大自然的秘密要比我們感覺和理解所掌握的多上許多倍。

弗朗西斯·培根爵士

鮑勃·施里弗33，超導理論的諾貝爾物理學獎得主，曾說起過這樣一個故事。他的博士論文導師約翰·巴丁的第一個諾貝爾物理學獎是作為晶體管發(fā)明人而榮獲的，在他1956年12月前往斯德哥爾摩領獎之際，當今著名的超導理論的一些核心概念已在他心中孕育成熟。在那種時刻讓他離開簡直要使他發(fā)瘋，但他別無選擇，還是去了。當他一月份回來后，便和鮑勃開始夜以繼日地鍛造這個理論的細節(jié)，特別是找到了從實驗上檢驗它的方法。在他們工作的這段關鍵時期，巴丁夫人安排了一次晚宴。她邀請了一位瑞典客人，毫無疑問，約翰熱情大方地招待了他。約翰平時的話很少，而且回答簡單問題時也是支支吾吾，這在圈內是出了名的——大家都知道他哪怕是對“How are you？”也會想上半天，估摸著各種答案的全部意義。這還不是他滿腦子考慮一個全新理論時的情形。因此，晚宴開始后，約翰幾乎沒說什么話。他只是極簡潔地回答了幾個問題，問的也全是與己無關的問題，表現(xiàn)得對夫人和客人都不怎么熱情，整個一塊不可救藥的木頭。巴丁夫人一個人對付著，總算結束了這頓晚宴，送走了客人，開始洗涮時，約翰溜了進來，臉上掛著奇怪的微笑，漫不經心地咕噥道：“我解決了熱容問題?！碑攩査降自诟l說話時，他說：“我在晚宴上解決了它。”

這個故事總能夠在我這行當的人中博得會心一笑，因為我們都記得熱容公式是在學生時代就學過的知識，而且都明白，約翰·巴丁活著時，至少在某種范圍內稱得上是最偉大的理論物理學家。他不落俗套的處世方式使得這一切變得更加稱奇。巴丁從沒有阿爾伯特·愛因斯坦那樣的偶像般地位，也沒有羅伯特·奧本海默的原子彈之父那般聲望，或沃爾夫岡·泡利那般絕頂聰明的才智。他給人的印象就是個典型的中西部人34，但恰恰是他不聲不響地成為歷史上在同一領域內兩次榮獲諾貝爾獎的人——第一次是因發(fā)明晶體管，第二次是提出了超導理論。20世紀60年代即開始學術生涯的同事們曾告訴我，約翰實際上提出了固態(tài)理論的現(xiàn)行原則。他在貝爾實驗室從事晶體管工作時就為這一理論定了調，那時他不辭辛苦地鉆研實驗數據，一遍又一遍地琢磨實驗事實，試圖用簡單明了的理論來說明其意義。當他在最初嘗試研制場效應晶體管（一種當代微電路賴以存在的基礎元件）的努力失敗后，他把精力集中到對其機理的研究上。約翰正確地斷定，問題出在表面態(tài)上，在固體表面存在一種使化學鍵破缺的作用，他讓沃爾特·布拉頓（Walter Brattain）趕緊用其他方法處理。結果得到了點接觸晶體管，并于1947年公布。這是邁向微芯片時代的最初的一步，若干年后，仙童半導體公司（Fairchild Semiconductor）利用化學方法克服了這一表面態(tài)問題，并最終迎來了微電子時代。不管怎么說，原型晶體管的發(fā)明為我們確立了這一行當的準則，今天它仍然使得我們大部分人認為，科學上的最高成就，就是把實驗事實有效地化解成能夠導致實用發(fā)明的基本要素。這種態(tài)度直接源自約翰·巴丁。

巴丁曾認為他的第二個諾貝爾獎應間接歸功于他在貝爾實驗室的導師威廉·肖克利以及布拉頓，他們三人因發(fā)明晶體管而榮獲諾貝爾獎。肖克利以性格乖僻而著稱。例如，有報道說，當被問及他是否向以科學家和其他著名人物為目標的精子銀行捐精時，他回答：“那當然，我捐?！本秃孟窕亟^是一種對人性的傷害。而更典型的是，他將此事看成一個笑話一笑了之。他還有一個著名論調，就是認為科學家（以區(qū)別于工程師）都是半瓶子醋，因此他瞧不上他們。他的這種冷酷而狹隘的心理后來竟發(fā)展成一種著名的種族歧視和優(yōu)生理論。顯然，他是被實際上是物理學家而非他這個工程師發(fā)明了晶體管這一事實激怒了。他采取步驟不斷攪和得使這項發(fā)明的功勞變得撲朔迷離，并使得發(fā)明者生活處境悲慘。實際制作出第一個晶體管的巴丁拒絕和他合作，并因此離開了貝爾實驗室。約翰移居到伊利諾伊大學，在那兒度過了此后的學術生涯，也正是在那兒，他和庫珀、施里弗一起解決了超導問題。

約翰·巴丁的科學地位是如此崇高，以至于我們大多數人很難將他想象成一位帶有人類弱點的激進思想家。最近我從道格·斯卡拉皮諾（Doug Scalapino，當年研究超導時巴丁身邊的助手之一）那里聽到一個關于巴丁的有趣的故事。那是超導理論已廣為接受很久之后的一天，兩人在圣巴巴拉打高爾夫球時談到了科學政策的問題。約翰當時正為他最近工作的市場化前景感到苦惱，他攤開手說：“你知道，道格，我接觸不到那些權勢人物。”道格溫和地回答道：“約翰，你不就是權勢人物嗎！”

在晶體管之后，超導電性無疑正是人們積極尋求突破的下一個難關。超導體的潛在應用價值與半導體的應用價值迥然不同，但兩者的核心問題都是要解決為什么有些東西能傳導電子而另一些則不能。在導體內，有些部分可以自由移動而有些則鎖定在固定位置上——就像翻蓋手機內部附帶的微型松配合螺絲，其作用就是使得手機合蓋時兩面不會發(fā)生硬碰撞。在半導體情形，這種“松配合螺絲”可認為由熱運動引起，因為當我們將半導體冷卻到低溫時這種現(xiàn)象就消失了。而在金屬情形，除非低到絕對零度，否則這種效應會始終存在，因此本質上這是一種量子力學效應。其實這種“松配合螺絲”在很多情形下都存在。典型的如個人計算機和電子表中的半導體，其中每一萬個原子就有一個是這種情形（即一個電子或空穴）。而在金屬中，則每個原子都存在這種情形。這些東西來自何處，是什么使它們能夠掙脫化學鍵，為什么甚至在極低溫度下它們仍能夠保持機動性，這些都是很深奧的問題。將這些問題集中到一點，那就是超導電性。

超導體問題很難解決，部分原因在于它要求人們更新根深蒂固的舊的科學認識——將金屬材料視為自由電子之海。在量子力學早期，人們發(fā)現(xiàn)，真金屬的許多性質都可以用其內部電子之間不存在靜電力的假說來解釋，至于為什么如此則不清楚，假說中的這些高度理想化電子的性質極其簡單，有一塊手帕大小的地方就可以計算出來，而且其結果與實驗符合得相當好。這個事實在工程上非常有用，它使得我們能夠精確預料在新條件下該用什么金屬材料，它還暗示著材料就應當有這種性質，而這恰恰是一個根本性的錯誤觀念。事實上，電子間的作用力非常大，它們與實驗結果無關才讓人感到驚奇。金屬行為是一種突現(xiàn)的組織現(xiàn)象。電子海之所以講得通，正是因為存在金屬相而不是相反。

巴丁、庫珀和施里弗機智地將超導態(tài)看成是比電子海更低一層次的物質態(tài)，從而繞開了電子海難題。這就像美國制憲會議最后規(guī)定的，在對外宣戰(zhàn)這一點上，總統(tǒng)必須聽命于國會。這一變通措施緩解了代表們對帝國總統(tǒng)權力過大的擔憂，也有利于憲法條款在各邦通過，但對外宣戰(zhàn)的實際權力還是在總統(tǒng)手上。超導態(tài)亦如此，事實上它是普通金屬態(tài)的前輩而不是相反。理論把這些角色弄顛倒了，它先接受了存在電子海的概念，然后再用原子核的運動來解釋低溫下出現(xiàn)超導電性的成因。如果原子不運動，那么就不存在超導電性?？蓡栴}是金屬中的原子總是在運動的。電子海是絕對不穩(wěn)定的，就是說，如果存在諸如此類的原子運動，那么在足夠低的溫度下金屬就一定會變成超導體?？梢姡^超導態(tài)是一種表觀從屬態(tài)的看法實際上是一種數學虛構。

理論預言的超導態(tài)的關鍵性質是所謂能隙的概念。能隙可由數學來精確描述，但我們不妨用德米爾（CecilB.DeMille）導演的影片《十誡》中的場景來說明。摩西分開紅海：海水退向兩邊，構成一條懸崖壁立的通道，神力不遵循通常的流體規(guī)律，露出的地面立刻變干。由此形成的通道使以色列人逃出了埃及進入西奈沙漠，在查爾頓·赫斯頓35的魔杖指揮下，以色列人到達了紅海的彼岸，而追趕他們的埃及士兵則盡數被淹沒在合攏的海水中。在超導體中，能隙就類似于由金屬樣品的電所開通的通道作用，電子的常規(guī)運動被鎖住。測量能隙的實驗裝置由兩片被薄絕緣層分隔開的超導體組成——典型的結構是超導體用鉛薄膜，絕緣層用氧化鉛。微電流可以神奇地穿越這一結構且不引起任何電壓降——就好像所有阻礙電子運動的障礙都消失了似的——而大的常規(guī)電流則只有在端電壓超過一定閾值時才能通過。這個閾值就是能隙。如果裝置加熱到足夠高的溫度，使超導電性不復存在，則這兩種奇怪的行為就都消失了：電子海重新形成，小的超電流停止，只要加上電壓，常規(guī)電流就立刻出現(xiàn)。因此，無間隙的電子海是高溫下的現(xiàn)象，早期金屬研究中，由于缺乏極低溫技術而將它視為基本性質是一種錯誤。在《十誡》中，紅海被法老當作不可逾越的障礙犯的就是類似的錯誤。我個人認為，這是對他砍掉科學預算的應有懲罰。

取得能隙描述關鍵性突破的不是巴丁，而是施里弗。鮑勃曾講到，1957年，當時他還只是個25歲的小伙子，那年冬天他去紐約出席一個科學會議，在地鐵里他突然有了一個想法。這個情節(jié)是如此神奇，以致讓人很難認為是編造的，乘過當年地鐵（如今它當然改進多了）的人都知道，在那種場合下人很難會有新奇的想法。他當時的腦子一定游離于陽光下的什么地方。跳入他腦海的是一種對超導態(tài)的數學描述，它相當簡單，你可以在15秒之內就把它解釋清楚。當然，這種描述針對的不是真實的超導體，而是一種包含了超導電性實質的高度抽象的理想化客體——事實證明，這種抽象細致到足以解釋關鍵性的實驗發(fā)現(xiàn)。施里弗描述的現(xiàn)代版本可以說就是計算機游戲《模擬都市》（Sim City）。這是一款真實都市的玩具模型，它與實際都市有許多共同點，可以讓你學到城市運作的一些基本原則。然而超導電性理論要比《模擬都市》嚴謹得多，它十分優(yōu)美但也容易被竄改。這種混淆一度似乎難以克服。譬如說，當你用像激光器這樣的笨重儀器進行測量時，超導體與獨立電子海之間的區(qū)別不可分辨，但當你用像一對導線或一個小磁體這樣的輕巧物體來檢測時，超導體的表現(xiàn)則截然相反，就像一種超流氦。這就像從個體層面上政治多元化的絕對民主到國家層面上絕對政黨統(tǒng)治的轉換，個體的所有印記都消失殆盡，代之以一種單一的共同聲音。但在地鐵里鮑勃對這個問題有了一個簡單的技術答案。他說他整個下午都在設法將這個想法條理化，并用了一個晚上將它寫了出來——這再明白不過，真正的理論物理學實際上比工程學更像藝術，必要時需要努力去克服類似的困難。物理概念總是先于數學形式，將它以簡單方程寫出時堪比捕捉到一首歌或一首詩。

學超導理論的學生經常會被施里弗的方程打個措手不及，因為它不像任何具體數學問題那樣有解——不是那種事后編出的方程。它是概念性的而不是技術性的，與其說它試圖通過數學推導來把握世界，不如說它是以盡可能簡單的方式來描述自然界中出現(xiàn)的事物?？蓱z的學生要突然從邏輯思維跳躍到智力競賽的思維，而且還是那種簡單選擇題都已搶答完畢最后只剩下答對即獲500美元的“黑格爾的驚奇”（Hegelian Surpri-ses）的場次。主持人亞歷克斯·特里貝克36拿著卡片流利地讀著“巴丁-庫珀-施里弗的超導理論”，然后要求參賽者在鈴響之前答出相應的問題。不幸的是，這個問題根本就沒法給出答案。仔細思考由施里弗概念得出的一系列事情，學生們發(fā)現(xiàn)，讓他們沮喪的是，真正的物理學幾乎總是推定的，沒有任何集體組織現(xiàn)象——即使是結晶和磁化這樣的基本事實——是演繹出來的，而且目的也與他們以前所學的相反，不再是促使他們學習的一種技巧。超導電性概念并不特別難掌握。要說有困難，那也只會是首次剛接觸的時候，看起來數學演算相當復雜，可那明顯是個幌子，一經戳穿就難以為繼。從這方面看，施里弗的概念是個非常聰明的辦法。他受的教育和我們其他人一樣，但他設法克服了這種訓練的負面影響，使自己深入到事物的底層。事情就是這樣，那種將超導電性視為一種技術問題的錯誤觀念正是阻礙人們在此之前沒能設法解決這一問題的根本原因！

施里弗概念的核心是放寬對粒子數的限制。這個概念可與城市作類比。假定你切斷通往曼哈頓的所有橋梁和隧道，使得沒人能進出，這也許會引起暫時的混亂，但島上的生活遲早會再度恢復正常，因為這個島足夠大，它具有自力更生的能力。這與擁擠的公務聚會形成鮮明對照，后者在通往外界的大門是開著還是閉著兩種情形下簡直是兩個世界。如果你現(xiàn)在把曼哈頓想象成一塊金屬，其中的人就是電子，施里弗的解決辦法恰如開通橋梁和隧道，使得電子數可以變化。換句話說，由于任意區(qū)域內的電子數可以在不影響整體特性的條件下變化，因此所有各處的電子數也容許有這樣的變化，盡管事實上這個數是守恒的。容許這么一種變化是數學上用來簡化傳統(tǒng)熱氣體和流體描述的標準做法，但用到超導體上則是一種大膽的突破，因為超導體溫度極低。在熱的、人們真實生活著的曼哈頓，人數會隨時變化，但在任意特定時間段，這個數字是確定的。而在施里弗的冰冷的曼哈頓，人數可能就無法確定，這個城市的量子波函數是一種無生命的、不隨時間而變化的且具有不同人數的各態(tài)的混合。這是一個全新的概念。在這種具有不同電子數的情形下，經典意義上的不相容事物的同時出現(xiàn)，使得施里弗的超導體成為薛定諤貓那樣的東西。

容許樣本中電子數變化的數學處理被證明有著重要的物理內涵，雖然施里弗當時沒意識到這一點，他只是試圖將其同事萊昂·庫珀關于電子海不穩(wěn)定性的技術概念加以一般化?，F(xiàn)在我們明白，他是很偶然地想到要用大量電子以狂野的量子濺射形式從一處轉移到另一處來簡短描述超導態(tài)的性質的。這種描述可以不破壞粒子數守恒，所獲結果亦嚴謹，但卻失之清晰，甚至讓人不得要領。像晶化一樣，超導電性是一種電子數非常少因而無法界定的組織現(xiàn)象。對小樣本情形下施里弗近似的失敗可以有一個簡單的物理解釋：超導電性不可能出現(xiàn)在這種小樣本情形下。

施里弗概念奏效所需的電子數不確定性帶來一種非常奇怪的副效應，最初人們未予注意，但后來發(fā)現(xiàn)它至關重要：超導態(tài)的描述不是唯一的。等價的處理辦法可以有無數種——l立方厘米的鉛中可能就有1018種——而且彼此都同樣有效。起初這種多樣性是個大麻煩，因為量子力學的微觀法則要求系統(tǒng)的態(tài)是唯一的。這也是超導理論之所以要這么久才為人所接受的主要原因。但如果你換個角度來看，這個效應并不難理解。盡管羅馬帝國的歷史是唯一的，但這并不排斥其細節(jié)上可以有諸多變化，譬如說某人在某天為其花園別墅的門廊買了些裝飾用的瓷磚等，只要它們不影響到主要歷史事件的脈絡就行。羅馬帝國歷史上那些說得通又不失根本的可能事件實際上多得數不勝數。大系統(tǒng)的歷史與小系統(tǒng)的歷史完全不同，因為對前者的描述是一種集體性的描述，而非迂腐的細節(jié)描述。超導理論的情形正與此類似。電子在超導體內有一種手挽著手如巨人般行動的趨勢，就像結晶時原子的行為一樣。實際上，超導體內的電子行為，除了在某些關鍵處略去“明顯的”非量子描述這一點更難解釋之外，其他與結晶時發(fā)生的行為并無實質性不同。當電子數極多時，要區(qū)分超導體的基態(tài)和伴有電子整體集體運動的低激發(fā)態(tài)已變得很困難。因此，施里弗描述的這種非唯一性是一個極其重要的信號：傳統(tǒng)的流體意義下的突現(xiàn)性一種從量子力學到牛頓定律轉換的集體效應。有意思的是現(xiàn)代物理學家至今仍不明白這一點，因此這也說明年輕并非天生就一定處于心智的弱勢。

超導體展現(xiàn)了一系列只有用施里弗的基態(tài)多樣性才能說明的行為。其中最顯著的是邁斯納（Meissner）效應，即一小塊超導體被放到永磁體的上方時會自動飄浮起來。當樣晶加熱和冷卻實行超導轉變時，這種漂浮現(xiàn)象便會反復出現(xiàn)，因此可以在課堂上有趣地演示出來?，F(xiàn)在的學生們看多了電影特技，會經常對物理現(xiàn)象表現(xiàn)得麻木不仁，但他們看到邁斯納效應時一定會有所反應。約瑟夫森效應（實際上在這同一名字下有兩種現(xiàn)象）也非常令人驚訝。一個效應是超導性的夾心鉛在不加電壓情形下變得導電。它是一種美其名曰魷魚的超敏感磁探測器（超導量子干涉儀）的物理基礎，這種儀器主要用于反潛設備、磁共振成像和磁致腦成像技術等方面。另一種效應則是在給前已提及的夾心鉛兩端加上電壓時產生的射頻波輻射。這些波的同步性與所加電壓之間的比例常數在多次實驗中始終是一定值，其誤差在十億分之一之內。如同馮·克利青效應一樣，約瑟夫森效應是由理論預言的，但其極端的可重復性則出乎人們意料。約瑟夫森常數也是一個由基本電荷量子e、普朗克常量h和光速c組合而成的常數（盡管其組合方式與馮·克利青常數不同），因此可以與馮·克利青常數和光速的獨立測量組合起來來給出e和h。的確，這兩種宏觀效應在今天實際已成為上述表觀微觀量的定義方式。邁斯納效應和約瑟夫森效應的恒常性相當于給出了超導體是按某種組織原理進行工作的實驗證據，這種組織原理在我們今天看來是與施里弗多樣性等價的，稱為超流體的對稱性破缺。

這些效應的精確性所帶來的認識論上的問題，我們不妨用一個故事來說明。在我還是孩子時，我曾因太老實輸掉過一場比賽。在加州波特維爾（Porterville）我祖母的住所附近有一片松樹林，一次我和我表兄去林間一個春天溪流匯成的大池子里游泳。那是山路崎嶇的鄉(xiāng)下，祖母住處背后的盤山公路蜿蜒悠長，是依山谷走勢而建的。但如果徒步沿溪流抄近路回去還是要快得多。當時已近晚飯時間了，我表兄，可能是成天和我在一起開始嫌我煩，這時突然提出說抄近路未必近。他那是什么腦子，大城市出來的，說的話我向來很看重，可這次我不太服氣，就跟他打賭要證明他是錯的。他信心滿滿地說我還和以往一樣，不知道自己在說什么，于是我們決定各自沿不同的道兒跑回去看誰先到家來定輸贏。但沿溪流的小路陡峭且滿是亂石樹根，穿拖鞋跑顯然太困難，于是我們定好大家沿各自的路盡快走回去，不得耍賴。隨后啟程。我攀峭壁、踏樹根、穿柳蔭，直走得腳趾頭起泡，腳后跟生疼，可終于回到小屋時，才發(fā)現(xiàn)表兄早已到家，老玉米都啃了一半了。不用說，他贏了，更糟糕的是，此后幾天我的體力都緩不過來。我都不好意思說后來我又花了多少時間終于證實那次他顯然是跑回來的?？茖W家實在是一群容易受騙上當的人，恐怕我的職業(yè)生涯也一樣不得不面對經常失敗和判斷失誤，并一次次地回到事實中去尋找錯的原因。整個一傻帽。

科學競賽如同上述徒步競賽一樣，經常會因為錯誤的動機而取得成功。超導理論方面的競爭就是科學史上最持久最慘痛的競爭之一，其原因主要是超導的核心問題是概念性的。這一理論最終被接受是基于它對如下這些問題——（巴丁在晚宴上搞定的）熱容量、熱輸運系數、能隙、能隙與超導相變溫度的關系、該溫度隨同位素質量的變化、相變時出現(xiàn)的聲速調整等——的“光譜學”解釋。科學機構不是要解決理論問題，而是只關注事實和技術應用，這不免讓人感到失落。也正因此，巴丁-庫珀-施里弗理論一直被看成是計算技術方面的科學范例而不是科學概念進步的成功范例。這些內行人知道，這里的基本問題是邁斯納效應和約瑟夫森效應的精確性，這兩者都不要求理論的其余部分正確，但教科書仍在重復著理論解釋的光譜學細節(jié)的故事——而且還將持續(xù)下去。因此他們說，超導電性是電子海的一種不穩(wěn)定性，并認為致使這種不穩(wěn)定性發(fā)生的電子間吸引力會受到原子運動的調整。他們還認為，超導態(tài)具有一種與相變溫度有著簡單關系的能隙，如此，等等。

事實上，這些事情沒一樣是基本的。超導體一經發(fā)現(xiàn)便因其與理論預言的光譜學細節(jié)相符而被用來確認該理論，這純屬歷史巧合。邁斯納效應和約瑟夫森效應確認的實際上只是理論的核心，并非其全部，許多杰出的俄羅斯物理學家打一開始就深刻領悟到這一點，出于某些正當的理由，他們至今仍認為他們對理論作了不公正的取舍。不幸的是，生活就不是公平的，這在概念問題上尤為明顯。每當我的學生遇到這種事感到沮喪時，我便會用龐格羅斯博士（Dr.Pangloss37）因罹患梅毒瀕死前的話來提醒他們。有人問龐格羅斯，魔王撒旦是否有過錯，他回答說，在這個最佳世界里生病是免不了的，因為它是由哥倫布帶來歐洲的，他還帶來了巧克力和胭脂紅呢。

將超導理論看成是一種技術，這需要在精神上取得妥協(xié)，這種妥協(xié)帶來的負面效應就是在事物的相對重要性方面產生了深刻的文化上的混亂?；仡?0世紀70年代，兩位深受尊敬的理論物理學家（他們不愿署真名）用他們的論文記錄下了他們所從事學科的時代偏見，他們的論文是要“證明”在高于30 K（比絕對零度高30K）的溫度條件下不可能出現(xiàn)超導電性。這與當時已知的金屬性質完全相合，也與相關的超導理論細節(jié)完全一致。還有一點也很重要，就是要將一種材料冷凍到77K（液氮的沸點）以下在當時是極其昂貴的，因此也造成了一定的技術障礙。后來，事情發(fā)生了令人鼓舞的轉變，喬治·貝德諾爾茨（Georg Bednorz）和亞歷克斯·米勒（Alex Muller）率先在陶瓷材料而非金屬材料上發(fā)現(xiàn)了30K溫度條件下的超導電性，隨后不久，朱經武（Paul Chu）用類似材料發(fā)現(xiàn)了90K下的超導電性。這些突然出現(xiàn)的令人目不暇接的發(fā)展引發(fā)了一陣創(chuàng)新性倒戈的狂潮，就像是走鵑卡通片（Road Run-ner cartoon）里的場景，叢林狼威利剛發(fā)現(xiàn)走鵑要抓，可它那裝有極品飛車動力的雪橇就已滑出了懸崖。你可以聽到各種各樣的說道，包括建議說這種現(xiàn)象根本就不是超導電性，而是某種全新的集體現(xiàn)象——從而輕易擺脫了需要遵從巴丁-庫珀-施里弗理論的困難。情形當然不是這樣。實驗最終變得既可重復又很清楚，人們已經在高溫超導體和常規(guī)超導體之間實現(xiàn)了約瑟夫森效應，這得感謝現(xiàn)任加利福尼亞大學校長的鮑勃·戴恩斯（Bob Dynes），是他發(fā)明了精巧的表面預處理技術。神秘解除了：以前之所以不成功，不在于超導態(tài)的基本性質，而在于虛構的電子海，人們想當然地認為超導態(tài)是建立在電子?；A之上的，可實際上，實現(xiàn)超導的材料中根本就不存在電子海。

高溫超導研究中的人為因素很復雜，常常出現(xiàn)某種思想體系崩潰的情形。斗爭的險惡堪比中世紀對一個針尖上有幾個角的爭論，有人試圖發(fā)掘新的數學來“解釋”這些超導體，就像用原初的超導理論來解釋傳統(tǒng)超導體那樣。但事實上原初的巴丁-庫珀-施里弗理論本身并不重要，它只是一種證明存在新序性質的方法。既然這種新的序已經被證明是存在的，而且新的超導體也已從實驗上展示了這一點，因此就沒有理由再發(fā)明一種這樣的計算技術一一除非是出于工程上的目的。在這個問題上，第一個明確闡述電子海性質的著名俄羅斯理論物理學家列夫·朗道曾說過，你可以計算水的性質，但如果檢測一下不是要管用得多嗎？

還原論者對高溫超導的態(tài)度讓我想起《紐約時報》上刊登的一則國際上流行的笑話。舍勒克·霍姆斯和沃森博士開車外出旅行：

霍姆斯：沃森，還在看天上的星星！你都想到什么？

沃森：嗯，每一點星光都是一個由氫核聚變燃燒驅動的巨大的太陽。那邊的那塊模糊區(qū)域是仙女星系。高倍望遠鏡會告訴我們，仙女座是由成百上千億個恒星組成的島。倍數更高的望遠鏡會告訴我們，像這樣的星系還有成百上千億個，它們一直延伸到宇宙的邊緣。如果這些恒星中哪怕是有百萬分之一個有行星，其中又有百萬分之一個具有含氧大氣層，在這其中又有百萬分之一個具有生命，在這有生命的星球中又有百萬分之一個具有人類和文明，那么我們在這宇宙中也不孤獨呀。

霍姆斯：不會吧，沃森，你傻啦！有人把我們帳篷偷走了！

還原論的思想在超導電性問題上還有另一種迷人的表現(xiàn)形式，我稱之為量子場論崇拜。量子場論作為一種由基本粒子研究誕生出的數學體系，通常是在普通量子力學之后教授的一種用于相關領域的特殊的工作語言——它也是一種卓越的思考方式。實際上它并不是一種全新的思考方式，只不過是在真空這一特定條件下對量子力學的重新闡述。這些條件使得整個形式體系看上去優(yōu)美有趣——至少對像我這樣的樂見數學的人是這樣——但也很容易被用來掩蓋問題的實質。有些花招能夠使得一些明明是人為操控的物理行為看起來像是場論引出的結果。在巴丁一庫珀一施里弗理論出現(xiàn)不久，人們發(fā)現(xiàn)量子場論的語言特別適于描述超導體的許多重要性質——突出的有超流態(tài)本身、邁斯納效應、超過閾值的導電性，以及所謂等離子體振蕩的電子集體攪動——這完全是因為這種方法容許我們預設我們對那些繁雜但最終卻是不重要的細節(jié)已熟悉，可以快速進入問題的實質。由此最終導致所有超導電性問題都用場論來解釋這么一種局面。即使在今天我們依然發(fā)現(xiàn)有許多人私下里還是相信這一套。這當然是荒謬的——就像讓人相信天氣變化是由糧食價格引起的。事實上，量子場論之所以有效是因為超導電性普適的突現(xiàn)性使然，別無其他。以場論形式出現(xiàn)的量子力學微觀方程與實際材料的性質根本對不上號，因此是錯的。從錯誤的方程出發(fā)而要得到正確的結果，唯一的方法就是看計算所涉的性質是否對細節(jié)不敏感，即是否具有突現(xiàn)性。從超導電性得到的教訓實際上不是證明了量子場論是一種卓越的計算工具，而是說明量子場本身也是突現(xiàn)的。

這兩大傳統(tǒng)之間的邏輯不協(xié)調性反映了解決超導電性問題所引起的深刻危機——延續(xù)至今的還原論與突現(xiàn)論原理之間的對立——同時這也是這一解決途徑本身的根本性質。有人說是庫珀發(fā)現(xiàn)了超導機制，施里弗發(fā)現(xiàn)了解決途徑，而巴丁則認識到為什么這一途徑是正確的。三人當中，最后一個顯然是最重要的，這也就是為什么約翰·巴丁在物理學家中能夠深孚眾望。

在現(xiàn)時代，大家習慣于將比爾·蓋茨這位精明強干的商人看成是成就最高的技術專家，但我認為，電子時代真正的英雄是約翰·巴丁。巴丁出行總是坐經濟艙，平時也不以諾貝爾獎獲得者自居。一位同事曾描述過他作為學生是如何造訪巴丁家的，當時有人提出想看看晶體管模型。巴丁一開始不記得放哪兒了，便到處翻找，最后在餐具柜的底層找了出來。提出量子場論優(yōu)美形式的理查德·費恩曼也曾敘述過他在收到巴丁-庫珀-施里弗論文預印本時是如何進行超流體和超導電性方面的工作的。他沒拆閱就把它丟進了抽屜，而且一丟就是幾個月。

我曾經有過一次與巴丁的交往，當時我的表現(xiàn)簡直是十足的目空一切。我并非覺得這一經歷有多么值得夸耀，但我還是想把它說出來，因為我知道約翰或許能從中看出我的那種帶有弗洛伊德意味的滑稽可笑來。那是在瑞典北部召開的一次關于多體量子物理的大會上，會議地點選在遠離城市的一個獵場，周圍除了高山沼澤一無所有。當時我剛好從北京的另一個會結束趕來，適逢又有點消化道不舒服，因此我的半夜到來，加上開燈，將昏昏欲睡的人們全都弄醒了。事情糟糕還在于這里要到晚上10點才日落西山，且4個小時后就又旭日東升了。會上吃的大多是馴鹿肉——烤鹿肉、鹿肉丸子、腌鹿肉等——你不喜歡可瑞典人喜歡。不管怎么說，好歹熬到了第二天日程“雞尾酒會”的結束。這時門外顯得特別吵，我們都跑出去看個究竟，只見草坪上停著兩架重型直升機，駕機的是瑞典軍方的高級軍官。兩架直升機是來接人的，把我們會議中6個人帶到了幾千米外的山里的一個小湖邊，這個湖是個冰川造就的花崗巖湖。我們到那兒時已經有人搭起了一頂小帳篷，生好了好大一堆營火，備下了勾兌好了的熱葡萄酒，有人稱其像“狼尿”。在明亮的極地夜晚，我們站在那兒，看著微風舞動著營火，喝著酒，贊嘆說這樣高檔次的大會以前不曾有，以后也不會有了。這時我卻感到越來越不舒服。到了直升機要返回的時間了，我們6個人趕緊登機往回趕。著陸后，一時間我們誰也沒動，于是我率先起身，這時坐在我身后的同事格里·馬漢（Gerry Mahan）粗暴地阻止了我，就像我犯了什么大罪似的。我這才注意到，前面的一個老者慢慢伸出腿邁向艙門，爬了出去。他就是約翰·巴丁。