John Bardeen
Obsah boxu
John Bardeen (* 23. května 1908, Madison – 30. ledna 1991, Boston) byl americký fyzik a elektrotechnik. Je jedinou osobou v historii, která získala Nobelovu cenu za fyziku dvakrát: poprvé v roce 1956 společně s Williamem Shockleym a Walterem Brattainem za vynález tranzistoru, a podruhé v roce 1972 s Leonem Cooperem a Johnem Robertem Schriefferem za formulaci základní teorie supravodivosti, známé jako BCS teorie.
Vynález tranzistoru způsobil revoluci v elektronickém průmyslu, umožnil nástup informačního věku a stal se základním stavebním kamenem téměř všech moderních elektronických zařízení. Teorie BCS poprvé poskytla uspokojivé mikroskopické vysvětlení jevu supravodivosti, který byl objeven již v roce 1911.
📜 Život a vzdělání
John Bardeen se narodil v Madisonu ve státě Wisconsin jako druhý syn Charlese Russella Bardeena, profesora anatomie a prvního děkana lékařské fakulty na Univerzitě ve Wisconsinu. Jeho matka, Althea Harmer Bardeen, byla učitelkou.
Bardeen byl považován za zázračné dítě. Přeskočil několik tříd a střední školu dokončil v patnácti letech. V roce 1923 se zapsal na Univerzitu ve Wisconsinu, kde studoval elektrotechniku. Bakalářský titul získal v roce 1928 a magisterský o rok později. Během studií pracoval pro společnost Western Electric.
Po několika letech práce v soukromém sektoru, konkrétně ve firmě Gulf Research Laboratories v Pittsburghu, se rozhodl vrátit k akademické dráze. V roce 1933 zahájil postgraduální studium matematické fyziky na Princetonské univerzitě pod vedením nositele Nobelovy ceny Eugena Wignera. Zde se zaměřil na fyziku pevných látek. Doktorát (Ph.D.) získal v roce 1936.
🔬 Vědecká kariéra
Po získání doktorátu působil krátce na Harvardově univerzitě a poté na Univerzitě v Minnesotě. Během druhé světové války pracoval v Námořní dělostřelecké laboratoři (Naval Ordnance Laboratory) ve Washingtonu, D.C., kde se zabýval problematikou magnetických min a torpéd.
💡 Vynález tranzistoru v Bellových laboratořích
V roce 1945, po skončení války, přijal Bardeen nabídku pracovat v nově vzniklé skupině pro fyziku pevných látek v Bellových laboratořích v New Jersey. Zde se připojil k týmu vedenému Williamem Shockleym, jehož členem byl také experimentální fyzik Walter Brattain. Cílem skupiny bylo najít polovodičovou náhradu za křehké a energeticky náročné vakuové elektronky, které se tehdy používaly jako zesilovače a spínače v elektronice.
Tým zkoumal vlastnosti polovodičů, jako je křemík a germanium. Po mnoha neúspěšných pokusech, založených na Shockleyho konceptu tranzistoru s polem řízeným efektem, Bardeen navrhl teorii povrchových stavů, která vysvětlovala, proč dosavadní experimenty selhávaly. Na základě této teorie Bardeen a Brattain sestavili 23. prosince 1947 první funkční hrotový tranzistor. Tento den je považován za zrození tranzistoru. Shockley později vyvinul praktičtější a robustnější plošný tranzistor.
Za tento přelomový vynález, který odstartoval polovodičový průmysl a digitální revoluci, obdrželi Bardeen, Brattain a Shockley v roce 1956 Nobelovu cenu za fyziku.
⚛️ Teorie supravodivosti na Univerzitě v Illinois
V roce 1951 Bardeen opustil Bellovy laboratoře a přijal profesorské místo na University of Illinois at Urbana-Champaign. Zde založil rozsáhlý program výzkumu v oblasti fyziky kondenzovaného stavu. Jeho hlavním zájmem se stal jev supravodivosti – stav, kdy některé materiály při velmi nízkých teplotách vedou elektrický proud bez jakéhokoliv odporu. Tento jev byl znám od roku 1911, ale po více než 40 let pro něj neexistovalo teoretické vysvětlení.
Bardeen spojil síly s mladým teoretickým fyzikem Leonem Cooperem a postgraduálním studentem Johnem Robertem Schriefferem. Společně v roce 1957 vyvinuli teorii, která je dnes známá jako BCS teorie (podle iniciál jejich příjmení). Teorie vysvětluje supravodivost jako makroskopický kvantově mechanický jev, při kterém elektrony v materiálu vytvářejí vázané páry (tzv. Cooperovy páry), které se mohou pohybovat mřížkou bez rozptylu a tedy bez odporu.
BCS teorie se stala jedním z pilířů moderní fyziky kondenzovaného stavu a přinesla Bardeenovi, Cooperovi a Schriefferovi druhou Nobelovu cenu za fyziku v roce 1972. John Bardeen se tak stal prvním a dosud jediným vědcem, který toto ocenění v oboru fyziky získal dvakrát.
🏆 Ocenění a uznání
John Bardeen je jedním z nejvíce oceňovaných vědců 20. století. Kromě dvou Nobelových cen získal řadu dalších prestižních vyznamenání:
- Stuart Ballantine Medal (1952)
- Oliver E. Buckley Condensed Matter Prize (1954)
- National Medal of Science (1965)
- IEEE Medal of Honor (1971)
- Prezidentská medaile svobody (1977), nejvyšší civilní vyznamenání v USA
- Lomonosovova zlatá medaile (1987) od Sovětské akademie věd
Časopis Life ho v roce 1990 zařadil na seznam "100 nejvlivnějších Američanů 20. století".
👤 Osobnost a odkaz
Na rozdíl od některých svých kolegů, jako byl například ambiciózní William Shockley, byl John Bardeen známý svou tichou, skromnou a nenápadnou povahou. Byl oddaným rodinným příslušníkem a vášnivým hráčem golfu. Jeho kolegové a studenti ho popisovali jako brilantního myslitele s neuvěřitelnou intuicí pro složité fyzikální problémy, který však nikdy nevyhledával pozornost veřejnosti.
Jeho odkaz je monumentální. Tranzistor je pravděpodobně nejdůležitějším vynálezem 20. století, který umožnil vznik počítačů, mobilních telefonů, internetu a celé moderní digitální infrastruktury. BCS teorie nejenže vysvětlila záhadu supravodivosti, ale také inspirovala další výzkum v mnoha oblastech fyziky, včetně částicové fyziky a kosmologie.
John Bardeen zemřel 30. ledna 1991 v Bostonu na selhání srdce ve věku 82 let.