国电话电报公司的工作条件和待遇非常满意，1904年底他来到坎贝尔负责的部门工作。朱厄特很快表现出解决复杂问题和指导工程的能力，1906年他接替坎贝尔出任波士顿电气工程部的负责人。1912年又被公司任命为西方电气公司的副总工程师。4年后，朱厄特担任西方电气公司的总工程师，并主管该公司的工程部。
1925年贝尔实验室成立，朱厄特出任贝尔实验室第一任总裁，并兼任美国电话电报公司科技副总裁。朱厄特为人平和，从学生时代就广交朋友，是同学们喜欢结交的人物。在贝尔电话电报公司，他与一些主要负责人都有着很好的上下级或合作关系。他堪称伯乐，为公司招聘了一批优秀人才，也帮助和举荐了多位能者走向高位。
在贝尔实验室，朱厄特提出应探索新的科学知识并用于推动技术发展的理念。在他的领导下，贝尔实验室发明了电话号码系统、无线电广播、电视、有声电影、电动留声机、人工喉和潜艇电话电缆等。也是在他的领导下，物理学家戴维森（C. J. Davison）通过实验发现了电子衍射现象，证实法国物理学家德布罗意（L. de Broglie）提出的物质波理论，贝尔实验室由此获得属于本室的第一个诺贝尔物理学奖。
1939年，由于工业研究方面的领导成就和第二次世界大战开始时美国对工业研究的紧迫需求，朱厄特当选为美国科学院院长，1940年10月他辞去贝尔实验室总裁，改任该室的董事长，直至1944年他从贝尔实验室完全退休。

理念清晰定方向

贝尔实验室建立后并非一帆风顺。有好几年，领导层看似平和却不时有分歧与争论，这直接影响了实验室的研究方向和发展。究其原因，是以卡蒂为代表的实用派和以朱厄特为代表的学院派之间的思想矛盾。
卡蒂生于1861年，中学毕业后即进入电话行业，从电话交换台操作员做到机械工程师。他凭借个人勤奋，取得多项发明专利，从基层技术岗位一步步走到公司高层。随着年龄增长，卡蒂科技知识不足和对科技管理目光短浅的弱点逐渐显露。在1916年，他公开表示，基础研究成果的表现形式只能是发明专利，而不是在学术刊物上发表论文。在卡蒂领导的部门，那些多年从事基础研究的科学家和工程师的专利成果不少，却没有一篇文章发表，以致在学术界没有产生什么影响。卡蒂早就反对学院式的基础理论研究，这注定了他的思想和做法与朱厄特难以相融。
与卡蒂不同，朱厄特是物理学博士，有着深厚的理论功底。他担任西方电气公司总工程师期间，就推行加强基础科学研究的政策，这种态度直接影响了他的研究团队。贝尔实验室成立后，朱厄特秉承先前的作风和做法，明显与卡蒂不同。为顾全大局，朱厄特和阿诺德只得暂时妥协，在前沿领域（特别是无线电话方面）继续进行开创性的基础研究，而在其他领域将现有的科学知识应用于技术研究。直到1932年卡蒂去世后，贝尔实验室才完全按照按朱厄特的思路发展，从事基础研究的科学家占科技人员人数约10%，科研经费占全室年度经费的10%以上，这两个百分比对于一个工业研究组织而言是相当大的^[1]。
1932年1月，适值贝尔实验室建立7周年。朱厄特于22日发表了题为“利用基础研究的成果于通信领域”的演讲，清晰表达了他本人关于建设贝尔实验室的理念。朱厄特说“基础”这个词，应当理解为：“它不仅囊括了所有包含在普遍应用它的范围之中，而且还囊括了通信领域中对于科学的应用来说是基础性的所有科研部分。换句话说，它囊括了在谋求新知识的方法中得出的各种东西，这种新知识是新的或改进的通信结构能够从中创造出来的要素。”从这些话可以看出，朱厄特认为贝尔实验室搞基础研究，决不限于只与技术应用有关的基础知识^[1]。

历史经验与启示

回顾贝尔实验室的成功经验，并不因岁月的流逝而过时。从海内外学者对贝尔实验室发展历史的研究看，可资借鉴的经验有以下几点。
顺应趋势 推动升级
贝尔实验室的建立，既是自身发展到一定阶段的产物，也是美国工业化进程中重视工业研究的大背景使然。
19世纪美国南北战争结束后，美国的工业化进程加快，一些大公司相继建立工业研究实验室，以作为创新发展的重要源泉。1875年，宾夕法尼亚铁路公司建立铁路器材研究实验室，标志着美国的工业研究实验室发展起步。起步阶段的特点是：工业研究实验室主要由技工和技师组成，研究方法以“试错”为主。及至19世纪八九十年代，工业研究实验室开始有意从大学和留欧学生中延揽人才，但经验性和技术性研究仍占主导地位。
1900年，美国通用电气公司建立研究发展中心，标志着美国的工业研究实验室发展进入第二阶段。这个阶段的特点是：在企业建立类似大学中研究所的机构，负责将已有的相关科学知识应用于产品开发。
1925年贝尔实验室建立，标志着美国的工业研究实验室发展进入第三阶段。新阶段的特点是：企业利用自身的研究机构，进行基础知识的创造性研究，然后将研究成果转化为新产品和设备的设计及工艺过程。贝尔实验室的建立，不仅表明基础科学研究进入企业，也表明基础科学研究进入整个工业化，推动在企业管理上的创新和升级。
诚为伯乐 识人用人
美国电话电报公司有识人用人的良好传统，朱厄特就是被坎贝尔慧眼看中，后来接替坎贝尔的职务。朱厄特更是把识人用人发挥到极致，他与著名实验物理学家迈克耳孙、密立根有良好的师生关系，在麻省理工学院也有广泛的人脉，这不仅为电信科技问题的解决及咨询和协作提供了条件，也对物色合适的人才十分有利。1910年，朱厄特专程回芝加哥大学拜访密立根。根据密立根的推荐，第一位被邀请的是密立根的助手弗莱彻（H. Flecher），但弗莱彻想回家乡盐湖城，到杨百翰大学教书，因此拒绝了邀请。朱厄特非常看好弗莱彻，连续5年，每年春天他都要给身在盐湖城的弗莱彻寄去一封邀请信，言辞恳切又有说服力。1916年，弗莱彻终于被感动，离开杨百翰大学来为朱厄特效力。第二位受邀的就是密立根的博士生阿诺德，他很快来到朱厄特的团队。
后来朱厄特又聘请了密立根的另一位博士凯利（M. J. Kelly），从康奈尔大学招聘了巴克利（O. E. Buckley）等人，他们都没有辜负朱厄特的厚望。巴克利成为贝尔实验室的第二任总裁，凯利成为贝尔实验室第三任总裁。凯利做总裁期间，他亲自招聘了麻省理工学院毕业的博士肖克利（W. Shockley），肖克利因在半导体方面的工作和发现晶体管效应而获得1956年诺贝尔物理学奖。
营造环境 激励学习
先前朱厄特主管西方电气公司工程部时，就经常组织科学家和工程师进行学习，贝尔实验室建立后学习制度进一步完善。贝尔实验室办公楼的顶层是一个大礼堂，这是贝尔实验室传播新思想的重地。在1920年代，每周一下午5点都会在这里举行一小时的学术报告会，邀请不在贝尔实验室工作的学者如密立根、费米（E. Fermi），或实验室里像戴维森、肖克利这样的学者来给科研人员讲授最新的科学进展^[2]。
在西街还有一个传播新思想的地方，门槛较高，只有受邀才能前往。大萧条时代后期新招聘的一些科研人员有意通过专题学习小组的形式深造，参加者轮流讲授物理学领域的最新进展，并就相关问题进行讨论。这个非正式的学习小组由肖克利组织，每周四下午碰头，布拉顿（W. Brattain）、汤斯（C. H. Townes）、菲斯克（J. Fisk）等人都是基本成员。汤斯后来在自传中回忆：“我相信，这种非正式的讨论会在当时的工业界是绝无仅有的。” ^[4]学习小组的几位成员后来都有杰出表现 ，肖克利、布拉顿1956年与巴丁（J. Bardeen）一起分享诺贝尔物理学奖；汤斯获1964年诺贝尔物理学奖；菲斯克成为贝尔实验室第四任总裁。
学习新思想的另一个地方是当地的大学。说来有趣，美国的经济大萧条倒是促进了科学知识的积累。在这段时期内，贝尔实验室被迫缩短员工的工作时间，一些年轻的科研人员因为有空闲，就到位于曼哈顿上城的哥伦比亚大学注册读学位课程。通常这些人会选择拉比（I. I. Rabi）教授讲授的一门课，而拉比本人于1944年获得诺贝尔物理学奖。
以上所述贝尔实验室的创建和早期发展，实则是美国工业化进程的一个缩影。目前，中国正在大力推进新型工业化，高度重视科技创新，而西方著名工业实验室（或宽泛地指企业研究院^[5]）的经验和教训，值得我们学习和借鉴。

参考资料

[1] 阎康年. 贝尔实验室. 保定: 河北大学出版社，1999: 41，89，74.[2] 格特纳. 贝尔实验室与美国革新大时代. 王勇，译. 北京：中信出版社，2016: 22, 32.[3] M D Fagen. A history of engineering and science in the Bell System: the early years. Bell Telephone Laboratories, 1975: 52.[4] 汤斯. 激光如何偶然发现. 关洪，译. 上海：上海科技教育出版社，2002: 38.[5] 布德瑞. 企业研究院. 盛逢时，译. 北京：中信出版社，2003.

本文经授权转载自微信公众号“科学杂志1915”。

特 别 提 示

1. 进入『返朴』微信公众号底部菜单“精品专栏“，可查阅不同主题系列科普文章。

2. 『返朴』提供按月检索文章功能。关注公众号，回复四位数组成的年份+月份，如“1903”，可获取2019年3月的文章索引，以此类推。

相关阅读

近期热门

长按下方图片关注「返朴」，查看更多历史文章

点“在看”，防失联