zt：中國的尖端科學（1972年）

中國的尖端科學（1972年）

　　
朱兆祥

　　
　　作者簡介：朱兆祥，美籍中國物理學者。一九三二年生於上海。在上海的聖約翰大學習醫二年後，於一九五一年赴英，後再赴美攻讀物理，一九六〇年在俄亥俄州州立大學獲哲學博士學位。曾任Trinity大學物理係助理教授，一九六六年加入萬國電子計算公司（IBM），從事半導體及固體物理的理論及實驗方麵研究工作。一九七二年夏天，應中國科學院的邀請到中國大陸參觀，訪問了各地的研究機構和大學，在《科學的美國人》雜誌（一九七二年十二月號）上發表文章，報導中國科技的近況。
　　
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　　工業快速發展的傳統先決條件包括政治的穩定、有活力的群眾和原料的供應。中國都具備了這些條件，而且有一段時間以來，非常清楚地，中國正在發展巨大的重工業，比較不為人所知的，則是中國已經認識到尖端科技是近代工業的基礎。鼓風爐甚至機械工具已不足以保證一個已經具有高度工業水平的國家的發展。從今年（一九七二）夏天到中國的大學、研究機構和工廠的訪問中，我深信這個國家正在建立她所需要的技術基礎。中國具有各種尖端科技，具體地說，包括電子計算機，控製係統以及使得近代工業社會能夠運轉的各種器具。很多情況下，我所見到的技術水平和金屬工具（比較少量）與我們在美國經常看到的非常接近。
　　
　　在報告中國的尖端科技之前，我先簡短地描述一下中國在傳統工業方麵的成就，使本雜誌六年前的一篇報告，在某些程度上趕上時代（見《科學的美國人》一九六六年十一月號，GenkoUchida寫的《中國的科技》）。以一九七一年的數值為基礎，預計一九七二年的國家總生產量為一千四百五十億美元，鋼的生產量為二千五百萬公噸，石油三千萬公噸，電力一千五百億瓧時。這些數字跟美國相比並不高，美國生產大約五倍的鋼，十五倍的石油。然而不考慮到不同的生活方式，是不能比較這兩個國家的。這裏我們用巨量的鋼來做汽車，巨量的石油來使它們走動。中國隻有少量的汽車，可以節省下她的有限量的鋼和石油來供給基本工業之用。舉個例來講，去年中國隻須要進口幾百萬公噸的鋼，而有剩餘的石油。
　　
　　因為有豐富的煤和水力發電，中國應該可以把東北大慶油田出產的大部分石油供給石油化學工業之用。我訪問了北京石油化學複合工廠，這工廠每天生產八千公噸的精煉油。像大部分的煉油廠一樣，它是自動操作的，它有一個三十尺長的控製牆，上麵裝滿了熟見的紀錄儀、電表相開關。（附帶說一下，這所工廠處理廢水是利用先進的生物消滅作用的方法。處理後的水可以用來灌溉。）這個複合工廠包括三十五個工廠，有一萬一千工人，另外一萬一千工人正在建造一所新的石油化學工廠，合成塑料、肥料和Dacron，預定明年完成。
　　
　　另外，還有很多跡象顯示出逐漸成熟的重工業。其中一個成就是一架一萬二千噸的水壓機，據說這樣大型的在全世界僅有十架，在常設的上海工業展覽會上，有一個三十萬瓧高溫高壓汽輪發電機的模型，據說有很多已在使用；轉子和定子都是用水來冷卻內部的導體是它的先進特色之一。上海工展中也有二百噸的軋壓機，二百五十噸的強壓機，一個大的真空精煉爐和銑床的一半大小的模型，車床以及其它機械工具。大連和上海的船塢用自動運轉的裝備生產二萬噸的船。
　　
　　至於使一個國家列入尖端科技的工業大國的某些成就又是怎樣呢？其中包括象征大國地位的噴射機、核子武器和飛彈。根據美國的《航空周和太空科技》（Aviation Week & SpaceTechnology）的報道，一段時期以來，中國建造了高度性能的蘇聯米格戰鬥機以及它的改進型，沒有生產商業噴射機。中國在一九六四年爆炸了原子彈，一九六七年爆炸了氫彈，從那時以來，又試驗了好幾個氫彈。根據倫敦星期日泰晤士報上FrancisJames一篇文章的報道，中國為了生產鈾二三五，建造了許多氣體離心機工廠；在西方這方法沒有在工業上使用，雖然在實驗室裏證明了這種可能性。據說中國的物理學家除了用老的電漿夾擠外，正在致力於用激光（雷射）加熱的方法來控製融合。據說他們已達到找出中子流的地步，不過還還沒有由中子譜的分析證實。在火箭方麵，一九七〇年《航空周和太空科技》報道中國成為第五個發射自己的人造衛星的國家，並且經常在試驗軍事飛彈。
　　
　　如果沒有一係列的尖端科技係統和它們的分支，上麵所提到的那些工業部門是不可能成功的，這一係列包括計算機、自動控製係統、半導體、微波裝置，以及精巧複雜的儀器。因為我是固態物理學家，我的興趣和知識主要都在這方麵，而我作為中國科學院的客人參觀時，也是特別注重這一類的科技。
　　
　　曾經有一段時期，中國大部分的基本科技要依靠外國，特別是蘇聯。一九六〇年和蘇聯絕裂後，關於需要多少時間這個國家才能在這些方麵自給自足，有各種不同的意見，這些不同的意見是導致一九六六年文化大革命的理論和經濟上的爭執的一個要素。從文化大革命以後，強調在科技上自給自足是工業成長的基礎。常常可以在實驗室和工廠裏看到大標語：“獨立自主，自力更生”。
　　
　　中國人認識到半導體科技的極端重要性。一九七〇年國慶的慶祝會上顯示了這點。一輛大遊行車載著製造純矽（矽）半導體的坩鍋，控製端鈕和抽單晶體的裝置，經過北京的天安門廣場，最上麵是單晶矽的模型，遊行車的兩旁，有幾百位工人，帶著其它各種錠的模型參加遊行。過去兩年內，上海科學及技術交流委員會支助一個宣傳隊去提倡電子及半導體科技的重要性。一九七〇年以來電子工業已經從傳統的中心散布到偏遠的城市去了。
　　
　　中國電子研究與發展和電子零件的製造是由專門研究所、大學和工廠聯合起來進行的。科學院的半導體研究所於一九五八年在王守武（音譯）的指導下成立，一九四九年他在普度大學寫了關於金屬內聚能的論文。研究所的研究員在一九五八年開始研究鍺，一九六一年研究矽，一九六三年研究集成電路。研究所分為四個部門：材料科學，固態電路，微波裝置和激光（雷射），有員工九百人，其中三百人在做研究工作。
　　
　　這個和其它研究所的工作範圍可以從這方麵的出版物看出來。中國電子協會出版《電子消息》、上海電子協會出版《電子技術》及《電氣世界》。《半導體裝置手冊》於一九七一年由一上海的徐匯公社的工人和交通大學合作完成。一九七〇年科學出版社翻譯了一本美國有名的教科書，A JKhambata的《大規模集成電路入門》（Introduction to Large ScaleIntegration）一九七一年國防工業出版社翻譯了大量的外國論文，印成一本名叫《大規模集成電路》的書。最近在這方麵又出版了很多書，包括微波集成電路和激光。中國也進口了大部分的西方出版物，我在北京的清華大學訪問的時候，注意到一個學生正在閱讀一本最近出版的美國雜誌《應用光學》。
　　
　　把《半導體裝置手冊》裏提到的裝置和方法列出來，至少對於這方麵的專家，可以提示他們的中國同行在做些什麽事，二極晶體管方麵有點觸類，Eener類整流器，可變電容類，隧道類和光感二極晶體管。晶體管方麵有合金接頭式，擴散接頭式UJT和MOSFET。集成電路包括二極管—電晶體邏輯，晶體管——晶體管邏輯，放大器和厚屏以及薄屏元素。
　　
　　中國的二極管——晶體管邏輯元素用一種叫做TO-5包裝的包裝法（最先在美國發展的），晶體管一晶體管元素用平裝的方法，我有理由相信他們已經超過了這一階段，可能已到達更快的射極相連邏輯。很多這類裝置裏的矽平麵晶體管在四億赫茲（Hertz）時有七分貝（Decibel）的噪音數值，和美國通常用的元素比起來是相當好了。
　　
　　我非常驚異地發現，半導體研究所的工作比清華大學更傾向基本的研究，大學（甚至中學）做很多實際的製造工作，我訪問了清華大學巨大的物理係大樓的一部分，那裏在做集成電路工作。我在顯微鏡下看到的小片是使用雙極晶體管的集成電路。一位年輕的婦女使用超音焊接器在大約一分鍾內在上麵接好了十根線，這是非常快的速度。
　　
　　所有製造集成電路的器具，包括顯微鏡和超音焊接器都是中國製造的。矽片是從專門工廠生產的單晶錠切下來的，北京工學院負責的單晶體工廠就是其中的一個。生產這種大晶體的必要器具，Czochralski抽晶體器是中國製造的。它製造出三公斤重，二呎長，直徑二吋的晶體錠。看來每一工場（譬如清華大學的這個）都製造一固態裝置生產自己矽薄片的生長層。大部分他們所用的層生長爐都是一所北京的西區一號半導體合作工廠製造的。這座工廠於一九五八年建立（據說是由主婦們組織的），生產簡單的天平秤其它測量儀器。一九六五年由於政府的要求，工廠的一些工人到清華大學接受兩個月的製造爐的訓練。現在三百六十位工人每年生產一百個擴散爐和一百個層生長爐。這些爐有正負一度的空間溫度均勻性和攝氏〇.五度的控製穩定性，可以和美國最好的產品相比。
　　
　　工廠裏的人告訴我，這工廠的工人沒有一個受到過超過中學的教育，指出很多技術工作並不需要更高的教育。我必須說明，一位中國的中學畢業生，即使不準備到大學繼續技術研究，至少有學過一年的化學、物理、代數、三角、解析幾何和立體幾何，以及一些微積分。
　　
　　北京大學的物理課程比清華大學要高深，包括基本的固態課程，譬如低溫物理，然而仍然強調應用方麵。這是和毛澤東所說的“教育必須為無產階級政治服務，必須同生產勞動相結合”路線一致的。（事實上我認為一理論物理學家都可以因接觸實際事務而加強知識，我時常感覺到，英國物理學家比美國物理學家占便宜，因為英國的大學實驗課比美國認真），曾經在University of Bristol研究、並和MaxBorn合著《晶體點陣的動力理論》的特出理論物理學家黃昆，是北京大學的物理教授。他告訴我們，雖然他正在教一門半導體物理的課，他主要工作是主持一座和學校有關的工廠，內有二十位職業工作人員和一百位技術人員在做集成電路的工作。
　　
　　文化大革命期間大量減少招生，北京大學現在又在急速擴充學生名額。學校校長（實際稱為學校革命委員會副主任）是周培源。他於一九二八年在加州理工學院完成關於愛因斯坦廣義相對論的對稱理論的論文。他認為要求所有的教授都做些手工是一件好事，不論僅僅在校園裏種菜，或加入工廠去學習工業的需要（實際上和很多美國教授做的顧問工作並沒有什麽不同）。周培源強調在研究和實際問題之間，必須有很清楚的聯係。他的立場以中國現階段的工業發展程度來看似乎是合理的。
　　
　　全麵的精巧複雜儀器，和其它實驗設備是電子科技的基礎，這些對象現在都在中國製造。我看到一億赫茲的計數器，五千萬赫茲的示波器，和上升時為四十四兆分之一秒的采樣示波器（SamplingOscilloscope）。有直徑放大率四十萬倍，分辨七埃的電子顯微鏡，還給我看了兩米的繞射光柵分光儀，在波長二千到一萬埃之間的分辨率為每毫米八埃，以及圓柱電場和定強磁場的質譜儀。一個快速抽真空的離子抽氣機給我很深的印象，它能每秒抽一萬四千升。作為比較，美國最好的采樣示波器上升時為二十八兆分之一秒。我們的質譜儀通常用四極透鏡。我們的離子抽氣機，當需要的時候，可以和升華鈦抽氣機連接，而人家告訴我說，中國沒有這種設備。然而一般說來，很難想到一種重要研究儀器是中國不會製造的。
　　
　　我看了一些計算機。科學院的計算機研究所裏的一個是一九六八年在那裏建的；這是晶體管型，二微秒（百分之一秒）的AccessTime，內徑〇.八毫米，外徑一.二毫米的磁圈，一個三萬二千字的主記憶和六萬四千字鼓記憶。（這個計算機和今年秋天中國在多倫多加拿大國家展覽會中展出的DJS一6型幾乎一樣）這計算機的輸入元素是光電紙帶閱讀器，一分鍾處理一千個記號。輸出係統包括一個快速印刷器，每分鍾一千二百行，每行十五記號（字），和一個寬行印刷器，每分三百行，每行一百六十記號；以及一個繪圖器，每分四百步，每步〇.二五毫米。和美國比較，IBM370新的158型的記憶單位用Mosfet而不用磁心，至少會比中國的記憶單位快二十倍。我沒有看到盤記憶單位或者計算機分時設備。然而計算機研究所可能不是能見到最新中國計算機的地方。因為它主要在做軟件開發工作而不是計算機研究。中國計算機工程師，顯然正在從事關於大規模集成電路的重大計劃，碰到我們幾年前碰到的同樣問題。譬如他們某些材料質量相比起來比較差，使得要達到高水平，用這種技術建造複雜記憶係統相當困難。然而他們似乎正建好基礎，幾年之內就可以精通大規模集成電路的藝術。
　　
　　中國的半導體科技已經超出實驗室和專業的電子工業以外，伸展很廣。事實上，說很多部門已經有了電子革命是很正確的。譬如上海淞江縣公社和第二十九無線電工廠合作製成手提紫外線（三幹六百埃）殺蟲機，在農場使用。一個製鞋工廠製成一種電子裝置，用來察看和計算不規則的皮革麵積。書本大小的發送機，接收機和放大器，可以推動一個二十五瓦的擴行器或者四十個小擴音機。矽整流器用做電煉鋼爐的控製元素，在新的電車上把交流電轉為直流電。至於微波技術，我看到建S波段的重發器的北京交通器材工廠裏的工人，製造矽Schottky二極晶體管和行波放大器，並且和通常一樣，生產他們自己的生長層薄片。
　　
　　中國工業給我很深印象的一方麵是地方在中央政府的大原則下自主地發展技術。在美國，我們的大公司也是在總部定好總目標，讓不同的分部和地方工廠去執行。當然複雜的程度是不同的；一個政府比公司要考慮更多的因素。
　　
　　外國觀察家經常指出中國的工業是不平衡的。他們說雖然中國製造好的計算機，但是日本每年生產一千二百萬架電視，而中國隻生產五十萬架。就像我在本文開始所說的，這種比較是沒有意義的。當然中國並不高度生產消費物品。當然她的國民平均收入還相當低。蘇聯在五十年的工業化之後，仍然不能滿足人民關於消費物品的要求。日本是世界第二工業大國，但是她國民平均收入仍比大部分歐洲國家要低。以中國的現時需要和社會形態而論，這個國家的工業發展很可以稱為平衡的。已經發展了支持技術的科學基礎，而且使科技推進了工業的快速發展，中國已經在變為先進工業大國的道路上。
　　
　　（譯自《科學的美國人》一九七二年十二月號）

　　原載《留美華裔學者重訪中國觀感集》，香港七十年代出版社出版
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