PDF《细节与专家——Bardeen 马失前蹄？》

697 ・46卷(2017 年)

10 期 薄绝缘(金属)层中.因此,绝缘层 中的穿隧电子保留了超导电子对的 特性和宏观波函数形式3) . 超导体理论是物理学史上最重 要、影响最深广的理论之一,不仅 局限在固体物理学.Bardeen也因此 成为了

100 多年以来,唯一在同一 项学术专业领域获得过两次诺贝尔 奖的人 4) .但是,为何一个伟大理 论的创造者(真正的专家! ),竟然 马失前蹄 ,从F铸了自己(和博士 后与学生)无数心血所建构起来的理 论中, 推测 出与实验不符的错误 结论呢?从当时的一些超导学家的 事后回忆以及分析(事后诸葛?), 应可以总结为是由于Bardeen 在 估算 穿隧电流时,忽略了 细节 所致. 测量和计算隧道结的穿隧电 流,在1960年代初期是一个新兴的 热门课题.Bardeen以他对固体物理 学和量子穿隧效应的掌握与熟练, 很快地,就半定量地估算出绝缘层 中的波函数,并且斩钉截铁地说 超导电子对不可能出现于绝缘(金属)层中 ,因此通过隧道结的电流必 定是来自于未配对的、单电子的穿隧 行为.但是,Bardeen错了!在这个 微妙问题上,Josephson 经过踏踏实 实的仔细计算和反复验算之后,发 现超导波函数会延展进入薄绝缘层 中(虽然绝缘层中超导能隙消失了), 从而产生可观的超导穿隧电流,其 大小足以用实验明确检验.这位年 轻研究生的理论所预测的效应(Josephsoneffect),奠立了半个世纪以 来的超导电子学的广泛应用基石,包 括凝态物理学家所高度倚赖的 超导 量子干涉仪(Superconducting Quan- tum Interference Device,SQUID) . Josephson 的正确无误来自于他 采用Gor'

kov的非局域方案进行过详 尽的数学计算,Bardeen的 大意失 荆州 则似乎部分来自于他的付诸 物理图像的直觉与推论,觉得没有 必要去考虑一个更加完整的 穿隧 汉弥顿量(tunneling Hamiltonian) . 这一次,物理概念的逻辑演绎(大架 构)输给了按部就班的数学计算(细节)!幸而,Bardeen 和Josephson 仍 有相似之处,他俩对于所有超导体 实验的细节与进展,都密切留意. Bardeen一生坚信,成功的固体物理 学理论必须能够解释真实物质(real materials)――而非止于模型简化的理 想材料(ideal materials)――的性质. 1962年7月,Josephson(唯一作 者)的论文发表于新创刊的 Physics Letters,题目是 Possible New Effects in Superconductive Tunnelling.1963 年3月,明确验证了 Josephson 超导 穿隧电流预测的实验论文(作者是P. W. Anderson 和J. M. Rowell)发表于 Physical Review Letters,题为 Prob- able Observation of the Josephson Superconducting Tunneling Effect. 这两篇论文的题目,都很谦卑 5) . 1961―1962 年间,正是由于 Ander- son 的对称破缺(broken symmetry) 超导理论概念,启发了Josephson寻得 超导波函数相位(phase)作为一 个可实际测量之物理量 的重大意 义!........