登上神壇又跌落谷底,地表最強的貝爾實驗室到底經歷了什麼?

2020-12-03 高校科技進展

位於美國新澤西州茉莉山的貝爾實驗室曾經這個星球上最偉大的實驗室(沒有之一)。畢竟,它可是電晶體、雷射器、太陽能電池、發光二極體、數字交換機、通信衛星、電子數字計算機、C語言、UNIX作業系統、蜂窩移動通信設備、長途電視傳送、仿真語言、有聲電影、立體聲錄音,以及通信網等許多重大發明的誕生地。

但是,就是這麼一個偉大的實驗室,在進入21世紀之後就迅速銷聲匿跡了。到底貝爾實驗室經歷了什麼?它是如何輝煌起來的?又是如何衰敗的?

貝爾實驗室的發展

據統計,貝爾實驗室一共獲得8項(13人)諾貝爾獎(其中7項物理學獎,1項化學獎)。截至2012 年,貝爾實驗室共有有效專利 29190 項,出版物和會議論文400多篇,許多重大發明對世界經濟發展起到關鍵性作用。

如Unix 作業系統使計算機聯網成為現實,C語言是當代最流行的程式語言,雷射器與原子能、半導體、計算機一起被譽為20世紀四大發明,蜂窩式行動電話、光纖及光通信科技等都來自貝爾實驗室。

可以說,人類邁向文明的每一步都與貝爾實驗室息息相關,它的發展也是一個傳奇的歷程!

1925 年

美國電報電話公司(AT&T)收購了西方電子公司的研究部門,成立「貝爾電話實驗室公司」 (簡稱「貝爾實驗室」。

在建立之初,貝爾實驗室便致力於數學、物理學、材料科學、計算機編程、電信技術等各方面的研究。也就是說,除了電信技術的研發之外,它的重點在於基礎理論研究。

1927年

貝爾實驗室的戴維森和萊斯特·格莫爾通過將緩慢移動的電子射向鎳晶體標靶,驗證了電子的波動性。這項實驗為所有物質和能量都同時具有波和粒子特性這一假設提供了強有力的證據。10年之後,戴維森又憑藉在電子幹擾研究方面取得的成就獲得諾貝爾獎。

1933 年

1933年,貝爾實驗室的卡爾·央斯基,通過研究長途通訊中的靜電噪聲,發現銀河中心在持續發射無線電波。通過此研究,射電天文學被創立。

1947 年

在貝爾實驗室之前,西方工業化國家的企業實驗室均以追求專利發明為目標。貝爾實驗室的第一任總裁 F.B.尤厄特在實踐中發現:信號衰減、噪音幹涉、信息失密等問題都來自當時市場普遍使用的「電子管」 器件的固有缺陷。

在「電子管」框架下的研發不能從根本上解決問題,必須從基礎研究開始實現顛覆性的創新,1947 年貝爾實驗室發明「電晶體」,開啟了微電子技術和信息革命的新時代。

1954年

貝爾實驗室製作出了第一個有實際應用價值的太陽能電池。

1962年

世界上第一顆通信衛星Telstar1發射成功且首次跨大西洋電視實播,出自貝爾實驗室之手。

1969年

UNIX系統和C語言被貝爾實驗室的丹尼斯.利奇和肯.湯普生成功研發;在1980年代,C語言又由比加尼·斯楚士舒普發展為C++語言。

也是1969年,貝爾實驗室的喬治·埃爾伍德·史密斯和威拉德·博伊爾共同發明電荷耦合元件(也就是CCD),正是現在掃碼機、相機、掃描儀必備的感光組件。兩人因而獲得2009年諾貝爾物理學獎。

到了20世紀末,貝爾實驗室的命運被徹底改變了。確切地說,是AT&T的命運被徹底改變,而貝爾實驗室也只能隨之發生改變。

1984 年

美國司法部根據《反託拉斯法》對AT&T進行拆分,形成新的AT&T公司和數個本地電話公司,美國電信業從此進入了競爭時代。貝爾實驗室也因此縮減成貝爾實驗室核心團隊。

1995 年到 1996 年間

AT&T公司又被進行一輪拆分,貝爾實驗室和設備製造部門分離出來形成一個新公司——朗訊科技。

2000 年以來

之前貝爾實驗室的主要經費來源,是AT&T公司電話費帳單上的附加收費。被分拆之後,這筆經費就沒有了,它只能依靠朗訊來提供經費支持。但是,朗訊的情況並不容樂觀,貝爾實驗室一直被縮減研究經費和裁員。

2006 年

法國阿爾卡特公司收購朗訊科技形成阿爾卡特-朗訊公司,原屬朗訊科技的貝爾實驗室也一併合併到阿爾卡特-朗訊公司。

即便如此,厄運還是沒有結束。阿爾卡特朗訊公司在市場經營方面仍然困難重重,在華為中興等競爭對手不斷施加的壓力下,阿爾卡特朗訊合併後從未實現盈利,市值蒸發了大半。

迫於無奈,阿爾卡特朗訊不得不出售已經擁有46年歷史的貝爾實驗室大樓,至高無上的科研殿堂最終淪為按平方米估價的商業樓盤。

2008年金融危機以後

貝爾實驗室更是放棄了引以為傲的基礎物理學研究,把有限的資源投向網絡、高速電子、無線電、納米技術、軟體等能為母公司帶來回報的領域,希望能為母公司帶來回報。

2015 年

諾基亞收購阿爾卡特-朗訊公司,保留貝爾實驗 室。

如今的貝爾實驗室,基本上只是一個小研究機構,早已沒有了往日的榮耀。

貝爾實驗室的輝煌從何而來?

20 世紀 80 年代之前是貝爾實驗室發展的「黃金時代」,物理史學家 Michael Riordan 評論道「不會再有任何機構能夠超越貝爾實驗室對國家科技發展做出的貢獻」,作為昔日美國高科技的一張名片,其取得成功的運行機制至今給後人以啟迪。

構建獨特的創新「閉循環機制」

貝爾實驗室在多年實踐的基礎上,逐步形成了一套獨特的創新的「閉循環機制」。

在廣泛開展基礎研究的前提下選擇有應用前景的技術,組織團隊攻關,形成設計或產品,交由生產部門生產,由營銷部門投放市場,並將市場反應及新需求,反饋給基礎研究部,作為再選題的一個條件。

為促進「閉循環機制」的順利運行,貝爾實驗室還形成了如下保障機制:

信息的循環流動機制

在實驗室內部建立創新信息的循環流動機制,特別是貝爾實驗室的建築設計,牆體可以自由移動,快速變成各種大小不等的空間,在物理空間上支持信息流通,促進基礎研究部門的科學家和應用轉化部門的工程師「配對」和「焊接」。

設立專職「市場工程師」

「市場工程師」主要負責對基礎研究成果中有應用前景的成果,組織強大的攻關團隊,進行技術研發和產品開發;負責向基礎研究部門反饋市場需求,促進研究工作更貼近市場需要。

總而言之,是把理論方面和應用方面的眾多科學 家和工程師組織起來,縮短科技成果轉化周期。

雄厚的經濟實力與壟斷的市場地位

1925 年,AT&T公司已在有線及無線電話領域佔領美國90%的市場。為控制壟斷利潤,建立了「研發經費與銷售收入掛鈎」機制,以保證 貝爾實驗室有充足的研發投入,可以購置與研發相關的精良設備,還可以自己研製市場上還沒有的研發設備。

1925年實驗室成立時有3600人,其中科技人員2000人,當年的經費預算1200萬美元;1995年有29000人,其中科技人員19000人,年度預算達37.18億元。

基礎研究和前瞻性研究的周期長、風險大、收效慢,「研發經費與銷售收入掛鈎」的機制確保了資金的長期穩定投入。

嚴格的選拔機制與寬鬆的研究氛圍

貝爾實驗室歷屆總裁都有博士學位,有幾任總裁獲得過諾貝爾物理學獎,在產業界、學術界具有很高的聲望。

貝爾實驗室的招聘制度十分嚴格,雖然每個部門永遠有招人名額,但每年只招收極少的優秀人才,初級人員的重要素質包括對科學追求的理念和自我驅動的激情。資深專家的招聘根據其在科技領域的領導地位決定。

貝爾實驗室在研究選題上,充分尊重個人的興趣和專長,既支持與通訊有關的選題,也支持暫時還看不到應用前景的選題,努力營造容忍失敗、鼓勵創新的研究氛圍。

沒有繁瑣的進度檢查或任務匯報,只大力強 調獨立思考,激發創造性思維。寬鬆的研究氛圍為貝爾實驗室的高質量產出創造了良好的生態環境。

貝爾實驗室又是如何衰敗的?

20世紀80年代以後,貝爾實驗室日漸式微,總結其走向衰弱的原因也對我國建設實驗室有些思考和啟示。

與市場失之交臂

20世紀90年代以後,AT&T公司本有兩次大的發展機遇,第一次是 2000 年前後的網絡革命,第二次是90年代中期延續至今的無線通信時代。

作為最早投入大量人力物力研發「隨時可以帶在身邊的電話」的貝爾實驗室,因錯誤地預判這種電話的市場有限而出售了一系列相關技術的專利權。

當世界範圍內的無線通訊迅猛發展起來後,AT&T公司才不得不在1994年出巨資114億美元購買麥克考行動電話公司開始無線電話業務。

貝爾實驗室與無線通訊市場份額失之交臂,再一次說明發明創造並不直接等同於價值增值,促進成果轉化及產業化,要注重技術推動與市場拉動相結合,以適應瞬息萬變的市場競爭。

產業鏈的錯位

20世紀80年代以後,貝爾實驗室面臨著完全不同的市場環境,不僅受到網際網路迅猛發展的影響,更有來自無線終端、智慧型手機及各種應用對母公司傳統電話業務的衝擊。

對壟斷企業的政府規制更引發了實驗室經濟來源的不穩定,貝爾實驗室原本按照產業鏈部署創新鏈,注重基礎與前瞻研究,打亂了自身的節奏,2008年以後完全放棄擅長的基礎物理 的研究,而是將有限的資源投向網絡、高速電子、無線電、納米技術、軟體等,追隨市場熱點,反而適得其反。

資金鍊的短缺

AT&T公司自從1984年因反壟斷原因被拆分後,又幾易其主,以基礎研究、系統工程和應用開發見長的貝爾實驗室,因需要大量研發投入、產出較慢,並不是華爾街公司評級上的加分項目。

20世紀90年代以後,主要從事設備生產的朗訊科技又面臨來自發展中國家設備商諸如華為、中興的價格挑戰,營業利潤急劇下降並且長期赤字,無力維持貝爾實驗室所從事的中長期基礎與前瞻研究。

在沒有了巨額壟斷利潤,市場競爭激勵、不斷趨於平均利潤的新時代,僅憑企業一己之力越來越不適應時代的發展。

短短幾十年時光,貝爾實驗室登上神壇又跌落谷底。它的輝煌又將如何複製呢?

本文整理自:上海社會科學院周尊麗、上海科技政策研究所高顯揚的《美國貝爾實驗室興衰及啟示》

編輯整理:袁玉凝

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