Неэксцентричный гений

22 Мая
Неэксцентричный гений

Джон Бардин был дважды лауреатом Нобелевской премии по физике за создание полупроводников и теории сверхпроводимости. Среди его многочисленных наград — медаль Стюарта Баллантайна Франклиновского института (1952), медаль Джона Скотта, вручаемая городским советом Филадельфии (1955), премия по физике твердого тела Оливера Бакли Американского физического общества (1954), Национальная медаль «За научные достижения» Национального научного фонда (1965), почетная медаль Института инженеров по электротехнике и электронике (1971) и президентская медаль Свободы правительства Соединенных Штатов (1977). В течение многих лет Бардин был соиздателем журнала Physical Review, членом американской Национальной академии наук и Американской академии наук и искусств, членом Американского физического общества.

Но при этом Бардин был очень скромным человеком. Соседи знали его по барбекю, которые он устраивал для друзей и соседей, и порой те ничего не знали о его научных достижениях. Он любил играть в гольф и устраивать семейные пикники.

Лилиан Ходдезон, историк Университета Иллинойса, одна из авторов книги о Бардине True genius. The life and science of John Bardeen («Настоящий гений. Жизнь и наука Джона Бардина»), написала, что «Бардин совершенно не соответствовал стереотипу “сумасшедшего ученого”, как доктор Франкенштейн, — стереотипу, который был так популярен в американской литературе, который поддерживали в общественном мнении другие гении: Шокли, Эйнштейн, Фейнман, позволявшие себе эксцентричные поступки. В результате Бардин не интересовал общественность и СМИ». Но, как замечает Ходдезон, он был настоящим гением, для которого характерны убежденность, мотивация, страсть, талант, уверенность, сосредоточенность и эффективное решение проблем.


Школа, университет, война

Родился Бардин 23 мая 1908 года в городе Мэдисоне (штат Висконсин) в семье Чарлза Р. Бардина, профессора анатомии и декана медицинской школы при Висконсинском университете, и Элси Бардин. 

Бардин посещал начальную школу в Мэдисоне и, перескочив через четвертый, пятый и шестой классы, перешел в университетскую среднюю школу, а из нее — в мэдисонскую центральную среднюю школу, которую и окончил в 1923 году. Учился хорошо, но математикой заинтересовался только в десятом классе. И уж тогда математика стала его любимым делом — как вспоминали близкие Бардина, задачи он решал везде, где только мог.

Несмотря на врожденный порок — тремор руки, в молодости Джон активно занимался плаванием и был умелым игроком в бильярд.

По словам его близких, маленький Джон был очень целеустремленным ребенком в том, что вызывало у него интерес. Его сестра как-то написала, что, когда Джон зависает на какой-то проблеме, он не отпускает ее, пока не добивается решения. Эта черта характера стала одной из причин его успеха в будущем.
В Висконсинском университете Бардин в 1928 году получил степень бакалавра по электротехнике, изучив в качестве непрофильных дисциплин физику и математику. Еще студентом старших курсов он работал в инженерном отделе Western Electric Company (позднее этот отдел вошел в систему лабораторий Bell). В 1929 году получил степень магистра по электротехнике в Висконсинском университете, проведя исследование по прикладной геофизике и излучению антенн. В следующем году он последовал за одним из своих руководителей, американским геофизиком Лео Дж. Питерсом, в Питтсбург (штат Пенсильвания), где в компании Gulf Research они разработали новую методику, позволявшую, анализируя карты гравитационной и магнитной напряженности, определять вероятное расположение нефтяных месторождений.
В 1933 году Джон поступил в Принстонский университет, где изучал математику и физику под руководством Юджина П. Вигнера. Он сосредоточил свое внимание на квантовой теории твердого тела. Докторскую степень Бардин получил в Принстоне в 1936 году за диссертацию, посвященную силам притяжения, удерживающим электроны внутри металла. За год до окончания диссертации он принял предложение стать на год после защиты временным научным сотрудником Гарвардского университета, каковым и оставался до 1938 года. В Гарварде он работал с Джоном Г. Ван Флеком и П. У. Бриджменом над проблемами атомной связи и электрической проводимости в металлах.

В начале 1930-х еще только два университета помимо Принстонского предлагали программы обучения квантовой теории твердого тела: Массачусетский технологический институт (MIT) под руководством Джона Слейтера и Университет Бристоля в Англии под руководством Джон Э. Леннарда-Джонса, Невилла Мотта и Гарри Джонса. Но Бардин считал именно Принстон «самым удивительнем местом». 

БАРДИН В ЛАБ.png
Джон Бардин в своей лаботатории
Фотография:photos.aip.org

Поскольку Массачусетский технологический институт был на расстоянии одного дня езды от Принстона, ученики Вигнера и Слейтера могли иногда ездить друг к другу. И это позволило Бардину еще во время учебы познакомиться с своим будущим сподвижником в научных исследованиях Уильямом Шокли, который защитил в 1936 году докторскую диссертацию в MIT. Бардин и Шокли часто общались. Бардин, как говорил он сам, наслаждался быстротой интеллекта Шокли, его воображением и уверенностью в себе. 

Когда оговоренный срок пребывания в Гарварде закончился, Бардин стал ассистент-профессором в Миннесотском университете, где он продолжил исследование поведения электронов в металлах. 

Когда разгорелась мировая война, Бардин перешел на работу в артиллерийскую лабораторию ВМС США в Вашингтоне, где между 1941 и 1945 годами он служил гражданским физиком, изучая магнитные поля кораблей — важный по тем временам вопрос, учитывая его приложения к торпедному делу и тралению мин. Был награжден медалью «За похвальную гражданскую службу».

В 1943 году Бардину предложили участвовать в Манхэттенском проекте, но он отказался по семейным обстоятельствам.


Создание транзистора

В 1945-м Бардин перешел в компанию Bell, где была собрана выдающаяся группа специалистов по теории твердого тела, в том числе уже знакомый ему Уильям Шокли и Уолтер Браттейн. Как вспоминал сам Бардин, «там было невероятно интересно, потому что все очень рьяно стремились использовать квантовую теорию в своих исследованиях». Работая в Bell Labs, Бардин вместе с коллегами создал теорию полупроводников, благодаря которой состоялось революционное изобретение транзистора: в 1947 году в результате совместной работы Бардин и Браттейн создали первые работающие транзисторы. 

ТРАНЗ.png
Копия первого в мире работающего транзистора
Иллюстрация: Wikipedia

По окончании работы в коллективе сложилась драматическая ситуация. Вот как описывают ее авторы книги «Настоящий гений…»: «После изобретения транзистора Шокли постарался оттолкнуть Бардина и Браттейна в сторону, чтобы вести работу над транзисторами второго поколения без них. Шокли также старался постоянно подчеркнуть свой собственный вклад и преуменьшить вклад Бардина и Браттейна. Это расстраивало и обижало Бардина, тем более что Bell Labs, по крайней мере первоначально, поддерживала Шокли. 

Кроме того, именно Шокли получил широкое признание в общественном мнении за открытие транзистора, чему во многом способствовали популярные журналы, которые часто приписывали изобретение ему одному.

Одной из причин этого было обаяние Шокли, который привлекал СМИ своим ораторским талантом и эксцентричными политическими взглядами. Бардин редко выражал гнев открыто, но те, кто его знал, могли заметить его презрение к поведению Шокли, чей талант физика Бардин, несмотря ни на что, признавал и уважал.

Но все-таки в 1956 году Шокли разделил Нобелевскую премию «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта» с Бардином и Браттейном. 

Интересно, что Бардин никогда не был уверен, что создание транзистора заслуживает высшей научной награды. Он считал физику транзисторов интересной и признавал ее технологическое значение, но думал о транзисторах в основном как о полезном приборе, а не важном научном достижении. Бардин также чувствовал себя немного неловко оттого, что он получил Нобелевскую премию раньше, чем его учителя Юджин Вигнер и Джон Ван Флек.


Сверхпроводимость

В 1951 году Бардин ушел из Bell и принял предложение занять одновременно два поста: профессора электротехники и профессора физики в Иллинойсском университете. Здесь у него возобновился серьезный интерес к теме, которой он занимался в аспирантские годы и вынужден был оставить, когда началась война, — а именно к проблеме сверхпроводимости и свойств материи при сверхнизких температурах.

Сложность этой теории была настолько общепризнанной, что известный физик и лауреат Нобелевской премии Феликс Блох сформулировал шуточную теорему: «Всякая теория сверхпроводимости может быть опровергнута». Вот почему Бардин, как он сам рассказывал, был постоянно озабочен тем, чтобы его небольшая команда смогла найти ее решение. Тем более что он знал: другие чрезвычайно способные физики, в том числе Ричард Фейнман, тоже занимались этой проблемой.
Но все трудности были преодолены, и достижения в области сверхпроводимости Бардина и его коллег Купера и Шриффера были названы одними из наиболее важных в теоретической физике с момента создания квантовой теории. В 1958 году они с помощью своей теории предсказали сверхтекучесть жидкого гелия-3 вблизи абсолютного нуля, что и подтвердилось экспериментально в 1962-м. Сверхтекучесть наблюдалась ранее у гелия-4 (наиболее распространенный изотоп с одним дополнительным нейтроном), и считалось, что она невозможна у изотопов с нечетным числом ядерных частиц.
В 1972 году Бардин, Купер и Шриффер разделили Нобелевскую премию по физике «за совместное создание теории сверхпроводимости». Бардин стал первым и пока последним человеком, получившим Нобелевскую премию по физике дважды. Стиг Лундквист, член Шведской королевской академии наук, при презентации лауреатов отметил полноту объяснения ими сверхпроводимости и добавил: «Ваша теория предсказала новые эффекты и весьма стимулировала дальнейшие разработки в теоретических и экспериментальных исследованиях». 

В справедливости этой премии Бардин уже не сомневался. Исследования сверхпроводимости, по его мнению, было достойны «Нобеля», поскольку сверхпроводимость была самой значительной проблемой физики твердого тела в течение нескольких десятилетий. 

В 1959 году Бардин начал работать в Центре фундаментальных исследований Иллинойсского университета, продолжая свои изыскания в области физики твердого тела и физики низких температур. В 1975-м он стал почетным профессором в отставке.
Умер Джон Бардин 30 января 1991 года в Бостоне (штат Массачусетс). 

Когда в конце жизни его спросили об отношении к религии, он ответил: «Я не религиозный человек и не очень думаю об этом». Однако он признал пределы возможностей науки: «Я чувствую, что наука не может обеспечить ответ на окончательные вопросы о значении и цели жизни».