Wie würde man einen Transistor in einer mittelalterlichen Umgebung entwickeln?

Ich habe die Frage vorhin etwas bissig kommentiert, aber ich habe entschieden, dass sie eine vollständigere Antwort verdient. Sie wollen nicht nur den Transistor. Sie wollen die Technologie, die es ermöglicht hat. Das Problem ist, dass der Transistor ohne viele andere Techniker um ihn herum nutzlos ist. Für „Radio und Computer“ braucht man verdammt viel. Sie brauchen Bergbautechnologie, die Fortschritte in der Architektur erfordert, um tiefe Tunnel zu bauen. Sie brauchen Schmieden. Sie brauchen Zahnräder. Sie brauchen ein Verständnis für Licht, um einen Monitor zu bauen. Sie brauchen Mathematik, die weit genug fortgeschritten ist, um eine Frequenzwelle zu zerlegen. Sie brauchen Stromerzeugung. Usw. Insbesondere das Radio wurde fast gleichzeitig an vielen Orten auf der ganzen Welt unabhängig erfunden, weil es die nächste offensichtliche Technologie nach allem anderen war, die davor kam.

In David Webers Safehold-Serie „baut er einen Transistor in einer mittelalterlichen Umgebung“, indem er 9 Romane nimmt, um moderne Elektronik durch alle Technologien aufzubauen, die auf dem Weg benötigt werden. Nimmt ungefähr ein Jahrhundert In-Book-Zeit in Anspruch. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Safehold

Selbst etwas viel Einfacheres ist nicht einfach ... schauen Sie sich William Gibsons „The Difference Engine“ an.

Mein Punkt ist, dass der Bau eines Transistors mit Materialien theoretisch einfach ist, aber praktisch unmöglich ohne industrielle Umgebung, die Ihnen die Werkzeuge, Mathematik, Stromerzeugung und Motivation zum Bau vermittelt. Es ist nicht plausibel, es sei denn, Sie stellen Ihre mittelalterliche Umgebung auf den Kopf ODER betten Ihre mittelalterliche Umgebung in eine Industriegesellschaft ein, wie ein Renaissance-Festivalszenario.

Zu weit vorausdenken

Sie versuchen im Grunde, eine bessere Taschenlampenbatterie zu erfinden, bevor Glühbirnen erfunden wurden. Schauen Sie sich frühe drahtlose Telegrafensender an.

Verwenden Sie als Stromquelle einen einfachen Nasszellen-Voltaikstapel, eine primitive Art von Batterie. Es sind nur mit Zink, Kupfer und Salzwasser getränkte Filzscheiben, die in abwechselnder Reihenfolge aufgestapelt sind. Es würde genug Strom erzeugen, um einen primitiven Funkenstreckensender mit Strom zu versorgen.

Sie benötigen Wechselstrom anstelle des Gleichstroms aus einer Voltaiksäule, daher wird ein Wechselrichter benötigt. So einfach ist ein primitiver Inverter.

Für einen Sender würden Sie einen sehr großen Voltaic Pile und einen Funkenstreckensender verwenden. Es erzeugt grundsätzlich jedes Mal, wenn eine elektrische Arche aus Wechselstrom zwischen zwei Kontakten, die an einer Antenne befestigt sind, gesprungen wird, einen sehr breitbandigen Funkimpuls. Es kann keine Stimmen oder Audio übertragen, es überträgt einfach oder nicht, was für die drahtlose Übertragung von Morsecodes verwendet werden kann.

Boom, Sie haben jetzt Leute, die 1000 Jahre früher als geplant drahtlose Morsecodes übertragen, und alles, was Sie brauchen, ist Kupfer, Zink, Salzwasser und Holz.

Ich denke, Sie suchen eher nach einem mechanischen NAND-Gatter als nach Transistoren. Hier gibt es eine verwandte Frage . Nand-Gatter sind Logikgatter, mit denen Sie komplette Computersysteme bauen können, einschließlich Addierer und Speicher.

Kombinieren Sie diese mechanischen Tore mit einer Art mechanischer Uhr (Wasserrad?) Und Sie haben die Fähigkeit, echte Berechnungen durchzuführen.

Obwohl es keine direkte Antwort auf Ihre Frage ist, sollten Sie sich vielleicht " Connections " von James Burke ansehen. Es ist ein Dokumentarfilm über die Geschichte von Wissenschaft und Technologie, der die Anfänge von Wissenschaft und Technologie mit der „modernen“ Welt verbindet, als sie 1978 produziert wurde. Die wichtigsten Punkte der Serie betreffen die Verbindungen zwischen Entdeckungen und Entwicklungen und wie man zu oder führt hängt von einem anderen ab.

Direkter als Antwort auf Ihre Frage:

Wie bereits in anderen Antworten erwähnt, ist ein Transistor an sich nutzlos; Sie brauchen alle möglichen anderen Dinge, um funktionierende Schaltkreise zu bauen, eine Quelle für elektrische Energie von guter Qualität (stabile Spannung/Frequenz und ausreichende Stromkapazität), alle Arten von Theorien zum Betrieb von Elektrizität, elektrische und elektronische Komponenten.

Sie benötigen alle möglichen "modernen" Materialien - Kunststoffe, Keramik, Glas und bestimmte Metalllegierungen, die frei von Verunreinigungen sind. Abhängig vom Transistortyp benötigen Sie möglicherweise Germanium (wie identifiziert man das Erz und extrahiert das gewünschte Metall?) oder Silizium (rein, richtig kristallisiert) und dann benötigen Sie die Einrichtungen, um sie mit dem richtigen Typ und richtig zu "dotieren". Menge an Dotierstoff. Und wie verpackt und testet man dann das Ergebnis?

Grundsätzlich müssen Sie die mittelalterliche Welt durch alle Phasen der Wissenschaft und Technologie führen, die uns mit dieser Zeit verbinden, ziemlich genau in dieser Reihenfolge. Ich nehme an, Sie meinen mit Mittelalter die Eisenzeit mit der Fähigkeit, Stahl herzustellen (Schwertherstellung). Das bedeutet eine verbesserte Stahlherstellung, die Einführung der Alchemie in die moderne Chemie – mit der Fähigkeit, viele, wenn nicht die meisten Elemente des Periodensystems zu isolieren, die Entwicklung der Mathematik, um die Infinitesimalrechnung einzubeziehen, die Arbeit mit grundlegender Elektrizität, den Bau von Dampfmaschinen und deren Verwendung zum Antrieb elektrischer Generatoren, Herstellung von Präzisionswerkzeugen und -instrumenten, Bau von Röhrenschaltungen zuerst, um die Instrumente herzustellen, die benötigt werden, um zu messen, was Ihre Halbleiter tun.

Ich habe sicherlich unzählige Zwischenschritte (und wesentliche) ausgelassen, aber ich hoffe, es verdeutlicht den Punkt.

Sie können mechanische Logikgatter herstellen . Nein? Sie wollen elektrisch? Ok...

In Anbetracht der Tatsache, dass Sie sagen, der Protagonist sei ein Earl, würde ich die Geschichte um das Jahr 1000 herum anordnen und die Earls of Lade als Referenz nehmen . In diesem Sinne ...

Energiequelle

Wir haben die Bagdad-Batterie , die als galvanische Batterie verwendet werden kann (auch wenn sie nicht so verwendet wurde, wissen wir, dass sie funktioniert und dass die Technologie zu ihrer Herstellung sehr alt ist). Außerdem ist der Bau eines Voltaic Pile (den TCAT117 ebenfalls erwähnt) einfach, wenn man weiß, was man tut. Ohne die Entdeckungen von Luigi Galvani wäre die Motivation für Volta, zu versuchen, seinen Stapel zu bauen, nicht vorhanden.

Wie Sie wahrscheinlich wissen, ist das Bauen von Spulen und Elektromagneten auch einfach. Solange Sie Kupferdrähte und Eisenstangen haben. Gusseisen ist eine alte Technologie für eine mittelalterliche Umgebung. Die Antike kannte Kupfer, und die Technologie zur Herstellung von Kettenhemden - die seit dem vierten oder fünften Jahrhundert existiert - kann angepasst werden, um Kupferdrähte herzustellen.

Darüber hinaus wusste Theophrastus bereits Magnetit, seine Anziehungskraft und wo er abgebaut werden kann. Wenn Sie Spulen und Permanentmagnete haben, können Sie einen Generator bauen.

Hinweis: Mit den Spulen würden Sie Transformatoren bauen , wenn Sie sie brauchen.

Um den Generator in Bewegung zu setzen...

• Tierische Traktion.
• Dampfmaschine Aeolipile .
• Wasserrad .

Rechner

Die Herstellung von Quellen in unserer Welt würde noch ein paar Jahrhunderte dauern, aber wenn der Protagonist einige Zeit damit verbringt, Metallurgie zu entwickeln – vielleicht mit Hilfe eines Schmieds – sollten sie lebensfähig sein. Sobald Sie sie haben, können Sie Relais bauen .

Relais sind zwar keine ausgewachsenen Transistoren, sie sind elektronische Schalter, und Sie können daraus Logikgatter erstellen.

Es gibt noch etwas, was Sie brauchen, um einen Computer zu bauen: eine Uhr. Damals war das Uhrwerk noch nicht voll entwickelt. Zahnräder gab es bereits (Aristoteles gab uns die frühere Beschreibung, es gibt den Antikythera-Mechanismus , und es gibt in China gefundene Gussformen für bronzene Zahnräder aus der frühen Jin-Dynastie ), und wenn Sie wissen, wie Pendel funktionieren, können Sie ein Gerät herstellen, das sich öffnet und Schließen Sie einen Stromkreis, der rhythmische elektrische Impulse erzeugt ... die als Uhr für einen rudimentären Computer dienen.

Hinweis: Wenn Sie glauben, dass eine einzelne Person keinen funktionierenden primitiven Computer entwerfen kann, sehen Sie sich Building a Modern Computer from First Principles an .

Ah, für den Speicher können Sie das Prinzip der Relais verwenden und Elektromagnete verwenden, um Schaltkreise umzudrehen. Bauen Sie kein Flipflop aus Relais (ich weiß nicht, ob das in der Praxis funktionieren würde, aber wenn es so ist, ist es sehr ineffizient), alles, was Sie brauchen, ist ein Hebel, der auf der einen oder anderen Seite ruht und einen anderen Stromkreis schließt in jedem Fall, und dass Sie es mit Elektromagneten bewegen können.

Die Technologie zur Herstellung elektrischer Lampen wäre zu dieser Zeit zu ineffizient (bleib bei fossilen Brennstoffen und brennbaren Ölen, sorry). Aber Sie können Elektromagnete verwenden, die Objekte bewegen, um als Indikatoren zu dienen. Tatsächlich ist Ihr Gedächtnis ziemlich groß; Sie könnten einige Hebel beschriften und direkt ablesen.

Auch das Öffnen und Schließen von Ventilen ist möglich. Dies ist nützlich, wenn Sie den Wasserfluss zuführen oder unterbrechen möchten.

Ich nehme an, ein rudimentärer Schrittmotor ist auch möglich, zum Beispiel mit einer Nocke (Nachtrag: ein Hebel sollte auch funktionieren) und Elektromagneten, um ihn hin und her zu drehen und dann die Bewegung über eine Ratsche zu übertragen . Sie könnten diesen Schrittmotor verwenden, um ein Zahnrad zu drehen. Zum Beispiel für eine numerische Anzeige oder zum Bewegen einer anderen Maschine oder Sie könnten sogar eine mechanische ALU bauen .

Radio

Sie können Sender und Empfänger für elektromagnetische Impulse bauen, wie sie TCAT117 beschreibt .

Schlussbemerkung

Ich nahm das Jahr 1000 an. Für das 13. Jahrhundert wäre jedoch die Technologie zur Herstellung von Drähten und Federn vorhanden. Wenn Sie das für Ihre Umgebung verwenden, müssen Sie keine zusätzliche Zeit für die Entwicklung von Dingen aufwenden.

Es geht nicht nur darum, den Transistor zu erfinden. Sie müssen fragen: "Was wird es antreiben?"

Wenn Sie Kupfer veredeln können, um Draht herzustellen, Magnetit und Lack zur Isolierung haben, dann können Sie die Arbeit von Tesla mit diesen Dingen und Holz fast wiederholen. (edit: und Glas für Isolatoren)

Das bringt Sie bis zu Motoren, Generatoren, verteilter Elektrizität und Radio - obwohl ich sicher bin, dass gelegentlich ein hölzerner Elektromotor Feuer fangen kann.

Damit wird das Industriezeitalter eingeläutet – ohne Erdöldestillate.

Um den buchstäblichen Transistor herzustellen, müssen Sie Halbleiter wie Silikon, Germanium usw. verfeinern, aber ich habe mich oft gefragt, nachdem ich mir das Schützenloch-Radio angesehen habe (das Diagramm ist erklärender als alles andere auf dieser Seite), ob ein rudimentärer Transistor dies tun würde nicht möglich sein, wenn eine ähnliche Methode verwendet wird, um die Diode zu erzeugen und eine Ladung bereitzustellen, um die Vorspannung zu überwinden (wenn das funktionieren würde?).

Wie andere bereits erwähnt haben, nützt ein Transistor ohne den ihn umgebenden Kontext nicht viel. Abgesehen von den physikalischen Problemen (Feinmechanik, geeignete Materialien) gibt es auch eine Frage des Zwecks. Wenn Sie keine komplexen Berechnungen durchführen oder eine große Anzahl von Dingen verwalten (Menschen, Dollar, Vieh usw.), wird ein Transistor nicht unbedingt viel bewirken.

Vielleicht einen Bewässerungscomputer in Erwägung ziehen ? Ich bin mir nicht sicher, ob jemals einer hergestellt wurde, aber die Prinzipien von Transistoren können mit ein paar Änderungen auch auf Flüssigkeitssysteme angewendet werden. Wie der Artikel sagt, würde dies jedoch in der Größenordnung von Millihertz und nicht von Megahertz funktionieren und könnte sehr gut langsamer sein als die menschliche Berechnung. Es ist auch nur für Mathematik nützlich - keine Möglichkeit, es zum Beispiel in einem Radio zu verwenden.

Ein möglicher Vorteil ist die Möglichkeit, Algorithmen an entfernten Orten auszuführen, ohne Mathematiker ausbilden zu müssen. Ein erfahrener Handwerker könnte den Computer herstellen und die Einheimischen könnten routinemäßige Wartungsarbeiten durchführen, ohne zu verstehen, wie das System tatsächlich funktioniert. Ein Designbuch könnte mehrere Anforderungen beschreiben, sodass ein Algorithmus nur einmal entworfen werden müsste, bevor er im ganzen Königreich eingesetzt wird. Wenn Sie etwas wie "optimale Flexibilität eines Katapults mit der Länge X" berechnen müssten, könnten die Einheimischen die Ergebnisse des Computers verwenden, ohne die Mathematik dahinter lernen zu müssen.

Allerdings fällt es mir schwer, ein Beispiel zu finden, bei dem eine spontane Berechnung besser wäre als eine einfache Zahlentabelle, und es ist mit ziemlicher Sicherheit effizienter, sich einfach ein paar Bauernkinder zu schnappen und sie zu unterrichten Mathematik über ein Jahrzehnt.

Mir ist aufgefallen, dass viele Leute denken, dass Sie hochpräzise Werkzeuge brauchen, um einen Transistor zu bauen, was Sie nicht tun, nicht, wenn Sie einen Transistortyp bauen, der kaum das Licht der Welt erblickt.

Die ersten hergestellten Transistoren sollten die Vakuumröhre ersetzen und waren riesig, grob, ineffizient und hässlich. Aber viel besser als Vakuumröhren.

Du könntest einen von Hand mit Schmiedewerkzeugen herstellen, wenn du weißt, welche Materialien zu verwenden sind. Der schwierige Teil ist, dass Sie Elektrizität, Fortschritte in den Materialwissenschaften und der chemischen Verfahrenstechnik benötigen würden, um zu verstehen, wie diese primitiven Transistoren hergestellt werden.

Aber das Schwierigste von allem? Den Low-Level-Befehlssatz für Ihren ersten 100-Quadratmeter-Computer zu entwerfen, wäre ein Albtraum für eine einzelne Person. (Eniac war das geistige Kind zweier Genies und eines Teams von Wissenschaftlern)

Bearbeiten: Ich denke, einige denken, ich beziehe mich auf moderne Nanometer-Transistoren, die in integrierten Schaltkreisen hergestellt werden, und ich behaupte, dass sie "einfach" herzustellen sind. Das bin ich nicht, denn selbst bei unserem praktisch reinen Silizium und Germanium gibt es immer noch Tonnen von Gattern, die aufgrund von Verunreinigungen ausfallen, weshalb CPU-Unternehmen praktisch identische Becher als unterschiedliche Chips verkaufen, weil sie bestimmte Kerne deaktivieren mussten zu Torausfällen.

Aber große Zentimeter große Transistoren können von Menschen in ihrem Hinterhof hergestellt werden. Du brauchst nur das richtige Kochbuch, viel Zeit und genug Geld, um deine vielen, vielen gescheiterten Versuche zu bezahlen.

Dies gilt jedoch für viel Chemie, denn das Rezept ist schwer zu entdecken, sobald das Rezept aufgeschrieben ist, wird es einfach, weshalb es eines Genies bedurfte, um zu erkennen, dass Nitroglycerin durch Mischen mit pulverisierter Schale oder Ton stabilisiert werden kann und eine Art Sorptionsmittel, aber jeder, der lesen kann, kann heute leicht herausfinden, wie man das macht.

Der Bau von Halbleitern wäre in der von Ihnen beschriebenen Zeit ziemlich unmöglich.

Es gibt ein paar verschiedene Arten von Computern, die einfache mechanische Geräte sind. https://www.kickstarter.com/projects/871405126/turing-tumble-gaming-on-a-mechanical-computer

Ich hatte einen der folgenden Computer. Es wurde durch Verschieben der Position von Strohhalmen programmiert. Du hast eine Shuttle-Aktion verwendet, damit es funktioniert. https://en.wikipedia.org/wiki/Digi-Comp_I und https://boingboing.net/2006/02/21/mechanical-computer.html

Schau hier https://www.google.com/search?q=homemade+mechanical+computer&newwindow=1&client=opera&sa=X&biw=1098&bih=546&tbm=isch&source=iu&ictx=1&fir=FWSssgxA0NJkRM%253A%252CCzcCkGNbCgdh-M%252C_&usg=__6zxnuLtlHoT3b0fll4% 3D&ved=0ahUKEwjageL9gJbbAhWOt1MKHYxQCsYQ9QEIMzAC#imgrc=FWSssgxA0NJkRM :

Sie können auch Logik mit Relais ausführen, wenn Sie möchten, dass es elektrisch ist. Dampfkraft könnte Flop-Ventile umdrehen.