约翰·巴丁（1956年诺贝尔物理学奖得主）
约翰·巴丁（John Bardeen，1908年5月23日—1991年1月30日），美国物理学家，迄今为止唯一两次获得诺贝尔物理学奖的人——1956年因发明晶体管、1972年因创立超导微观理论（BCS理论）。他是20世纪最伟大的理论物理学家之一。
| 约翰·巴丁 | |
|---|---|
| 出生 | 1908年5月23日 美国威斯康星州麦迪逊 |
| 逝世 | 1991年1月30日（82岁） 美国伊利诺伊州芝加哥 |
| 国籍 | 美国 |
| 母校 | 威斯康星大学麦迪逊分校 普林斯顿大学 |
| 知名于 | 晶体管发明、BCS超导理论 |
| 奖项 | 诺贝尔物理学奖（1956、1972） 美国国家科学奖章（1965） IEEE荣誉奖章（1971） |
| 研究领域 | 固体物理、超导物理 |
| 机构 | 贝尔实验室 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 |
生平
约翰·巴丁1908年生于威斯康星州麦迪逊，父亲查尔斯·巴丁是威斯康星大学医学院解剖学教授和首任医学院院长。巴丁自小天赋异禀，8岁即跳级至初中，15岁高中毕业。他本可进入麻省理工学院，但因家庭经济困难选择就近的威斯康星大学麦迪逊分校。1928年获电气工程学士学位，1929年获硕士学位。
硕士毕业后，巴丁在宾夕法尼亚匹兹堡的海湾研究实验室工作三年，从事地球物理学研究。1932年他进入普林斯顿大学攻读数学物理博士，师从理论物理学家尤金·维格纳（Eugene Wigner），1936年以《固体中的扩散理论》获博士学位。
此后巴丁先后在哈佛大学（1935—1938，初级研究员）和明尼苏达大学（1938—1941，助理教授）任教。二战期间，他在华盛顿特区的美国海军军械实验室从事磁性水雷和军舰防护研究。
战后的1945年，巴丁加入贝尔实验室固体物理研究组，与威廉·肖克利和沃尔特·布拉顿共事。1947年12月23日，巴丁基于对半导体表面态的深刻理解，提出用电解质层实现空穴注入的方法，与布拉顿协作制造出第一只点接触晶体管。这是人类历史上第一个能够放大电信号的半导体器件。
1951年，巴丁离开贝尔实验室加入伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系和电气工程系，在此度过余生。正是在这里，他与利昂·库珀（Leon Cooper）、约翰·罗伯特·施里弗（John Robert Schrieffer）合作，1957年创立了BCS超导微观理论，为此获得1972年诺贝尔物理学奖。
学术生涯
巴丁的学术生涯以两次开创性贡献为标志。第一次是晶体管的发明。在1945—1947年期间，巴丁深入研究了半导体表面态这一当时被认为"脏"而无人愿意碰的问题。他揭示了半导体表面的能带弯曲和费米能级钉扎现象，提出：由于表面态的屏蔽作用，肖克利早年的场效应方案无法直接工作。基于这一理解，他设计了点接触晶体管结构——用两根紧邻的金针接触锗晶体表面，通过电解液产生空穴注入，实现信号放大。1947年12月的成功演示标志着电子时代的诞生。
第二次是BCS超导理论。自1911年昂内斯发现超导现象以来，超导的微观机制一直是物理学最大的谜题之一。在这四十余年里，从爱因斯坦到海森堡、费曼、朗道，无数顶尖物理学家都未能解决。巴丁从1955年开始全力攻克这一难题。他邀请了年轻的库珀和施里弗合作，1957年提出了以三人姓氏命名的BCS理论：在晶格中，传导电子通过声子交换形成库珀对，库珀对的集体凝聚导致了超导现象。BCS理论不仅解释了超导的零电阻和迈斯纳效应，还成功预言了能隙、同位素效应等一系列实验现象，成为凝聚态物理的里程碑。
巴丁的研究风格以深刻、耐心、谦逊著称。他从不炫耀聪明，而是以异常清晰的问题意识和坚韧的思考著称。他的学生施里弗回忆说，BCS理论的最后一步是由巴丁在机场候机时想到的——他半夜打电话叫醒施里弗，共同写下了关键的波函数。
获奖成就
巴丁是人类历史上唯一两次获得诺贝尔物理学奖的人：第一次是1956年与肖克利、布拉顿共同因晶体管发明获奖；第二次是1972年与库珀、施里弗因BCS超导理论获奖。两次获奖跨度16年，这在诺贝尔奖史上独一无二。
他还获得过美国国家科学奖章（1965）、IEEE荣誉奖章（1971）、富兰克林奖章（1968）等数十项重要荣誉。他是美国国家科学院院士、美国物理学会会长（1968—1969），并获得全球多所大学的名誉博士学位。
历史贡献
巴丁的历史贡献贯穿20世纪物理学的两个最前沿领域：固体电子学和超导物理。
晶体管的发明是20世纪最具影响力的技术发明之一。它使电子设备从真空管时代进入固态器件时代，催生了集成电路、微处理器、计算机、手机和整个数字时代。巴丁对半导体表面态的深刻理论理解是晶体管得以成功的关键——没有他的理论洞见，点接触晶体管可能还要推迟若干年才能问世。
BCS理论则是理论物理中极少数"一个问题研究了近五十年都没有进展、最终到达完美解决"的典范。它深刻揭示了宏观量子现象的微观根源，是现代凝聚态物理的理论基石。后续的高温超导研究虽然在材料上取得突破，但其机制仍未完全超越BCS框架。
巴丁的治学态度也影响深远。他是那种做"深且难"问题的科学家，而不是"多且快"的类型。他曾对学生说："选一个真正重要的问题，不要怕花光毕生的时间去解决它。如果那是真正重要的问题，这时间就值得。"
轶事典故
巴丁以极其谦逊寡言的性格闻名。1956年获得诺贝尔奖后，他在颁奖典礼上只说了几句话。当他得知1972年再次获奖时，他平静地说："我很荣幸。"据说他在办公室里从不挂自己的获奖证书，学生问起时他只是说："那是过去的事了。"
巴丁还有一个著名的弱项——不擅长面对媒体和公众演讲。在他第二次获得诺奖后，ABC电视台邀请他录专访，他紧张得全程盯着镜头几乎不眨眼。节目播出后观众反馈："这位物理学家一定是用意念在和摄像机交流。"
有学者打趣说，如果巴丁只做晶体管一个成就，他已是伟人；再加上BCS理论，堪称传奇。其实巴丁在量子霍尔效应、液氦理论等领域也有原创贡献——只是在他两次诺奖的光环下不那么显眼而已。
巴丁晚年依然坚持参加伊利诺伊大学的物理讨论班，直至去世前几周。他1991年因心脏病去世，享年82岁。
参考文献
1. Bardeen, J., & Brattain, W. H. (1948). "The Transistor, A Semi-Conductor Triode". Physical Review, 74(2), 230–231. 2. Bardeen, J., Cooper, L. N., & Schrieffer, J. R. (1957). "Theory of Superconductivity". Physical Review, 108(5), 1175–1204. 3. Bardeen, J. (1956). Nobel Lecture: "Semiconductor Research Leading to the Point Contact Transistor". 4. Bardeen, J., Cooper, L. N., & Schrieffer, J. R. (1972). Nobel Lecture: "Microscopic Theory of Superconductivity". 5. Cooper, L. N., & Feldman, D. (2011). BCS: 50 Years. World Scientific. 6. Hoddeson, L., & Daitch, V. (2002). True Genius: The Life and Science of John Bardeen. National Academies Press.