John Bardeens fantastische transistorisierte Spieluhr

Am 16. Dezember 1947 Nach Monaten der Arbeit und Verfeinerung haben die Bell Labs-Physiker John Bardeen und Walter Brattain ihr kritisches Experiment abgeschlossen, das die Wirksamkeit des Punktkontakttransistors beweist. Sechs Monate später demonstrierte Bell Labs Beamten des US-Militärs, die sich entschieden, die Technologie aufgrund ihrer potenziell breiten Anwendungsmöglichkeiten nicht zu klassifizieren. In der darauffolgenden Woche wurde die Presse über den Transistor informiert. Die New York Herald Tribune prognostizierte, dass dies eine Revolution in der Elektronikindustrie auslösen würde. Das tat es.

Dieser Artikel ist Teil unseres Sonderberichts zum 75. Jahrestag der Erfindung des Transistors.

1949 baute ein Ingenieur bei Bell Labs drei Spieluhren, um die neuen Transistoren vorzuführen. Jede Transistor-Oszillator-Verstärker-Box enthielt eine Oszillator-Verstärker-Schaltung und zwei Punktkontakttransistoren, die von einer Batterie vom Typ B gespeist wurden. Es erzeugte elektronisch fünf verschiedene Töne, obwohl die Klänge nicht gerade melodische Freuden für das Ohr darstellten. Das Design der Box war ein einfacher LC-Schaltkreis, bestehend aus einem Kondensator und einer Induktivität. Die Kapazität war über die Schalterbank wählbar, die Bardeen „ausspielte“, als er die Box vorführte.

John Bardeen, Miterfinder des Punktkontakttransistors, spielte gerne die Melodie „How Dry I Am“ auf seiner Spieluhr. Das Spurlock Museum/University of Illinois in Urbana-Champaign

Bell Labs nutzte eine der Boxen, um die Portabilität des Transistors zu demonstrieren. Bei frühen Demonstrationen beeindruckte die sofortige Reaktion der Schaltkreise die Zeugen, die es gewohnt waren, auf das Aufwärmen der Vakuumröhren warten zu müssen. Die anderen beiden Spieluhren gingen an Bardeen und Brattain. Nur Bardeens ist erhalten.

Bardeen brachte seine Box an die University of Illinois in Urbana-Champaign, als er 1951 der Fakultät beitrat. Trotz seiner bahnbrechenden Arbeit bei Bell Labs war er erleichtert über den Umzug. Kurz nach der Erfindung des Transistors begann sich Bardeens Arbeitsumfeld zu verschlechtern. William Shockley, Bardeens bekanntermaßen schwieriger Chef, hinderte ihn daran, sich weiter mit Transistoren zu befassen, und Bell Labs weigerte sich, Bardeen die Gründung einer weiteren Forschungsgruppe zu gestatten, die sich auf Theorie konzentrierte.

Frederick Seitz rekrutierte Bardeen mit einer gemeinsamen Anstellung in Elektrotechnik und Physik nach Illinois, wo er den Rest seiner Karriere verbrachte. Obwohl Bardeen den Ruf eines außergewöhnlichen Lehrers erlangte – eine Meinung, die sein Schüler Nick Holonyak Jr. als ungerechtfertigt bezeichnete –, erntete er oft Gelächter von Schülern, wenn er mit der Spieluhr das Lied „How Dry I Am“ aus der Prohibitionszeit spielte. Er hatte einen Schlüssel zu der Reihenfolge der Notizen, die oben auf der Schachtel befestigt war.

1956 erhielten Bardeen, Brattain und Shockley gemeinsam den Nobelpreis für Physik für ihre „Forschung über Halbleiter und ihre Entdeckung des Transistoreffekts“. Im selben Jahr arbeitete Bardeen mit dem Postdoktoranden Leon Cooper und dem Doktoranden J. Robert Schrieffer an der Arbeit, die zu ihrer Veröffentlichung im April 1957 in Physical Review von „Microscopic Theory of Supraconductivity“ führte. Das Trio erhielt 1972 einen Nobelpreis für die Entwicklung des BCS-Modells der Supraleitung (benannt nach ihren Initialen). Bardeen war der erste Mensch, der zwei Nobelpreise auf demselben Gebiet gewann, und ist nach wie vor der einzige Doppelpreisträger in der Physik. Er starb 1991.

Kuratoren der Smithsonian Institution bekundeten Interesse an der Box, doch Bardeen bot sie stattdessen als langfristige Leihgabe dem World Heritage Museum (Vorgänger des Spurlock Museums) an der University of Illinois an. Auf diese Weise konnte er es sich gelegentlich für eine Vorführung ausleihen.

Im Allgemeinen missbilligen Museen es jedoch, Spendern – oder eigentlich irgendjemandem – die Nutzung von Objekten in ihren Sammlungen zu gestatten. Es ist eine vernünftige Politik. Denn der Zweck der Erhaltung von Objekten in einem Museum besteht darin, künftigen Generationen den Zugang zu ihnen zu ermöglichen, und jede zusätzliche Nutzung kann zu einer Verschlechterung oder Beschädigung führen. (Seien Sie versichert, als die Spieluhr nach Bardeens Tod Teil der neu hinzugekommenen Sammlungen wurde, durften nur wenige Menschen damit umgehen, außer für genehmigte Forschungszwecke.) Aber Musikinstrumente und damit auch Spieluhren sind funktionale Objekte: Sie haben einen großen Teil ihres Wertes kommt von dem Klang, den sie erzeugen. Daher müssen Kuratoren eine Balance zwischen Nutzung und Erhaltung finden.

Tatsächlich funktionierte Bardeens Spieluhr bis in die 1990er Jahre. Dann setzte das „inhärente Laster“ ein. Im Lexikon der Museumspraxis bezieht sich „inhärentes Laster“ auf die natürliche Tendenz bestimmter Materialien, zu verfallen, obwohl Konservierungsspezialisten nach besten Kräften versuchen, die Gegenstände bei idealer Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lichtverhältnissen aufzubewahren. Klassische Beispiele sind Nitratfolie, stark saures Papier und Naturkautschuk. Manche Objekte zerfallen schnell, weil die darin enthaltenen Materialmischungen instabile chemische Reaktionen hervorrufen. Das inhärente Laster bereitet jedem Kurator, der versucht, die Elektronik in Ordnung zu halten, Kopfzerbrechen.

Das Museum bat John Dallesasse, Professor für Elektrotechnik in Illinois, einen Blick auf die Schachtel zu werfen, in der Hoffnung, dass sie einfach eine neue Batterie brauchte. Dallesasses Mentor in Illinois war Holoynak, dessen Mentor Bardeen war. Daher betrachtete sich Dallesasse als Bardeens akademischer Enkel.

Es stellte sich schnell heraus, dass einer der ursprünglichen Punktkontakttransistoren ausgefallen war und mehrere der Wachskondensatoren ihre Leistungsfähigkeit verloren hatten, erzählte mir Dallesasse kürzlich. Die Wiederherstellung des betriebsbereiten Zustands der Spieluhr war jedoch nicht so einfach wie der Austausch dieser Teile. Die meisten professionellen Restauratoren halten sich an einen Ethikkodex, der ihre Eingriffe einschränkt; Sie nehmen nur Änderungen vor, die leicht rückgängig gemacht werden können.

Im Jahr 2019 restaurierte John Dallesasse, Professor an der University of Illinois, Bardeens Spieluhr sorgfältig. Das Spurlock Museum/University of Illinois in Urbana-Champaign

In einer Hinsicht hatte das Museum Glück: Der Punktkontakttransistor war als Unterbrechung und nicht als Kurzschluss ausgefallen. Dies ermöglichte es Dallesasse, Ersatzteile einzustecken und Drähte von der Spieluhr zu einem externen Steckbrett zu verlegen, um die fehlerhaften Komponenten zu umgehen, anstatt die ursprünglichen Lötverbindungen zu lösen. Er achtete darauf, zeitgemäße Bauteile zu verwenden, darunter einen funktionierenden Punktkontakttransistor, den er sich von Johns Sohn Bill Bardeen ausgeliehen hatte, obwohl diese Technologie durch bipolare Sperrschichttransistoren ersetzt worden war.

Trotz aller Bemühungen von Dallesasse gab die neu verkabelte Box ein leichtes Brummen mit etwa 30 Kilohertz von sich, das im Original nicht vorhanden war. Er kam zu dem Schluss, dass dies wahrscheinlich an der zusätzlichen Verkabelung lag. Er passte einige Kondensatorwerte an, um die Töne näher an die Originaltöne der Box anzupassen. Dallesasse und andere erinnerten sich, dass der erste Ton tiefer gewesen sei. Leider konnte die Frequenz nicht weiter reduziert werden, da sie am Rand der Leistungsfähigkeit des Oszillators lag.

„Restaurierung der Bardeen-Spieluhr“www.youtube.com

Aus denkmalpflegerischer Sicht war es eine der wichtigsten Aufgaben von Dallesasse, den Restaurierungsprozess zu dokumentieren. Bardeen hatte die Box als Geschenk ohne Dokumentation des ursprünglichen Designers erhalten, also entwarf Dallesasse den Schaltkreis, der ihm bei der Fehlerbehebung half. Außerdem haben die Dokumentarfilmerin Amy Young und der Multimedia-Produzent Jack Brighton ein kurzes Video aufgenommen, in dem Dallesasse seinen Ansatz und seine Technik erklärt. Jetzt verfügen zukünftige Historiker über Ressourcen zum zweiten Leben der Spieluhr, und wir alle können eine Transistor-generierte Interpretation von „How Dry I Am“ hören.

Teil einer fortlaufenden Serie, die sich mit historischen Artefakten befasst, die das grenzenlose Potenzial der Technologie ausschöpfen.

Eine gekürzte Version dieses Artikels erscheint in der Printausgabe vom Dezember 2022 unter dem Titel „John Bardeen’s Marvelous Music Box“.

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