只有一个人曾两次获得诺贝尔物理学奖。但除非你自己恰好是物理学家，否则你可能从未听说过约翰·巴丁。
与通常的刻板印象相反，他既不是一个自大狂，也不是一个饱受折磨的天才。他是一位慈爱的丈夫和父亲，他是一个和蔼可亲的人，在周末喜欢和朋友们一起打高尔夫球。
第二次世界大战后不久，他在贝尔实验室(美国电报和电话公司的研发部门)工作时获得了第一个重要发现。当时AT&T有一个大问题:他们需要制造出更好的放大器。
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当人们打长途电话时，如果不不断放大，传递声音的电子信号就会减弱并消失为静电信号。真空管仍然是唯一可用的放大器。这种灯泡发明于20世纪初，是一种经过改良的灯泡，可以放大电流，或者减少电流，或者完全阻挡电流。他们可以从空气中提取一个微弱的电磁信号，将其放大，并将其转换成声音或图像。
真空管使收音机和电视机成为可能。另一方面，它们消耗了大量的电力，需要时间预热，而且往往会变得非常热。(我还记得小时候，我被电视机里发光的灯管迷住了。经常有一台烧坏了，电视修理工就得过来换一台。)
贝尔实验室的主任，一位名叫默文·凯利的物理学家，预感到一种新型的放大器可以用半导体材料的晶体制成。当时对它们的了解并不多，但它们很有趣。半导体材料(如硅或锗)比绝缘体(如橡胶或玻璃)导电性更好，但不如金属(如铜或金)。他们中间的性格似乎很有希望。也许它们的电气灵活性会有用。
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打个比方，任何材料导电的能力都可以通过想象电子在其原子周围嗡嗡作响，就像人们坐在圆形剧院的一排排座位上一样来理解。
由于量子力学的原因，电子首先会排在离舞台最近的几行。如果所有的座位都坐满了，电子就会排到下一排，以此类推。一旦一排被填满，其中的电子就很难移动，所以它们倾向于呆在原地(就像在拥挤的剧院里，人们很难站起来从坐在他们旁边的人身边走过一样)。一次所有这些行被填满了，这种材料就像绝缘体一样。它不能很好地导电，因为它缺乏携带电流所需的松散电子。
另一方面，金属有许多松散的电子在远离舞台的大部分空的外层中四处游荡。这些位于剧院后面的电子可以很容易地站起来，调换座位，甚至离开(也许是去检查另一个剧院或原子)，这就是金属导电如此良好的原因。
半导体处于这两个极端之间。它们大多是由不能很好导电的原子组成，但也有一些能导电的原子。所以半导体可以是任意方向的。你可以通过将光照射在半导体上、向其注入电荷或改变其温度，使半导体表现得更像绝缘体或导体。
正是这种灵活性使得半导体具有如此巨大的潜在用途。但在巴丁被雇佣的时候，没有人对它们的基本物理知识了解到如何用它们制作放大器。
巴丁，肖克利和布拉顿
巴丁在贝尔实验室的团队领导是一位名叫威廉·肖克利的物理学家，他有一个用硅晶体制作放大器的想法，但没有成功。他要求巴丁和他的同事沃尔特·布拉顿找出原因。
利用他的微积分和量子力学知识，并以他关于电子在金属中的行为的博士论文为基础，巴丁意识到硅晶体表面的电子可以合谋形成电子屏幕。他的计算表明，这些表面态使半导体不能作为放大器工作。
在巴丁的数学洞察力的指导下，他的同事布拉顿——实验室里的一个奇才——放弃了肖克利的设计，并对其他许多设计进行了修补。巴丁将提出想法，发展数学模型，并解释布拉顿的实验结果，而布拉顿将制造设备，进行实验，并收集数据。
1947年12月16日下午，他们终于找到了工作。巴丁和布拉顿用锗、塑料和金制造了世界上第一个半导体放大器。他们后来称它为晶体管．
如今，晶体管是我们生活中不可或缺的一部分，以至于我们几乎没有注意到它们。他们在20世纪50年代给了我们袖珍大小的晶体管收音机，然后是便携式电视、盒式录像机和激光唱机。
他们非常多才多艺。除了放大电流，他们还能开关电源。这使它们成为第二代计算机的理想基础，第二代数字计算机的真与假、1与0的二进制逻辑可以通过晶体管的开与关状态进行编码。
到20世纪50年代末，这些晶体管计算机取代了巨大的真空管怪兽ENIAC它是一个重达30吨的庞然大物，在20世纪40年代末被用来计算氢弹。(有传言称，ENIAC的18850个真空管消耗了太多的电力，以至于每次它一打开，整个城市的灯光都在闪烁。)
与电子管相比，晶体管重量轻、效率高、耐用而且便宜。它们可以被做得非常非常小。在未来的几年里，其他工程师和科学家将会研究出如何将数百万个这样的芯片封装在一块芯片上，也就是我们现在所知的集成电路。
随着芯片越来越小，一切都变得更加智能。汽车启动效率更高。助听器萎缩。对于患有慢性心脏病的人来说，起搏器从便携式到可穿戴式再到可植入式。
晶体管诞生的那天，约翰·巴丁开车回家，把车停在车库里，对妻子说:“我想我们今天有了新发现。”
破解超导
九年后的一天早上，他正在煎鸡蛋当早餐，孩子们冲进厨房，尖叫着说他们从收音机里听到他获得了诺贝尔物理学奖。巴丁把煎锅掉在地上，跑进卧室告诉妻子这个消息。
这是令人兴奋的，但没有他当时正在做的工作令人兴奋。他专注于量子力学的另一个谜团，一个被称为超导的近乎超现实的现象，在这个现象中，某些金属在接近绝对零度的温度下突然失去了对电流流动的所有阻力。
20个人中的每个人th《世纪物理学》试图解释超导性阿尔伯特·爱因斯坦给沃纳·海森堡理查德·费曼．但没有人解决这个问题。巴丁和两个更年轻的同事做到了。16年后，他回到斯德哥尔摩，接受他的第二个诺贝尔物理学奖。今天，超导技术被用于世界上最灵敏的磁场探测器，应用范围从石油勘探到医学成像。
约翰·巴丁于1991年去世。他的一些邻居从来不知道他发明了晶体管，解释了超导，也不知道他是历史上唯一一个两次获得诺贝尔物理学奖的人。在他们的记忆中，他是一个谦虚、谦逊的人，喜欢为附近的人烤汉堡包，总是问他的客人要不要烤面包，这正是他喜欢的。
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