我是個想法能放不能收的人,靈感一來,就一直不斷冒出新的想法,一發不可收拾,想法的收放自如一直是我期待的目標。
也許有人會說:「有靈感,好事啊!為什麼要大驚小怪?」。
但我更常發現想法無止盡擴張的結果,就是什麼都做不出來。
禪師鈴木俊榮曾說過:「初學者心中可能性很多;專家心中可能性很少。」
這句話在我心裡引起不小震憾,無論創作或是科學研究,明白「什麼能做,什麼不能做」才是真正成熟的開始。
延申閱讀:【一步一步來】
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作者:高涌泉
2003/10/7
史上唯一兩次獲得諾貝爾物理獎的人不是愛因斯坦,不是拉賽福,不是居禮夫人,不是費曼,而是強‧巴定(John Bardeen,1908-1991)。對於大眾來說,巴定算是個生疏的名字,但在科學上,他的確功勳顯赫。巴定第一次拿獎是在一九五六年,理由是與布拉頓(W. H. Brattain,1902-1987)、蕭克利(W. Shockley,1910-1989) 二人共同發明了電晶體。第二次是在一九七二年,因為超導體理論的工作而與庫伯(L.N. Cooper,1930-)、許瑞弗(J. R. Schrieffer,1931-)一起得獎。(物理界習稱巴、庫、許三人的這個超導理論BCS理論。)巴定自己曾開玩笑說他其實總共才拿到三分之二個獎,假如他和其他二人再分享一次諾貝爾獎,才能算拿到一整個諾貝爾獎。
巴定這兩項重要工作,間隔了九年多。發明電晶體是在一九四七年底於貝爾實驗室,超導體理論則是在一九五七年初於美國伊利諾州大學。前者對於物質文明的實質影響之大,可算是一場革命。但是他認為從物理學的角度而言,電晶體不是太了不起的成就。他在第一次獲獎後,還寫信給朋友:「我猜(諾貝爾)委員會中有很多人懷疑(電晶體裡頭的)科學本身是否值得這個獎。我自己就這麼懷疑。」但是巴定主導的BCS超導理論就不折不扣是二十世紀理論物理的重要突破。事實上,巴定在物理界主要就是以BCS理論中的B著稱。
超導現象發現於一九一一年,當時荷蘭物理學家凱默林翁內斯(H. Kamerlingh Onnes,1853-1926)發現一旦將水銀冷卻到絕對溫度4.2度以下,水銀的電阻就完全消失。這個奇特的現象困惑了物理學家四十餘年。大人物如波爾、海森堡、費曼都曾想解釋此一現象,也都無功而返。因為失敗的理論比比皆是,當初還流傳一個玩笑定理:「每一個超導理論都可以證明是錯的」。B、C、S三人之所以能後來居上,奪得聖杯,還得歸功於巴定特殊的眼光與堅持。
巴定從小數學就很好,一九三三年入普林斯頓的數學研究所攻讀博士。他其實對物理也很有興趣,還好當時物理與數學研究生的必修課都一樣,所以能夠兩者兼顧。他覺得自己的數學天份較高,但認為物理比較有趣。最後他跟隨名物理學家魏格納(E. Wigner,1902-2000)做了一篇固態物理的博士論文。巴定覺得他從魏格納那裡學到如何選擇關鍵的問題,以及如何下手解決問題。第一步是把問題分割成一些較小較簡單的問題,但是仍能保留住原先大問題的精髓,也就是將問題化約至其本質。他說:「我想這是很好的一課。」不過他的朋友注意到巴定的手法仍與老師有所不同:魏格納通常會選擇優雅的、美妙的數學步驟,而巴定則可以接受任何能達到目的之手段。
一九五一年巴定因為與蕭克利不合,決定離開貝爾實驗室,到伊利諾州大學任教。當時關於超導體一些新的實驗與理論的進展,讓他覺得可以投注更多心血在超導體問題上。BCS中的S,許瑞弗,於一九五三年入伊利諾州大學攻讀物理博士,在和巴定學習了一年半之後,決定找巴定做博士指導教授。許瑞弗回憶說巴定從抽屜拿出一個單子,上面約有十個問題,適合作博士論文題目。單子上最底下一個問題就是超導體問題,吸引了許瑞弗的注意。巴定對他說:「你何不想一想這個問題?」許瑞弗知道選超導現象為博士論文題目有相當風險,但是他覺得自己年紀還輕,可以試一下,若不行尚有回頭的機會,所以就選了最後這一個問題。
巴定當時已經了解超導現象起於電子與聲子(phonon)的交互作用。他認為需要找一位熟悉量子場論的人,能夠用最新的場論技巧(如費曼圖)處理複雜的交互作用。所以就打了電話給在普林斯頓高等研究院的楊振寧,請楊替他尋人。結果楊推薦從哥倫比亞大學拿到博士學位不久,到高等研究院做博士後研究員的庫伯。當巴定路過高等研究院與庫伯見面時,庫伯告訴巴定自己對於超導體一無所知。巴定卻告訴庫伯「沒有關係,會教他一切」。庫伯想了幾個月,決定接受巴定的邀請,將超導現象當成「我要解決的問題」。
BCS這一小組終於成軍,三位成員每個人都有其特殊的貢獻:巴定是舵手,知道整個問題的來龍去脈,所要追求的目標是什麼,以及最後的解(描述電子的波函數)應該要有什麼樣的特質,尤其是在碰到困難時,能督促團隊堅持下去。庫伯則發現電子間的吸引力能讓電子兩兩配對在一起,這每一對電子現就稱為庫伯對(Cooper pair)。庫伯對與電子不同,彼此不會排斥凝聚在一起。許瑞弗最後補上關鍵的臨門一腳,寫下描述這些庫伯對的多體波函數。
許瑞弗是在一九五七年一、二月之交找到正確波函數,當他拿給巴定看時,巴定一眼就看出裡頭有東西,也很快地證明能隙(energy gap,即基態與激發態的能量差)存在。有了能隙,超導現象就可以理解─-他們終於打開了超導理論的大門。接下來幾個月,三人瘋狂工作:許瑞弗專攻熱力學性質,庫伯研究電磁性質,巴定則負責傳輸與非平衡性質。難倒一大堆天才的超導現象就這樣破解了。最近有一本巴定的傳記問世,裡頭詳細的說明了這段歷史。研究科學史的兩位作者刻意的將書名定為《真正的天才》(True Genius)。
〈本文原載於中央日報副刊92.1.22〉
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