Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: John Bardeen:Genius in Action
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Jul  1 08:44:11 2003)

John Bardeen: genius in action

Review: May 2003

True Genius: The Life and Science of John Bardeen
Lillian Hoddeson and Vicki Daitch

2002 Joseph Henry Press 352pp ￡20.95/$27.95hb

Scientific genius is no easier to pinpoint than artistic genius. It derives
from a combination of factors, including - but not limited to - intuition, i

magination, far-reaching vision, exceptional native gifts that blossom into
significant technical skills, and the willingness and ability to challenge c

onventional wisdom. Perhaps even more importantly, scientific genius depends

on an instinct for invention, an ability to focus on the problem at hand, a
nd a determination to pursue that problem to a successful conclusion.

John Bardeen

John Bardeen, the inventor of the transistor and leader of the team that dev

eloped the microscopic theory of superconductivity, possessed all of these q

ualities. But what made him different from so many fellow scientific geniuse

s of the 20th century - Bohr, Dirac, Einstein, Feynman, Gell-Mann, Landau, O

ppenheimer and Pauli? The answer lies not only in his two Nobel Prizes for P

hysics (in 1956 and 1972), but also his remarkable modesty, his deep interes

t in the application of science, and his genuine ability to collaborate easi

ly with experimentalist and theorist alike. He was, moreover, a devoted and
loving husband and father, who imparted to his children his passion for scie

nce. Indeed, his two sons - Jim and Bill - became distinguished theoretical
physicists in their own right.

This biography of Bardeen captures well these aspects of his character as th

ey developed and were refined during his life-long voyage of scientific expl

oration. Born in Madison, Wisconsin, in 1908, John soon displayed formidable

mathematical and athletic abilities. After graduating from high school aged
just 13, he took two years of additional high-school courses before startin
g his undergraduate studies at Wisconsin. Bardeen graduated in 1928 despite
also having taken a year off during his degree to work in Chicago.

Following two years of graduate work in electrical engineering at Wisconsin
- and a three-year spell developing new approaches to oil exploration at Gul

f Oil in Pittsburgh - Bardeen went to Princeton as a graduate student in 193

3. He initially thought that he might work with Einstein, who had just joine

d the Institute for Advanced Study. But after arriving, Bardeen decided inst

ead to work with Eugene Wigner. He completed his PhD on the work function of

 metals in just two years.

After three years as a postdoc at Harvard, Bardeen married Jane Maxwell in 1

938 and moved to Minnesota as a junior member of the faculty there. Followin

g a wartime stint at the Naval Ordinance Laboratory, he joined Bell Labs in
1945. It was here, working closely with Walter Brattain - his old friend and

 office-mate - that Bardeen invented the transistor in 1947.

Bardeen's voyage reached its apogee at the University of Illinois in Urbana-

Champaign in 1957. Following six years of sustained effort, Bardeen - along
with his postdoc Leon Cooper and his graduate student Bob Schrieffer - solve

d the most significant scientific challenge of his time. Together they devel

oped a microscopic theory of the superconductivity of metals at very low tem

peratures. In the years that followed, as a consultant to Xerox, Bardeen als

o played a major role in the development of xerography, while continuing to
work at Illinois on a wide variety of problems in condensed matter.

Bardeen's perhaps unique ability to move seamlessly from fundamental theory
to applications of major commercial importance is described well by the auth

ors. It could be argued that no one changed the lives of people everywhere m

ore than Bardeen. Yet, as the authors emphasize, his fundamental scientific
contributions were of comparable importance.

So how was it that Bardeen and his young collaborators were able to solve th

e riddle of superconductivity? The solution had, after all, eluded their dis

tinguished theoretical colleagues - Blatt, Feynman, Frohlich, Ginzburg, Gor'

kov, Landau and London. The answer is, in part, to be found in Bardeen's emp

hasis on understanding the experimental facts and developing a phenomenologi

cal description of these while simultaneously pursuing a number of different

 theoretical scenarios with his younger colleagues, of whom I consider mysel

f fortunate to have been one.

His instinct that a new mathematical approach was required, his intuition th

at it might arise out of an improved understanding of the polaron problem, a

nd his realization that it was essential to sort out the combined role of th

e electron-electron and electron-phonon interactions all played a part. So d

id his focus on the behaviour of a few electrons outside the Fermi sea, toge

ther with his willingness and ability to learn new mathematical techniques.
Equally important was his total dedication to cracking the problem, and the
encouragement, support and freedom to pursue their own ideas that he gave to

his younger colleagues, who played key roles in the development of the theo
ry. The resulting BCS theory is arguably one of the major contributions to p

hysics in the 20th century. It not only solved the riddle of superconductivi

ty, but also had a lasting impact on the fields of astrophysics, nuclear phy

sics and particle physics.

There are several tantalizing "what if" questions in Bardeen's career. What
if - rather than continuing with engineering at Madison and then going into
industry for three years - he had been successful in his 1929 application to

 Trinity College, Cambridge, for one of their coveted fellowships? What if -

 as a consequence of incorrect experimental results - Eugene Wigner had not
become discouraged about understanding nuclear physics in 1932 and therefore

 not spent three critical years studying condensed matter? In either case, w

ould Bardeen's scientific interests have gone in quite a different direction

? And what if Bill Shockley, who was single-handedly responsible for Bardeen

 leaving Bell Labs in 1951, had supported John's continuing interest in the
fundamental physics of semiconductors and his desire to work on superconduct

ivity? Would Bardeen have been able to solve superconductivity if he had sta

yed at Bell Labs?

Lillian Hoddeson and Vicki Daitch mostly get John Bardeen right, which makes

the book a great read and a valuable contribution to the history of present
-day physics. As his first postdoc from 1952 to 1955, and as a physics colle

ague who occupied the adjoining office from 1959 to 1991, I spent much of my

scientific career in close proximity to John. I therefore had an excellent
opportunity to observe, up close and personal, Bardeen's approach to science

and his interaction with his students, colleagues, friends and family. Hodd
eson and Daitch have done a first-rate job in describing these issues and in

chronicling the first half of his life up to his move to Illinois in 1951.
Where there is room for improvement is in their description of that second h

alf of his career, from his early days at Urbana to the development of the B

CS theory and the theory of mixtures of helium-3 and helium-4, and on the na

ture of his leadership role in condensed matter in Urbana. I would have pref

erred more on the unique scientific environment that he found, nurtured and
perpetuated there. Several first-person accounts of some of these facets of
John's career can be found in a special issue of Physics Today (April 1992),

 which examines the life and science of this unique and much-admired individ

ual.

One wishes, too, that the authors had intertwined their account of Bardeen's

life with an equally lucid account of the development of our understanding
of condensed matter between 1950 and 1980 - an understanding made possible i

n no small part by Bardeen's seminal work. It is a story that remains to be
told at the level achieved by George Johnson in Strange Beauty - his meticul

ously researched biography of Murray Gell-Mann - in which the science and th

e person are equally well described.

Author

David Pines is a co-director of the Institute for Complex Adaptive Matter, a

 staff member at Los Alamos National Laboratory, and a research professor of

 physics at the University of Illinois in Urbana-Champaign, US, e-mail pines

@lanl.gov

--
╔═══════════════════╗
║★★★★★友谊第一  比赛第二★★★★★║
╚═══════════════════╝

※ 来源:．哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.86]