約翰·巴丁（John Bardeen，1908年5月23日-1991年1月30日）是美國固體物理學家、美國國家科學院院士、美國科學促進協會、物理學會和哲學學會會員、美國物理學會主席、美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校名譽教授、美國藝術與科學院、美國國家工程院院士及倫敦皇家自然知識促進學會外籍院士。巴丁因發明晶體管和提出超導BCS理論而成為20世紀首位兩次榮獲諾貝爾物理學獎的物理學家。
1923年，巴丁進入威斯康星大學麥迪遜分校電機工程學系學習；1928年，巴丁獲得電機工程學學士；1929年，巴丁獲得電機工程學碩士學位。他開始研究物理學，并留校任研究助理；1930年至1933年，巴丁就職于匹茲堡海灣實驗研究所，并發明鉆探石油的新電磁學方法；1933年，巴丁進入普林斯頓大學學習，他在美國近代物理學家尤金·維格納（Eugene Paul Wigner）的指導下研究固體物理學；1936年，巴丁獲得普林斯頓大學數學物理博士學位。1936年至1938年，巴丁任哈佛大學研究員；1938年至1941年，巴丁任明尼蘇達大學助理教授；1941年至1945年，巴丁就職于華盛頓哥倫比亞特區海軍軍械實驗室；1945年至1951年，巴丁就職于貝爾電話公司實驗研究所；1951年5月24日，巴丁任伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校物理學兼電機工程學教授；1956年，巴丁與同事沃爾特·布拉頓（Walter Houser Brattain）及威廉·肖克利（William Shockley）因發現晶體管效應而共同獲得諾貝爾物理學獎；1959年至1962年，巴丁任美國總統科學咨詢委員會委員；1968年至1969年，巴丁任美國物理學會會長；1972年，巴丁再次獲得諾貝爾物理學獎。1975年，巴丁正式退休，后任伊利諾伊大學香檳分校名譽教授；1990年，巴丁入選《生活》雜志“世紀百名最有影響力美國人”名單。同年，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校設立約翰·巴丁物理、電氣和計算機工程教席；1991年1月30日上午8時45分，巴丁因心臟病去世，享年83歲。
巴丁發明的晶體管被譽為“20世紀最偉大的發明”。晶體管開創了固體電子技術時代，使幾乎每種現代電子設備的發展成為可能。從電話到計算機，開啟了信息時代；巴丁提出的超導BCS理論解釋了許多科學家幾十年來未能解釋的超導現象，成為量子理論發展以來對理論物理學最重要的貢獻之一。
人物生平
早年經歷
1908年5月23日，約翰·巴丁出生于威斯康星州麥迪遜市一個富裕家庭。巴丁的父親查理斯（Charles R. Bardeen，1871-1935）不僅是威斯康星大學醫學院創始人和首任院長，也是一位解剖學教授；巴丁的母親奧爾瑟雅（Althea Harmer Bardeen，1873-1920）從事室內設計和裝飾工作。巴丁有四個兄弟姐妹，在家排行第二。1906年4月，奧爾瑟雅產下一對雙胞胎兒子，一個男孩名叫威廉（William），另一個男孩名叫普林斯（Prince），普林斯不幸早夭；1910年10月13日，海倫市（Helen）出生；1912年4月10日，狄蘭·托馬斯（Thomas）出生。
巴丁讀小學三年級時，因成績優異連跳三級上初中，成為班級年齡最小的學生；初中時的巴丁在市代數競賽中取得了優異成績，超過了一群年齡比他大的同學；高中畢業后，巴丁不想像他的父親那樣成為學者，于是在1923年進入威斯康星大學麥迪遜分校電機工程學系學習。大學期間，巴丁不顧父親反對，加入了匹卡巴愛爾發兄弟會，他常用玩撲克牌贏來的錢支付日常開銷。1926年，巴丁因在芝加哥打工而缺考幾門工程科目，直到1928年才畢業，但他最終還是獲得了電機工程學學士。1929年，巴丁獲得電氣工程碩士學位，并開始研究物理學。大學畢業后，巴丁一直在威斯康星待到1930年。
碩士畢業后，巴丁留校任研究助理；從1930年至1933年，巴丁一直在匹茲堡海灣實驗研究所擔任地球物理學，他主要從事地球磁場及重力場勘測方法的研發工作，并發明鉆探石油的新電磁學方法，為提高勘探率做出了貢獻；由于巴丁對這項工作沒有興趣，于是他申報了普林斯頓大學的數學研究生項目并被錄取。1933年，巴丁進入普林斯頓大學攻讀數學物理學博士學位，并在匈牙利裔物理學家尤金·維格納（Eugene Paul Wigner）的指導下研究固體物理學。
讀博士期間，巴丁的父親病重。為了陪伴父親，巴丁中斷了博士生涯；父親去世后，巴丁才重歸哈佛大學，繼續撰寫博士學位論文。1935年，基本完成博士論文的巴丁收到了哈佛大學研究會的邀請，他成為了初級研究會員，哈佛大學為巴丁提供了穩定的青年會員工作及生活條件；在坎布里奇，巴丁遇到了另一個科研小組，該小組有美國物理學家約翰·凡扶累克（John Hasbrouck van Vleck）、實驗物理學家珀西·布里奇曼（P.Bridgman）和哲學家懷特海德（A.N. Whitehead）。1936年，巴丁因撰寫有關金屬功函數的論文而獲得普林斯頓大學數學物理博士學位。
青年經歷
1936年至1938年，巴丁任哈佛大學研究員；1938年至1941年，巴丁任明尼蘇達大學物理助理教授；1939年5月9日，巴丁的妻子珍妮·麥克斯韋（Jenny Maxwell）為剛出生的兒子取名詹姆斯·馬克斯韋爾·巴丁（James Maxwell Bardeen）；1941年9月15日，巴丁的第二個兒子出生，昵稱為比利（Billy）；1944年4月25日，巴丁的女兒誕生，取名為伊麗莎白·安(Eliza- beth Ann)，昵稱為貝特茜(Betsy)。
1941年至1945年，巴丁就職于華盛頓哥倫比亞特區海軍軍械實驗室；1945年10月，巴丁加入了貝爾實驗室的威廉·肖克利小組，參與研發制造晶體管的項目。該小組還包括兩位美國物理學家：課題負責人肖克利（William Shockley）和沃爾特·布拉頓（Walter Houser Brattain）。1947年12月23日，巴丁和布拉頓發明了第一個鍺三極管，使世界上出現第一支點接觸晶體管的半導體放大器。一個月后，肖克利發明了PN結型晶體管。晶體管效應的發現使巴丁、布拉頓和肖克利共同獲得1956年諾貝爾物理學獎。
中年經歷
1951年至1975年，巴丁非常活躍，之后更成為榮譽教授。1951年，巴丁的朋友佛萊德·錫思說服伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校為巴丁提供一份年薪一萬美元的工作。由于和威廉·肖克利不合，巴丁接受了聘用。他離開了貝爾實驗室，任伊利諾大學香檳分校電機學院和物理學院教授。巴丁建立了兩個研究計劃，一個計劃在電機系，主要研究關于半導體實驗和理論；另一個計劃在物理系，主要研究關于宏觀量子理論，特別是量子超導性和量子液體。巴丁的第1個博士生正是后來在1962年發明了LED的尼克·何倫亞克。1951年5月24日，巴丁任伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校物理學兼電機工程學教授。
1953年，施里弗（John Robert Schrieffer）來到伊利諾斯大學，在巴丁的指導下攻讀物理學博士學位，并選擇超導問題作為博士論文題目。在普林斯頓高等研究院的楊振寧推薦下，剛從哥倫比亞大學獲得博士學位的利昂·N·庫珀（Leon N Cooper）開始與巴丁和施里弗進行合作；1957年，巴丁、庫珀及施里弗共同創立了BCS理論，并對超導電性做出了合理解釋。他們三人也因此獲得了1972年的諾貝爾物理學獎。巴丁因此成為歷史上第一位兩次獲得諾貝爾物理學獎的人。
晚年生活
1959年至1962年，巴丁任美國總統科學咨詢委員會委員；1960年以后，巴丁任羅徹斯特靜電復印公司經理；1968年至1969年，巴丁任美國物理學會會長；1972年，巴丁獲得美國國家工程院院士稱號；1973年，巴丁當選為倫敦皇家自然知識促進學會外籍院士。1975年，退休后的巴丁任伊利諾伊大學香檳分校名譽教授，并制訂超導性和半導體的研究規劃；后來，巴丁集中研究低溫物理學理論（包括超流體氦Ⅱ）。
1991年1月30日，巴丁因心力衰竭在波士頓一家醫院去世，享年83歲。巴丁去世后，被葬于威斯康星州麥迪遜市郊的森林山（Forest Hill）公墓；1997年，巴丁的妻子珍妮去世，與巴丁合葬。
主要成就
巴丁在晶體管和超導BCS理論領域均做出了貢獻，他因此成為20世紀首位兩次榮獲諾貝爾物理學獎的物理學家。
發明晶體管
第二次世界大戰后，貝爾實驗室著重研究固體電子器件，威廉·肖克利等人集中研究硅、鍺等半導體材料，并探討半導體材料制作放大器件的可能性。1945年10月，巴丁加入貝爾實驗室，成為固體物理研究小組（組長肖克利，組員沃爾特·布拉頓）的成員。由于肖克利擅長使用幾何圖像說明物理現象，布拉頓擅長研究固體表面現象，巴丁擅長使用理論結構解釋和協調實驗的數據及現象，于是三人展開了合作。
在經歷多次嘗試金屬-半導體結構的失敗后，巴丁發現了預期的電流調制作用，并提出半導體表面態理論，使音頻信號放大了100倍。1947年12月23日，巴丁和布拉頓發明了第一個鍺半導體三極管，使世界上出現第一支點接觸晶體管的半導體放大器；38天后，威廉·肖克利因推導半導體載流子中少數載流子的輸運理論、公式及利用PN結代替點接觸，提出了結型晶體管理論；1948年6月30日，貝爾實驗室報道了巴丁、沃爾特·布拉頓及肖克利的發明，其發布了全球第一個晶體管問世的消息，并申請專利，但專利上只有巴丁和布拉頓留名）。
晶體管被譽為“20世紀最偉大的發明”，它是微電子革命的先聲，開創了固體電子技術時代，方便人們使用小且消耗功率低的電子器件代替體積大且消耗功率大的電子管。晶體管走進了世界億萬家庭，為集成電路、微處理器及計算機內存等各種電子信息設備的產生奠定了基礎，從而迎來現在的電子信息時代。?
提出超導BCS理論
1911年，超導被發現，主要指某些金屬在極低溫度下出現電阻完全消失及電流無損耗流動的現象；1950年代早期，巴丁認為電子與聲子的相互作用是解決超導電性問題的關鍵；1953年，美國物理學家施里弗（John Robert Schrieffer）在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校接受巴丁的指導，并攻讀物理學博士學位，他選擇了超導問題作為博士論文題目；1955年，巴丁在研究超導中發現場論方法可以解釋粒子間帶有相互吸引作用的費米氣體多體問題。這時，中國科學院院士、諾貝爾物理學獎得主楊振寧向巴丁推薦利昂·N·庫珀（LeonNCooper）。庫珀提出了電子對概念，為超導態建立了正確的物理圖像，并證明金屬的兩個電子之間存在通過交換聲子而出現的吸引作用。
1957年1月底，施里弗提出了超導體的基礎波函數。同年，巴丁、庫珀和施里弗共同發表論文。在巴丁的支持下，庫珀和施里弗在物理學會會議上宣布了解釋常規超導體的超導電性的微觀理論BCS（以他們名字的首字母命名），并宣讀論文。BCS理論解釋了幾十年來許多科學家和至少五位諾貝爾獎得主沒能解釋的超導現象，并成為量子理論發展以來對理論物理學最重要的貢獻之一，有助于改革21世紀的科技，如超導磁鐵、高速磁浮列車、超級原子對撞機、超導體電子計算機及功率傳輸線等。
提出BCS理論后，巴丁單獨提名庫珀和施里弗為諾貝爾物理學獎的候選人，但瑞典皇家科學院還是將1972年諾貝爾物理學獎頒給了他們三人，巴丁也因此成為歷史上首位在物理學領域兩次榮獲諾貝爾獎的傳奇。
主要論文和著作
社會任職
榮譽
人才培養
約翰·巴丁在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校教書期間培養了一些優秀的學生，比如物理系博士生施里弗和電子系博士生尼克·何倫亞克（Nick Holonyak Jr）。
1953年，施里弗進入伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校，成為巴丁的物理學博士生，他選擇超導問題作為博士論文題目；1955年，巴丁、施里弗及年輕博士利昂·庫珀共同組建了探索超導現象的微觀機理研究小組。巴丁是半導體領域專家；庫珀熟悉量子場論、量子統計及數理方法；施里弗則年輕、智慧和有膽量。老、中、青三代的結合，為揭開超導之謎做出了巨大貢獻。
1962年，尼克·何倫亞克發明了發光二極體（LED）。他是電晶體的發明者，專注于研究矽及半導體。他任職于通用電氣（General Electric），喜歡在地板上匍匐前進和爬繩子。
人物爭議
約瑟夫效應爭論
隧道結是一種“超導體-絕緣體-超導體”的三層結構，其中間絕緣層的厚度只有在幾納米以下，才能產生量子穿隧現象。對于配對的費米能級附近的電子，薄絕緣層形成了一個勢能屏障。
1962年7月，22歲的劍橋大學大二研究生布賴恩·約瑟夫森（Brian D.Josephson）的論文發表在物理學快報（Physics Letters）上，題目為”超導隧道翹可能產生的新效應（Possible New Effects in Superconductive Tunnel ling）”；同年9月，在英國倫敦舉行的第八屆國際低溫物理會議上，約瑟夫森與54歲的約翰·巴丁對于“超導體-絕緣體-超導體隧道結的“穿隧電流”問題展開了論辯。
約翰·巴丁根據他的理論圖像思路和數學處理方式，認為隧道結的電流來自于單電子的穿隧過程，單電子進入絕緣層中的電子形式是正常態金屬內的“單電子”波函數形式，其不包含態的波函數形式。當時的超導學家認為，巴丁“估算”穿隧電流的錯誤觀點來自于他付諸物理圖像的直覺與推論，巴丁則認為沒有必要考慮一個更完整的“穿隧漢彌頓量”。
布賴恩·約瑟夫森依據BCS理論的構建和Gor'kov理論的非局域性思路和數學形式，認為超導電子對能越過（金屬）界面并出現在薄絕緣（金屬）層中，且絕緣層中的穿隧電子保留了超導電子對的特性和宏觀形式，其大小可以通過實驗來檢驗。約瑟夫森的正確觀點來自于他對Gor'kov理論的非局域方案進行了詳細的數學計算，他的理論所預測的效應為半個世紀以來超導的廣泛應用奠定了基礎，其中包括凝態物理學家所高度依賴的“超導量子干涉儀”。
1961年至1962年，美國物理學家P.W.安德森（P.W.Anderson）的對稱破缺超導理論對于布賴恩·約瑟夫森尋找“超導波函數相位作為可實際測量的物理量”具有啟迪意義；1963年3月，安德森和J.M.羅威爾（J.M.Rowell）將論文“約瑟夫森超導隧穿效應的可能觀測（Probable Observation of the Josephson Superconducting Tunneling Effect）”發表在物理評論快報（Physical Review Letters）上，該論文明確驗證了約瑟夫森超導穿隧電流預測的實驗論文。最后，巴丁接受了安德森和羅威爾的實驗證據。
個人生活
婚姻
在普林斯頓大學上學期間，巴丁與珍妮相戀；1938年，兩人正式步入婚姻殿堂。婚后，兩人育有兩子一女。巴丁經常幫助珍妮料理家務，珍妮也一直陪伴巴丁參加各類社會活動。
信仰
巴丁一生沒有任何宗教信仰，但他擁有個人信念，“科學不能向人們答復有關生命的意義和目的之類的根本性問題，但是有宗教信仰的人們可以在信念方面找到答案。對于這個問題，大部分科學家并不考慮或者保持沉默，但是他們的確遵守某種道德觀念。為了人們共同的幸福，成功的文明社會必須具有一種共同的道德價值觀及行為標準。當它們互相發生沖突時，分歧就出現了。”
性格
巴丁的形象并不肆意放縱和超凡脫俗，也不具有神秘色彩。巴丁做事沉著、有條不紊。他在外人面前比較沉默，他更喜歡和家人待在一起，或者安靜地待在辦公室里工作。由于巴丁沒有架子且比較普通，以致于大部分記者認為難以描寫他，便忽視了他的存在。
巴丁不擅長與人交流，但他值得別人傾聽他說話。巴丁說話十分簡潔，還帶有令人難以理解的顫音。他被學生稱為“細語的約翰”，部分學生覺得與巴丁交流“很輕松”。巴丁不喜歡花哨的東西，只有熟人才能看出他對于反感東西的憤怒。當別人提問時，巴丁通常在思考中出現恍惚的神情，他的漫長沉默使對方不知所措。當別人希望巴丁解釋他說話的內容時，巴丁經常會復述前一句話，以表示對別人的尊敬。
巴丁一生的大部分時間都在進行專業學習，因此積累了豐富的物理知識。他從許多前輩處學會了如何解決問題、識別問題及如何尋找成就優異的同事等方法。在解決問題方面，巴丁總是執著于花費數年時間來尋找方法，他通常會把問題拆分成容易處理的各個部分。
人物關系
人物評價
諾貝爾基金會成員：“珠穆朗瑪峰只有一小部分熱心攀登者才能到達。巴丁、庫珀、施里弗三位在前人的基礎上，終于成功地到達了這一頂峰。他們作為一支隊伍，堅韌不拔，協力攻關。現在來自山頂上的那無限美好的景色終于展現在眼前。”
瑞典皇家科學院高度評價約翰巴丁的BCS理論：“在你們的基礎工作中，已給出了超導現象完整的理論解釋。并且，你們的理論預言了新的效應，促進了理論和實驗的進一步研究。”
《生活》（Life）雜志：“‘20世紀最有影響力的100位美國人’之一。”
德國數學家菲利克斯·克萊因（Felix Christian Klein）：“晶體管的發明以及由此產生的一切催生了第二次工業革命,這起碼同第一次工業革命一樣重要。”
美國物理學家大衛·派因斯（David Pines）：“約翰是一個相當好的同事，也是一個忠實而富有同情心的朋友。他安靜、謙和，并沒有沉浸在對科學作出一系列巨大貢獻所帶來的榮譽中，而寧愿接受下一個科學挑戰。他擁有一種看透問題本質的罕見能力，能夠從無數個相互矛盾的實驗結果中挑選出關鍵性的現象，并從中找出闡述發展連貫性的要素。沒有什么能比他所從事的超導性研究更能體現這一點的了。”
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校電氣與計算機工程和物理學教授尼克·何倫亞克（Nick Holonyak Jr.）：“約翰·巴丁是20世紀最偉大的科學家之一，他是固體電導率量子理論有史以來最偉大的大師，這是所有電子學的核心。近50年來，物理學界的傳奇人物在解釋超導性的奧秘方面失敗了，直到巴丁成功地解決了這個問題，這也將革命性的粒子配對概念引入整個物理學。也許對地球上的每個人來說，更重要的是晶體管，以及它所產生的一切。沒有人為自己求得如此之少，付出如此之多，對他的同胞如此慷慨和體貼。”
美國物理學家弗雷德里克·塞茨（Frederick Seitz）：“他那不拘言笑和注重事實的工作態度掩蓋了他是我們這一代最富有活力和最善于分析的人之一這一事實。盡管如此，巴丁以其淵博的知識、敏捷的才智贏得了與他打過交道的人的尊重和欽佩。他如同金子一樣以他那看似吝嗇的特有風格為科學獻出了自己的天賦。”
后世紀念
巴丁廣場
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的建筑以橘紅色為基準色，整個建筑群包括南、北、中三個小廣場，北部便是巴丁廣場。巴丁廣場附近主要為工程學院建筑。工程學院（包括電子、計算機、土木及圖書館）、物理系、材料系及力學系均位于格林（Green）街北側的工程學院區。史普林菲爾德路的北面設有貝克曼研究所（Beckman Institute）和幾個實驗中心。
巴丁技術教研室
1990年，索尼花費三百萬美元，在位于厄巴納的伊利諾斯大學建立了約翰·巴丁物理、電子和計算機工程技術教研室，這是索尼公司巨大的投資。
巴丁郵票
約翰·巴丁因發明晶體管及提出超導性的第一個基本解釋而榮獲兩次諾貝爾物理學獎。為了紀念巴丁的成就，香檳-厄巴納郵票俱樂部制作了由當地藝術家杰森·潘科克（Jason Pankoke）創作的巴丁圖紙，該圖紙上印有郵票。2008年3月6日，巴丁郵票在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校舉辦的儀式上揭幕。儀式結束后，巴丁郵票以每件 3 美元的價格提供。
參考資料 >
約翰·巴丁-事實.The Nobel Prize.2024-06-01
約翰·巴丁：只有他，兩次獲諾貝爾物理學獎丨陳關榮.微信公眾平臺（集智俱樂部）.2024-04-28
術語在線.術語在線.2024-04-23
約翰·巴丁傳記.The Nobel Prize.2024-05-31
John Bardeen Papers，榮譽學位，1960.伊利諾伊大學檔案館.2024-05-31
News Bureau.新聞局.2024-05-18
伊利諾伊大學|University of Illinois at Urbana-Champaign|UIUC.豆瓣.2024-05-18