初生之犊约瑟夫逊

一般地说，理论研究可以指导实际的、应用的研究和开发，但也常常落后于实际研究。在发现超导现象以后，很多科学家都力图对超导作出理论解释，但都不能圆满解释所有实验现象，直到 1957 年，BCS 理论问世，才使理论界交出了一份令人满意的答案。

BCS 理论是由巴丁（Bardeen）、库柏（Cooper）、席瑞弗（Schrieff） 三人合作发表的，取他们姓氏的第一个字母，称为 BCS 理论。

这个理论涉及到高深的数学，在这里只作最粗浅、形象的介绍。

电流流动的本质是电子的运动。在通常情况下，晶格中离子的热运动和晶格缺陷使电子运动受到阻碍，形成电阻。在超导状态。超导体的晶格振动

（也叫声子）和电子相互作用，使其形成电子对，当电子对通过晶格时能克服阻力，顺利通过。就像在足球场上，一个运动员带球前进就容易被拦截， 而两个运动员互相传球前进则容易绕过对方，全体队员互相配合，阻力就更小。当大量电子整体流动时，由于电子的相互作用，电子两两成对，或者互相交换搭档，形成超电流。

随着超导研究的迅速发展，许多新的实验结果用 BCS 已不能解释，为此， 一些物理学家又对超导 BCS 理论作了许多修正和发展。

1962 年，剑桥大学年仅 22 岁的研究生约瑟夫逊（B.D.JosePheson）在超导研究中作出了独到的科学预见，因而一举成名。

约瑟夫逊经过慎密的思考，并依据 BCS 理论作出推导和计算，指出，当两个超导体之间存在着薄的绝缘层时，如果超导体内有电流流动，那么这个超导体的电流可以在没有电压的情况下通过绝缘层。我们知道，所谓绝缘层就是能阻挡电流，不让电流通过的不导电的物质，只有当电压很高使绝缘层受到破坏时才能使电流通过。显然，约瑟夫逊的推断是很大胆的。

约瑟夫逊还指出，当给这一绝缘体层两边施加电压时，除了有直流超导电流通过绝缘层之外，还有交流电通过绝缘层，交流电频率与施加的电压成正比。显然，这一推论比前一个理论更复杂。

约瑟夫逊在进行这一研究时曾经接受过著名美国物理学家安德森的指导，而且他本人并没有直接测量到通过绝缘层的超导电流，在安德森的鼓励下，他发表了他的论文。

几年后，约瑟夫逊的推断全部在贝尔实验室得到证实，初生之犊约瑟夫逊一举成名。这种超导电流从中间绝缘层穿过的现象被称为约瑟夫逊效应。约瑟夫逊效应的发现对人们理解超导的本质有帮助。约瑟夫逊效应还被

利用来制造精密仪器，例如超导量子干涉仪，这是一种非常敏感的磁场探测装置，用来进行医学诊断和地质调查。

在约瑟夫逊作出他的预言之前，美籍挪威物理学家贾埃瓦就制作了一个由两块铝片中间有氧化铝夹层的仪器，用来研究超导能隙，为超导的基础研究作出了贡献。在实验中，他多次观察到在没有电压的情况下电流通过氧化铝薄层，在液氦温度，金属铝是超导体，氧化铝是绝缘体，这就是约瑟夫逊效应。但他认为是氧化铝层没有做好，电流短路造成的，放弃了实验样品， 也错过了做出重大发现的机会。后来有人问他是否为此感到遗憾，他诚恳地说：“不，因为要做出一个实验上的发现，光观察到某些情况是不够的，还必须了解观察的意义，就此而言，我甚至还没有入门。”

这件事说明，要作出重大的科学发现，必须大胆的思考，不受前人束缚的创新精神，以及坚实的科学基础。否则，即使新现象摆在面前，也会熟视无睹。