這次試飛的SN9號“星艦”採用和上次SN8一樣的飛行方案。當然，結局也是一樣的，兩個難兄難弟都是著陸失敗，原地爆炸。這次還差點殃及附近的SN10號機，發射現場火光沖天，一片狼藉。

神州大地快過年了，馬斯克這是在德州搞了一場大型煙花表演秀遙祝中國人民春節快樂嗎？

如果是真的，那這場秀的成本真的有點高。

不過特斯拉的股價自開年以來猶如脫韁的野馬一路狂飆，一度把馬斯克送上世界首富的寶座。炸幾個火箭而已嘛，沒什麼大不了。投資人也希望馬斯克能維持動靜，這些略顯激進的「真·爆炸性實驗」也許就是馬斯克為了完成公司的“年終KPI考核”的無奈之舉。

圖｜2021年開年以來無論美股還是A股都漲勢喜人

資本能加速技術的發展，企業主導的實驗室往往比高校的實驗室研究效率更高，如馬斯克的SpaceX下屬的火箭實驗室，時不時來個大新聞。同樣知名的還有貝爾實驗室，作為一家企業下屬的實驗室，其組織架構卻很奇特：

沒有業績考核，沒有進度檢查，沒有任務彙報，沒有論文指標，甚至沒有上下級關係。

喏，做實驗最重要的就是開心咯。

電晶體，電子交換機，電荷耦合元件，鐳射器，通訊衛星，太陽能電池，UNIX系統，C語言，C++（碼農福音）......

01 電晶體

電晶體誕生於貝爾實驗室，是二十世紀電子學領域最重要的發明，沒有之一。

電晶體是所有現代電器的關鍵主動（Active）元件，主要分為雙極性電晶體和場效應電晶體，其中與成像有關的是場效應電晶體。

場效應電晶體由柵極（Gate）、漏極（Drain）、源極（Source）組成，其運作機理可以用三峽大壩開閘放水的過程來比喻：

圖｜中國三峽大壩

大壩相當於柵極（Gate），三峽上游相當於源極（Source），三峽下游相當於漏極（Drain），長江水相當於電流。三峽大壩開閘時，上游江水由於重力勢能的關係一瀉而下。

同樣的，當場效應電晶體的三極接通電源後，攔住電子的閥門（柵極）被開啟。又因為源極和漏極之間存在電勢差，所以電子也會像江水一樣奔流而下形成電流。

當大壩關閉（柵極斷電或者反接）時，江水被大壩攔住，對應電晶體半導體中的電子也會停止定向運動。這樣一開一合，電晶體就能起到一個微型電流開關的作用。

電晶體的電學效能通常由兩個特性曲線表示，即輸出特性曲線和轉移特性曲線。

圖｜典型P溝道結電晶體（JFET）的輸出特性曲線和轉移特性曲線

輸出特性曲線是指在柵-源電壓UGS 為某一確定值的情況下，漏極電流iD與漏-源電壓UDS 之間的函式關係。

當漏-源電壓UDS為常量時輸入端的柵-源電壓UGS 對輸出電流iD的控制作用，這種特性稱為轉移特性。

透過特性曲線我們可以大致判斷一個電晶體對流經電流的控制能力，類比於三峽大壩工程的一般技術評估，比如大壩漏不漏水，夠不夠高等。

02 有源矩陣

電晶體在顯像技術中被廣泛應用。

有源矩陣（Active matrix ）顯示器是IBM公司ThinkPad專案部於1992年研發推出的。

值得一提地是，ThinkPad專案部現已被聯想招安變成旗下的一個熱門筆記本系列。

有源矩陣顯示系統由薄膜電晶體（Thin film transistor）陣列和液晶(Liquid crystal)顯示陣列構成，利用電晶體的開關作用，將電學訊號按照畫素點收集。

被畫素點收集的電荷會有電場效應，誘導液晶分子進行取向而顯示出不同的明暗度/色度。無數個微小畫素點集結起來就可以出現栩栩如生的影象。

在有源矩陣顯示器中，每個畫素都由一到四個電晶體控制，螢幕的實際顯示效果比無源矩陣的亮度更高，色彩飽和度更大，但是消耗的功率更大。主動矩陣顯示器重新整理螢幕的頻率也比被動矩陣顯示器高，並且能夠以更大的視角進行觀看。基於這些優點，有源矩陣螢幕通常比無源矩陣螢幕貴。

同樣，由於有源矩陣電晶體的數量較多，出現壞點的機會也更大。目前來講，大多數雙掃描技術仍建議使用有源矩陣顯示。

03 光電轉換

在世人的眼中，愛因斯坦以“相對論”出名。但是，愛因斯坦獲得諾貝爾獎卻不是因為“相對論”。

1921年，愛因斯坦憑藉“光電效應”獲頒諾貝爾物理學獎。什麼是光電效應？光電效應就是光束照射物體時會使其發射出電子的物理效應。

光電效應說明光子具有能量，當光照射到半導體材料比如矽（Silicon）和鍺（Germanium）時，半導體價帶中不活潑的電子得到光子的能量躍遷到半導體的導帶上面，可以在一定程度上移動，科學家透過摻雜半導體設定一個內建電場誘導電壓形成，這就是光生伏特（Photo-voltaic）的基本原理。

追根溯源，X射線成像也是一個光伏的過程。有源電晶體矩陣上的活性區（Active Area）由半導體矽製備而成，它能將光訊號轉換成電訊號。由於目標成像物體對X射線的吸收作用，最終投射到探測器二維平面上的其實是一個影子，就像人站在陽光下也會有影子一樣。陰影部分激發的電子少，無遮擋的部分激發的電子多，這些電子訊號經過有源矩陣（Active matrix）顯示器的處理最終變成我們看到的影象。

對於目前成熟的X射線成像技術來說，由於活性區(Active Area)上的半導體矽對X射線的吸收能力差，所以不得不透過閃爍體先把X射線先轉換為可見光，然後再用有源矩陣顯示器成像。這裡涉及到光訊號的二次轉換，轉化效率很低。因此，醫院的X射線成像裝置在拍照時不得不加大X射線的輻射量以獲得清晰的影象。

圖｜典型X射線成像效果圖

值得注意的是，現在的新型半導體材料鈣鈦礦(Perovskites)對X射線的吸收能力極強，光電轉化效率較高，一次吸收即可成像，但是鈣鈦礦的穩定性很差。如果未來解決了穩定性和電子元件的相容性問題，那麼下一代X射線成像儀器工作的時候所需要的輻射劑量會大大降低，商業價值驚人。

04 總結

人的記憶會隨著時間的流逝而模糊，而照片只要儲存得當一般不會糊掉。醫學成像是人類文明史上一項重大的發明，因為它不僅能承載記憶，還能看透人體，幫助醫生診療。

天行有常，不為堯存，不為桀亡 ——《荀子》

按照某些宗教的世界觀，人體是神聖而且不能被窺視的。就X射線成像的技術來說，它給人類的醫學診斷能力帶來提升的同時，也給人類帶來了輻射的危害。馬斯克在積極探索太空，這對人類來說是潘多拉的魔盒還是諾亞方舟的希望？沒有人能夠回答。技術的未來何去何從，也沒有人能夠給出答案。

參考資料：

[1] Gertner, Jon. The idea factory: Bell Labs and the great age of American innovation. Penguin, 2012.

[2] Brinkman, William F., Douglas E. Haggan, and William W. Troutman. "A history of the invention of the transistor and where it will lead us." IEEE Journal of Solid-State Circuits 32.12 (1997): 1858-1865.

[3] Nichols, Kenneth Graham. Transistor physics. Springer Science & Business Media, 2013.

[4] Kim, Yong Churl, et al. "Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging." Nature 550.7674 (2017): 87-91.