{"content":"# AI聊诺贝尔物理学奖 | 第73届（1973年）\n\n**获奖者：江崎玲於奈（Leo Esaki，1925— · 日本 · IBM 托马斯·J·沃森研究中心 · 获奖时48岁）；伊瓦尔·贾埃弗（Ivar Giaever，1929—2025 · 挪威出生、后入美国籍 · 通用电气研究发展中心 · 获奖时44岁）；布赖恩·戴维·约瑟夫森（Brian D. Josephson，1940— · 英国 · 剑桥大学 · 获奖时33岁）**——51万瑞典克朗奖金：江崎与贾埃弗各得四分之一，约瑟夫森独得一半。获奖理由：「因发现固体中的隧穿现象」——江崎实验于半导体，贾埃弗实验于超导体，约瑟夫森则「对穿越隧道势垒的超电流性质作出了理论预言，即通称的约瑟夫森效应」。\n\n1973年10月23日，瑞典皇家科学院发布新闻稿，第一句就点题：隧穿现象「是现代物理定律最直接的后果之一，在经典力学中没有对应物」。12月10日，斯德哥尔摩音乐厅，皇家科学院的斯蒂格·伦德奎斯特教授宣读颁奖致辞，末句照旧是「请您从国王陛下手中接受奖金」——只是这一回，台上换了国王：上一届，九十岁的老国王古斯塔夫六世·阿道夫因病未能出席，奖章由王储代授；而1973年9月15日，老国王驾崩，那位王储继位，成为二十七岁的卡尔十六世·古斯塔夫。本届奖章，由新国王亲手颁出。\n\n上一届的三个名字（巴丁、库珀、施里弗）背后站着「超导」；这一届的三个名字背后站着「隧穿」。两件事之间，只隔着一层薄薄的氧化膜——1960年，贾埃弗正是用这层膜，给超导理论的预言拍下了第一张清晰的「照片」。\n\n## 获奖成果介绍\n\n**第一幕：墙。**\n\n朝墙扔一个球，球会弹回来。可是伦德奎斯特请听众想象另一种局面：「偶尔，球会径直从墙里消失。」在宏观世界，这种事发生的概率小到可以忽略；在原子尺度上，「穿墙而过」却是家常便饭。\n\n这就是量子力学最反直觉的图景之一：电子不是小弹珠，而是一列波。波遇到壁垒，大部分被弹回，但总有一部分渗到墙的另一侧——物理学家称之为「隧穿」。它不是暧昧的近似，而是现代物理最直接的推论之一：1928年，伽莫夫等人用它解释了α衰变，那是量子力学最早的胜利之一。\n\n奇怪的是，当物理学家把同一套数学搬进固体——让电子穿一道绝缘层——理论与实验却总是打架。上世纪二三十年代，人们渐渐失去兴趣，一搁就是二十多年。直到1947年晶体管问世、半导体研究热起来，隧穿才被重新惦记；可又过了约十年，实验室报出的数据仍旧矛盾重重。学界缺的，是一个干净到无可辩驳的实验。\n\n**第二幕：1957，索尼：一个「简单得令人迷惑」的实验。**\n\n做出这个实验的，是江崎玲於奈。1925年他生于大阪，在东京大学读完物理学本科（1947）与博士（1959）。1956年，他进入东京通信工业——这家公司1958年更名「索尼」。在索尼的实验室里，他用「重掺杂」的锗做出一个极薄、极薄的p-n结，薄到量子力学开始接手：加上电压，电流曲线出现前所未见的形状——先急涨，再回落，又上扬；中间那段「负阻」的斜坡，正是隧穿电流的签名，几十年悬而未决的争议就此了结。\n\n1958年，论文刊于《物理评论》（Phys. Rev. 109, 603），证明半导体中的电子隧穿真实存在；顺着这条曲线，他还做出了一种新器件「隧道二极管」（江崎二极管）——官方传记里，它是「第一个量子电子器件」。江崎没有停手：1960年加入美国IBM，后来开创「人造超晶格」等人工量子结构，做的还是同一门手艺——让电子按量子力学的规则走位。这也是战后日本物理学走向世界的一步：距离汤川秀树（本系列第49届）摘下日本第一座物理学奖章，过去了二十四年。\n\n**第三幕：1960，通用电气：一位「门外汉」的三明治。**\n\n接力棒传到一个背景全然「不正统」的人手里：伊瓦尔·贾埃弗，1929年生于挪威卑尔根，在乡间小城托滕长大，父亲是药剂师；他学的是机械工程（挪威理工学院，1952年毕业），当过兵、做过专利审查员、还在建筑事务所当过助手；1954年移民加拿大，1956年再到美国，进入通用电气——先做应用数学工作，1958年进入GE研究发展中心，同时从头学物理，1964年在伦斯勒理工学院取得物理学博士。\n\n正是这种「外来者」视角，让他问出内行不敢问的问题：既然电子能在半导体里穿墙，为什么不能在超导体里穿？他做了一个「三明治」：蒸镀一层铝膜，让它自然氧化出极薄的氧化层，再盖上第二层金属。低温之下测电流—电压曲线，他看到了带「缺口」的台阶——那正是超导能隙的指纹。\n\n这一步的重要性在于：「能隙」是巴丁—库珀—施里弗理论（上一届成果）最关键、也最难直接验证的预言。1957年写就的理论，1960年就被隧穿实验拍下了近照。官方新闻稿称，他的实验「给出了所谓超导体能隙存在的非常直接的证据」；此后，隧穿发展为「精度极高的光谱术」——用电流与电压的曲线，读取电子世界的细部。贾埃弗后来把兴趣转向生物物理，研究蛋白质在固体表面的行为；从机械到物理，再到生命，他的跨界一直没有停步。（他于2025年6月辞世，享年96岁。）\n\n**第四幕：1962，剑桥：一位研究生的两道预言。**\n\n第三棒，是一位22岁的英国研究生。布赖恩·约瑟夫森，1940年生于威尔士加的夫，在剑桥读数学（1960年学士），随后转攻物理。1962年，他盯上贾埃弗的「三明治」，把两端换成两个超导体，用理论追问：中间那道势垒，除了单个电子能穿，成对的「库珀对」能不能整体穿过去？\n\n答案是能——而且穿出两个惊人的后果：其一，不加电压，也会有超电流穿过势垒（直流约瑟夫森效应）；其二，加上恒定电压，穿过去的是高频振荡电流，频率与电压严格成正比（f＝2eV/h，交流约瑟夫森效应）——每1微伏对应约484兆赫兹，恰在微波波段。这篇预言发表在一篇三页短文里（Physics Letters 1, 251）。起初学界将信将疑，连巴丁都公开质疑过这位年轻人；但裁判很快到场——一年左右，贝尔实验室的安德森与罗威尔测到直流效应，夏皮罗测到微波下的交流效应。从此，「约瑟夫森结」成为把量子现象搬到宏观尺度的趁手工具：正如致辞所说，他的发现让人得以用电场与磁场影响超电流，「在宏观尺度上控制、研究和利用量子现象」，并催生了被称为「量子干涉测量」的全新方法。\n\n**尾声：一条链，同一堵墙。**\n\n伦德奎斯特把三人串成一条接力链：「江崎的开创性工作，为贾埃弗的发现提供了基础与直接推动；贾埃弗的工作，又给了约瑟夫森的理论预言以刺激。」三份工作各自独立，却像同一列波穿过三道墙：实验—实验—理论；日本—挪威／美国—英国；半导体—超导体—量子器件。东方与西方、实验家与理论家、工程师与研究生，在同一条隧穿的轨迹上会合。\n\n而隧穿本身，或许是量子世界最温柔的一则寓言：墙没有消失，禁令也没有废除——只是「完全禁止」被改写成了「概率很小」。在华严宗的语汇里，这近乎「事事无碍」：障碍仍在，通过却从未被彻底堵死。波函数的每一份额度都很小，可它不放弃；一千次里总有一次，它已在墙的另一边。所谓奇迹，不过是概率终于站上了它该站的位置。\n\n## 现实应用\n\n**一、你口袋里的闪存，与芯片厂的「眼睛」。** 手机里的照片、聊天记录，都存在闪存里；而闪存的写入与擦除，靠的正是电子穿过极薄氧化层——量子隧穿。没有隧穿，就没有U盘与固态硬盘，也不会有今天的智能手机。进入纳米时代后，电子「穿墙」造成的漏电又成了芯片工程师日夜对抗的课题——它有多真实，可见一斑。而1981年发明的扫描隧道显微镜（STM），干脆把隧穿电流做成探针，第一次让人「触摸」到原子；今天，它仍是芯片制造与材料研究中量原子、测表面的标尺（发明者宾尼希与罗雷尔获1986年诺贝尔物理学奖）。\n\n**二、量子计算机、脑磁图，与「伏特」的基准。** 约瑟夫森结是现代量子技术的心脏零件：IBM、谷歌等公司的超导量子计算机，量子比特的核心就是一个约瑟夫森结；医院的脑磁图（MEG）设备，用超导量子干涉仪（SQUID）聆听大脑神经元活动发出的极微弱磁场——不开颅、不伤身，恰是致辞当年预言的「研究心与脑周围的电磁场」；自1990年起，国际电压标准也由约瑟夫森效应定义——家里每一度电的计量背后，都站着一枚约瑟夫森结。从探矿、水下通信到引力波探测、心磁图，那堵「墙」，在现实世界里早已被穿得到处都是。\n\n## 出处\n\n信息来源：NobelPrize.org 官方档案与诺贝尔奖官方 API——1973年物理学奖：公布日1973-10-23，奖金51万瑞典克朗；江崎玲於奈（IBM 托马斯·J·沃森研究中心，1/4；1925-03-12生于大阪，1947年东京大学学士、1959年博士；任职索尼（东京通信工业）期间于1957年发现江崎二极管；1960年加入IBM）、伊瓦尔·贾埃弗（通用电气研究发展中心，1/4；1929-04-05生于挪威卑尔根；1952年挪威理工学院机械工程毕业；1958年入职GE；1964年获伦斯勒理工学院物理学博士、同年入美国籍；卒于2025-06-20）、布赖恩·戴维·约瑟夫森（剑桥大学，1/2；1940-01-04生于威尔士加的夫；剑桥学士1960、博士1964；1962年任三一学院研究员）。1973年官方新闻稿（「隧穿……经典力学中没有对应物」「1958年论文证明半导体中的新型隧穿现象」「隧道二极管」「1960年……能隙的直接证据」「1962年预言两个效应，一年左右被实验证实」）。颁奖致辞（斯蒂格·伦德奎斯特，1973-12-10：「扔球穿墙」比喻、「简单得令人迷惑」、三人接力链、「量子干涉测量」及应用清单、「请您从国王陛下手中接受奖金」）。论文：江崎《New Phenomenon in Narrow Germanium p-n Junctions》，Physical Review 109, 603（1958）；贾埃弗《Energy Gap in Superconductors Measured by Electron Tunneling》，Physical Review Letters 5, 147（1960）；约瑟夫森《Possible new effects in superconductive tunnelling》，Physics Letters 1, 251（1962）。王室更迭：1973年9月15日古斯塔夫六世·阿道夫逝世、卡尔十六世·古斯塔夫即位（《纽约时报》1973-09-16 报道）。检索与核对时间：2026-10-09。","contentType":"text/markdown","attachments":[],"quotePin":""}