史上唯一兩次獲得諾貝爾物理獎的人不是愛因斯坦，不是拉賽福，不是居禮夫人，不是
費曼，而是約翰·巴丁（John Bardeen，1908-1991）。對於大眾來說，巴丁算是個生疏的
名字，但在科學上，他的確功勳顯赫。巴丁第一次拿獎是在一九五六年，理由是與布拉頓
（W. H. Brattain，1902-1987）、蕭克利（W. Shockley，1910-1989） 二人共同發明了
晶體管。第二次是在一九七二年，因為超導體理論的工作而與庫伯（L.N. Cooper，1930-
）、許瑞弗（J. R. Schrieffer，1931-）一起得獎。（物理界習稱巴、庫、許三人的這個
超導理論BCS理論。）巴丁自己曾開玩笑說他其實總共才拿到三分之二個獎，假如他和其它
二人再分享一次諾貝爾獎，才能算拿到一整個諾貝爾獎。
巴丁這兩項重要工作，間隔了九年多。發明晶體管是在一九四七年底於貝爾實驗室，超
導體理論則是在一九五七年初於美國伊利諾大學。前者對於物質文明的實質影響之大，可
算是一場革命。但是他認為從物理學的角度而言，晶體管不是太了不起的成就。他在第一
次獲獎後，還寫信給朋友：「我猜（諾貝爾）委員會中有很多人懷疑（晶體管裡頭的）科
學本身是否值得這個獎。我自己就這麼懷疑。」但是巴丁主導的BCS超導理論就不折不扣是
二十世紀理論物理的重要突破。事實上，巴丁在物理界主要就是以BCS理論中的B着稱。
超導現象發現於一九一一年，當時荷蘭物理學家凱默林翁內斯（H. Kamerlingh Onnes，
1853-1926）發現一旦將水銀冷卻到絕對溫度4.2度以下，水銀的電阻就完全消失。這個奇
特的現象困惑了物理學家四十餘年。大人物如波爾、海森堡、費曼都曾想解釋此一現象，
也都無功而返。因為失敗的理論比比皆是，當初還流傳一個玩笑定理：「每一個超導理論
都可以證明是錯的」。B、C、S三人之所以能後來居上，奪得聖杯，還得歸功於巴丁特殊的
眼光與堅持。
巴丁從小數學就很好，一九三三年入普林斯頓的數學研究所攻讀博士。他其實對物理也
很有興趣，還好當時物理與數學研究生的必修課都一樣，所以能夠兩者兼顧。他覺得自己
的數學天份較高，但認為物理比較有趣。最後他跟隨名物理學家魏格納（E. Wigner，190
2-2000）做了一篇固態物理的博士論文。巴丁覺得他從魏格納那裡學到如何選擇關鍵的問
題，以及如何下手解決問題。第一步是把問題分割成一些較小較簡單的問題，但是仍能保
留住原先大問題的精髓，也就是將問題化約至其本質。他說：「我想這是很好的一課。」
不過他的朋友注意到巴丁的手法仍與老師有所不同：魏格納通常會選擇優雅的、美妙的數
學步驟，而巴丁則可以接受任何能達到目的之手段。
一九五一年巴丁因為與蕭克利不合，決定離開貝爾實驗室，到伊利諾大學任教。當時關
於超導體一些新的實驗與理論的進展，讓他覺得可以投注更多心血在超導體問題上。BCS中
的S，許瑞弗，於一九五三年入伊利諾大學攻讀物理博士，在和巴丁學習了一年半之後，決
定找巴丁做博士指導教授。許瑞弗回憶說巴丁從抽屜拿出一個單子，上面約有十個問題，
適合作博士論文題目。單子上最底下一個問題就是超導體問題，吸引了許瑞弗的注意。巴
丁對他說：「你何不想一想這個問題？」許瑞弗知道選超導現象為博士論文題目有相當風
險，但是他覺得自己年紀還輕，可以試一下，若不行尚有回頭的機會，所以就選了最後這
一個問題。
巴丁當時已經了解超導現象起於電子與聲子（phonon）的交互作用。他認為需要找一位
熟悉量子場論的人，能夠用最新的場論技巧（如費曼圖）處理複雜的交互作用。所以就打
了電話給在普林斯頓高等研究院的楊振寧，請楊替他尋人。結果楊推薦從哥倫比亞大學拿
到博士學位不久，到高等研究院做博士後研究員的庫伯。當巴丁路過高等研究院與庫伯見
面時，庫伯告訴巴丁自己對於超導體一無所知。巴丁卻告訴庫伯「沒有關係，會教他一切
」。庫伯想了幾個月，決定接受巴丁的邀請，將超導現象當成「我要解決的問題」。
BCS這一小組終於成軍，三位成員每個人都有其特殊的貢獻：巴丁是舵手，知道整個問題
的來龍去脈，所要追求的目標是什麼，以及最後的解（描述電子的波函數）應該要有什麼
樣的特質，尤其是在碰到困難時，能督促團隊堅持下去。庫伯則發現電子間的吸引力能讓
電子兩兩配對在一起，這每一對電子現就稱為庫伯對（Cooper pair）。庫伯對與電子不同
，彼此不會排斥凝聚在一起。許瑞弗最後補上關鍵的臨門一腳，寫下描述這些庫伯對的多
體波函數。
許瑞弗是在一九五七年一、二月之交找到正確波函數，當他拿給巴丁看時，巴丁一眼就
看出裡頭有東西，也很快地證明能隙（energy gap，即基態與激發態的能量差）存在。有
了能隙，超導現象就可以理解─－他們終於打開了超導理論的大門。接下來幾個月，三人
瘋狂工作：許瑞弗專攻熱力學性質，庫伯研究電磁性質，巴丁則負責傳輸與非平衡性質。
難倒一大堆天才的超導現象就這樣破解了。最近有一本巴丁的傳記問世，裡頭詳細的說明
了這段歷史。研究科學史的兩位作者刻意的將書名定為《真正的天才》（True Genius）。
