約翰·巴丁：兩奪諾貝爾物理獎，低調平淡中顯輝煌

張磊

1908年5月28日，約翰·巴丁生于美國威斯康星州，是家中五個孩子中的第二個，從小才能出眾。他9歲上三年級，覺得功課太簡單，直接連跳三級，成了一名初中生。盡管年紀最小，但學習成績依然突出，尤其表現在數學方面。巴丁在14歲的時候就已完成大學預備課程，直接升入了名校維斯康星大學。

1930年碩士畢業的巴丁，正趕上了美國的經濟大蕭條。他找的第一份在at（美國電話電報公司）的工作，就直接被拒絕了。當時只有因汽車時代來臨而發起橫財的海灣石油公司仍需要招人，陰差陽錯，原本學電氣工程的巴丁，只好干起了勘測石油的工作。

巴丁非但沒因學非所用而怨天尤人，反而是利用自己的知識踏實工作。不久，他發明了一種勘探石油的新電磁學方法。這種新穎的方法大大提高了勘探效率。

為了不讓同行獲得更多信息，海灣石油勘測研究部門甚至決定不申請專利，要將這項技術保密到底。所以直到30年后，他的這項發明才得以公布于世。

雖然工作得到了領導的高度贊賞，但巴丁知道，自己還是對物理和數學最感興趣。他在實驗室待了三年之后，還是放棄了優厚的工資，自費到普林斯頓繼續攻讀博士學位。

1945年4月，巴丁加入到貝爾實驗室，成為固體物理研究小組的成員。他的目的就是要研發出全世界人民熱切盼望的半導體電子器件——晶體管。

在晶體管還未面世時，電子管暴露出很多缺點，比如笨重、能耗大、壽命短、易出故障、難以維修等。針對這些問題，組長肖克利提出了構造一個半導體三極管的設想，以尋求解決辦法。在技術上就是將一片金屬覆蓋在半導體上面，利用金屬與半導體之間的電壓所產生的電場來控制半導體中通過的電流。也就是所謂的“結型場效應”的工作原理。但不幸的是，這一理論無論做多少次實驗都未能成功，而肖克利也無法解釋原因。直到巴丁加入研究小組，并提出了至關重要的“半導體表面態理論”之后，才解決了卡住所有人的難題。

原來，在外加電場的作用下，電子被吸引到半導體的表面并被束縛在那里，形成了嚴密的屏蔽作用。這也阻止了電場穿透到半導體內部，因而不能形成電流。

找到謎題的答案，實驗就好辦多了。他們巧妙地借助含正負離子的電解液，改變了晶體表面電荷的分布，解決了“半導體表面態”的問題。經過幾天的奮斗，巴丁和布拉頓就觀測到了放大30%的輸出功率和15倍的輸出電壓，標志著世界上第一只點接觸晶體管的半導體放大器問世了。晶體管是20世紀當之無愧最重要的劃時代發明。它將人類直接帶進了數字時代。這項研究工作也使他們三人獲得1956年諾貝爾物理學獎。

1951年5月24日，巴丁走馬上任伊利諾斯大學任教。開始重拾過去一直鐘情的超導理論研究。超導現象最早發現于1911年，這種奇妙的現象一經發現就引起了物理學家們的關注，無數科學家前仆后繼地嘗試用理論給出解答。然而即使像愛因斯坦、費曼等大科學家的嘗試最后也只能以失敗告終。在很長一段時間里，超導理論的研究進展被視為“理論物理學的恥辱和絕望”。

經過兩年努力，他們建立了BCS理論（B代表巴丁，C代表庫珀，S代表施里弗），從微觀上合理解釋了超導電性，解決了困擾物理學家長達46年的“恥辱難題”，被認為是自量子理論發展以來，對理論物理最重要的貢獻之一。

在BCS理論榮獲諾獎之前，巴丁考慮到自己已經獲得過諾貝爾獎了，他單獨提名了庫珀和施里弗兩人為諾獎候選人。他的心愿就是要讓后輩人上前。

令人欣慰的是，瑞典皇家科學家最后還是為巴丁打破了慣例，他們三人一同獲得了1972年的諾貝爾物理學獎。

如果說天才總是“瘋狂”，那么巴丁的瘋狂就在于“平凡”，在于平凡出輝煌。