约翰·巴丁：两夺诺贝尔物理奖，低调平淡中显辉煌

张磊

1908年5月28日，约翰·巴丁生于美国威斯康星州，是家中五个孩子中的第二个，从小才能出众。他9岁上三年级，觉得功课太简单，直接连跳三级，成了一名初中生。尽管年纪最小，但学习成绩依然突出，尤其表现在数学方面。巴丁在14岁的时候就已完成大学预备课程，直接升入了名校维斯康星大学。

1930年硕士毕业的巴丁，正赶上了美国的经济大萧条。他找的第一份在at（美国电话电报公司）的工作，就直接被拒绝了。当时只有因汽车时代来临而发起横财的海湾石油公司仍需要招人，阴差阳错，原本学电气工程的巴丁，只好干起了勘测石油的工作。

巴丁非但没因学非所用而怨天尤人，反而是利用自己的知识踏实工作。不久，他发明了一种勘探石油的新电磁学方法。这种新颖的方法大大提高了勘探效率。

为了不让同行获得更多信息，海湾石油勘测研究部门甚至决定不申请专利，要将这项技术保密到底。所以直到30年后，他的这项发明才得以公布于世。

虽然工作得到了领导的高度赞赏，但巴丁知道，自己还是对物理和数学最感兴趣。他在实验室待了三年之后，还是放弃了优厚的工资，自费到普林斯顿继续攻读博士学位。

1945年4月，巴丁加入到贝尔实验室，成为固体物理研究小组的成员。他的目的就是要研发出全世界人民热切盼望的半导体电子器件——晶体管。

在晶体管还未面世时，电子管暴露出很多缺点，比如笨重、能耗大、寿命短、易出故障、难以维修等。针对这些问题，组长肖克利提出了构造一个半导体三极管的设想，以寻求解决办法。在技术上就是将一片金属覆盖在半导体上面，利用金属与半导体之间的电压所产生的电场来控制半导体中通过的电流。也就是所谓的“结型场效应”的工作原理。但不幸的是，这一理论无论做多少次实验都未能成功，而肖克利也无法解释原因。直到巴丁加入研究小组，并提出了至关重要的“半导体表面态理论”之后，才解决了卡住所有人的难题。

原来，在外加电场的作用下，电子被吸引到半导体的表面并被束缚在那里，形成了严密的屏蔽作用。这也阻止了电场穿透到半导体内部，因而不能形成电流。

找到谜题的答案，实验就好办多了。他们巧妙地借助含正负离子的电解液，改变了晶体表面电荷的分布，解决了“半导体表面态”的问题。经过几天的奋斗，巴丁和布拉顿就观测到了放大30%的输出功率和15倍的输出电压，标志着世界上第一只点接触晶体管的半导体放大器问世了。晶体管是20世纪当之无愧最重要的劃时代发明。它将人类直接带进了数字时代。这项研究工作也使他们三人获得1956年诺贝尔物理学奖。

1951年5月24日，巴丁走马上任伊利诺斯大学任教。开始重拾过去一直钟情的超导理论研究。超导现象最早发现于1911年，这种奇妙的现象一经发现就引起了物理学家们的关注，无数科学家前仆后继地尝试用理论给出解答。然而即使像爱因斯坦、费曼等大科学家的尝试最后也只能以失败告终。在很长一段时间里，超导理论的研究进展被视为“理论物理学的耻辱和绝望”。

经过两年努力，他们建立了BCS理论（B代表巴丁，C代表库珀，S代表施里弗），从微观上合理解释了超导电性，解决了困扰物理学家长达46年的“耻辱难题”，被认为是自量子理论发展以来，对理论物理最重要的贡献之一。

在BCS理论荣获诺奖之前，巴丁考虑到自己已经获得过诺贝尔奖了，他单独提名了库珀和施里弗两人为诺奖候选人。他的心愿就是要让后辈人上前。

令人欣慰的是，瑞典皇家科学家最后还是为巴丁打破了惯例，他们三人一同获得了1972年的诺贝尔物理学奖。

如果说天才总是“疯狂”，那么巴丁的疯狂就在于“平凡”，在于平凡出辉煌。