جون باردين.. الفيزيائي الذي غيّر العالم مرتين وحصد جائزتي نوبل في الفيزياء

في صباح أحد أيام أكتوبر عام 1972، أعلنت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم اسم الفيزيائي الأمريكي جون باردين فائزًا بجائزة نوبل في الفيزياء للمرة الثانية، تقديرًا لتطويره مع ليون كوبر وجون روبرت شريفر النظرية المعروفة باسم نظرية BCS في الموصلية الفائقة. لم يكن الخبر مجرد تكريم لإنجاز علمي جديد، بل لحظة تاريخية في سجل العلم؛ إذ أصبح باردين أول شخص – ولا يزال الوحيد حتى اليوم – الذي نال جائزتي نوبل في الفيزياء. ووفقًا لمؤسسة نوبل، جاء سبب الفوز عام 1972: «لتطويرهم المشترك نظرية الموصلية الفائقة، المعروفة عادةً باسم نظرية BCS». وقبلها بستة عشر عامًا، كان قد تقاسم جائزة نوبل لعام 1956 مع وليام شوكلي ووالتر براتين «لأبحاثهم حول أشباه الموصلات واكتشافهم تأثير الترانزستور».

لم يكن هذا الإنجاز المزدوج نتاج عبقرية لحظية أو اكتشاف منفرد، بل ثمرة مسيرة طويلة من التفكير الهادئ والعمل الدؤوب، بدأت في مطلع القرن العشرين، وأسهمت في تشكيل عالم الإلكترونيات والحوسبة والاتصالات كما نعرفه اليوم. فحين يُذكر اسم جون باردين، لا تُستحضر سيرة عالم بارز فحسب، بل يُستعاد تاريخ مرحلة كاملة انتقلت فيها الفيزياء من المختبرات إلى قلب الحياة اليومية.

النشأة والبدايات.. بين الهندسة والفيزياء

وُلد جون باردين في 23 مايو 1908 بمدينة ماديسون في ولاية ويسكونسن الأمريكية. نشأ في أسرة تهتم بالتعليم؛ فقد كان والده، تشارلز باردين، عميدًا لكلية الطب بجامعة ويسكونسن، وهو ما وفر بيئة علمية شجعت على حب المعرفة والاستقلال الفكري.

في سنواته الدراسية الأولى، أظهر ميلًا واضحًا إلى الرياضيات والعلوم، لكنه لم يكن الطفل الذي يلفت الأنظار بالاستعراض أو المنافسة الصاخبة، بل عُرف بالهدوء والدقة والصبر، وهي صفات لازمته طوال حياته العلمية.

التحق بجامعة ويسكونسن، حيث حصل على درجة البكالوريوس ثم الماجستير في الهندسة الكهربائية. وقد منحه هذا التكوين فهمًا عميقًا للمشكلات العملية في الكهرباء والإلكترونيات، قبل أن يتجه إلى الفيزياء النظرية، وهو انتقال سيصبح لاحقًا أحد أسرار نجاحه؛ إذ جمع بين فهم التطبيقات الهندسية والقدرة على تفسيرها رياضيًا.

بعد ذلك انتقل إلى جامعة برينستون، حيث حصل على الدكتوراه في الفيزياء عام 1936 تحت إشراف الفيزيائي الكبير يوجين ويغنر، الذي أصبح لاحقًا أحد الحاصلين على جائزة نوبل أيضًا. وقد أسهمت هذه المرحلة في صقل أدواته النظرية وإعداده للبحث في أكثر القضايا الفيزيائية تعقيدًا.

العالم قبل جون باردين

لفهم قيمة إنجازات باردين، لا بد من النظر إلى المشكلات التي واجهها العلماء قبل ظهوره.

في النصف الأول من القرن العشرين، كانت الأجهزة الإلكترونية تعتمد أساسًا على الصمامات المفرغة (Vacuum Tubes). وقد مثّلت هذه التقنية نقلة مهمة في عصرها، لكنها عانت من مشكلات عديدة؛ إذ كانت كبيرة الحجم، وتستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة، وتولد حرارة مرتفعة، فضلًا عن قصر عمرها التشغيلي.

كان العلماء يدركون أن مستقبل الإلكترونيات يتطلب عنصرًا أصغر حجمًا وأكثر كفاءة واعتمادية، لكن الوصول إلى هذا الهدف استلزم فهمًا أعمق لخواص أشباه الموصلات، وهي مواد كانت لا تزال غامضة نسبيًا من الناحية الفيزيائية.

في الوقت نفسه، كانت ظاهرة الموصلية الفائقة، التي اكتُشفت عام 1911، تمثل لغزًا محيرًا؛ إذ لم يتمكن الفيزيائيون لعقود من تفسير السبب الذي يجعل بعض المواد تفقد مقاومتها الكهربائية تمامًا عند درجات حرارة منخفضة جدًا.

هاتان المشكلتان – أشباه الموصلات والموصلية الفائقة – ستصبحان المجالين اللذين سيترك فيهما جون باردين أثره الأكبر.

مختبرات بيل… بداية التحول

بعد الحرب العالمية الثانية، انضم باردين إلى مختبرات بيل، التي كانت آنذاك من أهم مراكز البحث العلمي في العالم.

هناك عمل مع الفيزيائيين والتر براتين ووليام شوكلي ضمن فريق يسعى إلى تطوير بديل عملي للصمامات المفرغة.

لم يكن الطريق سهلًا؛ فقد واجه الفريق تحديات نظرية وتجريبية معقدة، وكان فهم سلوك الإلكترونات على أسطح أشباه الموصلات من أبرز العقبات. وقد لعب باردين دورًا محوريًا في تفسير هذه الظواهر، وهو ما مهد لتصميم أول ترانزستور عملي.

وبحسب مؤسسة نوبل، كان هذا الإنجاز سببًا مباشرًا لمنحهم جائزة نوبل في الفيزياء عام 1956.

الترانزستور… الاختراع الذي غيّر وجه الحضارة

قد يبدو الترانزستور قطعة إلكترونية صغيرة لا تتجاوز بضعة مليمترات، لكن أثره التاريخي يفوق حجمه بمراحل.

قبل ظهوره، كانت الحواسيب تشغل غرفًا كاملة، وتحتاج إلى آلاف الصمامات المفرغة التي تتعرض للأعطال باستمرار.

أما بعد اختراع الترانزستور، فقد أصبح بالإمكان تصنيع أجهزة أصغر وأسرع وأكثر كفاءة وأقل استهلاكًا للطاقة.

لم يكن باردين مخترعًا يعمل منفردًا، بل كان جزءًا من فريق بحثي تكاملت فيه الخبرات، غير أن مساهماته النظرية في فهم فيزياء أشباه الموصلات كانت عنصرًا أساسيًا في نجاح المشروع.

ومن هذا الاختراع انطلقت لاحقًا الدوائر المتكاملة، ثم المعالجات الدقيقة، ثم الحواسيب الشخصية، فالهواتف الذكية، ومراكز البيانات، وتقنيات الذكاء الاصطناعي.

لذلك لا يُعد الترانزستور مجرد إنجاز تقني، بل نقطة تحول غيرت الاقتصاد والاتصالات والطب والتعليم والصناعة، وأعادت تشكيل الحياة الحديثة بصورة يصعب المبالغة في وصفها.

من الترانزستور إلى نظرية BCS… إنجاز ثانٍ غيّر الفيزياء

بعد النجاح الكبير الذي حققه في مختبرات بيل، انتقل جون باردين إلى جامعة إلينوي في إربانا-شامبين، حيث بدأ فصلًا جديدًا من حياته العلمية. لم يكتفِ بما حققه في مجال أشباه الموصلات، بل عاد إلى واحدة من أكثر المسائل الفيزيائية غموضًا آنذاك: الموصلية الفائقة.

كانت هذه الظاهرة قد اكتُشفت عام 1911 على يد الفيزيائي الهولندي هايكه كامرلينغ أونس، لكنها بقيت لأكثر من أربعة عقود دون تفسير نظري مقنع. فعندما تُبرَّد بعض المعادن إلى درجات حرارة شديدة الانخفاض، تختفي مقاومتها الكهربائية تمامًا، فيمر التيار الكهربائي خلالها دون أي فقد للطاقة. وقد بدت هذه الظاهرة مخالفة لما كان معروفًا في الفيزياء الكلاسيكية.

بحسب مؤسسة نوبل، نجح جون باردين مع زميليه ليون كوبر وجون روبرت شريفر في تطوير أول تفسير متكامل لهذه الظاهرة، وهو ما عُرف باسم نظرية BCS، نسبة إلى الأحرف الأولى من أسماء العلماء الثلاثة.

اعتمدت النظرية على فكرة أن الإلكترونات، التي يُفترض عادة أنها تتنافر بسبب شحنتها السالبة، يمكن في ظروف معينة وعند درجات حرارة منخفضة جدًا أن ترتبط في أزواج عُرفت لاحقًا باسم أزواج كوبر. وتتحرك هذه الأزواج داخل المادة بطريقة جماعية تمنع فقدان الطاقة الناتج عن التصادمات المعتادة.

لم تكن هذه الفكرة مجرد تفسير لظاهرة قديمة، بل أصبحت أساسًا لفرع كامل من الفيزياء الحديثة، وأحد أهم النماذج النظرية في فيزياء المادة المكثفة.

ولهذا منحت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم باردين وكوبر وشريفر جائزة نوبل في الفيزياء عام 1972، تقديرًا لتطويرهم هذه النظرية التي غيّرت فهم العلماء للمواد فائقة التوصيل.

لماذا كانت إنجازاته استثنائية؟

تكمن فرادة جون باردين في أنه لم يحقق إنجازًا عظيمًا واحدًا، بل أسهم في حل مشكلتين مختلفتين تمامًا، وكل واحدة منهما كانت من أعقد القضايا العلمية في عصرها.

فالترانزستور غيّر العالم الصناعي والتقني بصورة مباشرة، بينما غيّرت نظرية BCS فهم الفيزيائيين للبنية الداخلية للمواد.

ونادرًا ما يجمع عالم واحد بين القدرة على إنتاج اختراع عملي غيّر حياة البشر اليومية، وصياغة نظرية علمية عميقة أصبحت مرجعًا أساسيًا في الفيزياء.

ولهذا لا تُقاس أهمية باردين بعدد الجوائز التي حصل عليها، بل بمدى استمرار تأثير أفكاره حتى اليوم.

التحديات التي واجهها

لم تكن رحلة باردين خالية من العقبات.

في مشروع الترانزستور، واجه الفريق تحديات تجريبية كبيرة، كما ظهرت لاحقًا خلافات مع وليام شوكلي حول الأدوار العلمية داخل الفريق، وهي خلافات تناولتها العديد من الدراسات التاريخية الخاصة بتاريخ مختبرات بيل.

ورغم ذلك، حافظ باردين على سمعته باعتباره باحثًا هادئًا يفضّل العمل العلمي على الأضواء الإعلامية.

أما في أبحاث الموصلية الفائقة، فقد استغرق الوصول إلى النظرية سنوات طويلة من العمل الرياضي والتجريبي، لأن الظاهرة كانت تبدو عصية على التفسير باستخدام النظريات السائدة آنذاك.

وكان نجاح نظرية BCS دليلًا على أن التقدم العلمي لا يتحقق دائمًا عبر اكتشافات مفاجئة، بل كثيرًا ما يكون نتيجة صبر طويل وبناء تدريجي للأفكار.

الامتداد العلمي… إرث لم يتوقف

يصعب الحديث عن الإلكترونيات الحديثة دون المرور باسم جون باردين.

فالترانزستور الذي شارك في اكتشاف تأثيره أصبح اللبنة الأساسية لكل الدوائر الإلكترونية تقريبًا. وتشير المصادر العلمية إلى أن المعالجات الدقيقة، والشرائح الإلكترونية، والهواتف الذكية، والحواسيب، والأقمار الصناعية، وشبكات الاتصالات الحديثة كلها تعتمد، بصورة مباشرة أو غير مباشرة، على التطورات التي انطلقت من ذلك الاكتشاف.

أما نظرية BCS، فقد أصبحت أساسًا لعدد كبير من الأبحاث في فيزياء المادة المكثفة، وأسهمت في تطوير فهم الموصلات الفائقة، وأثرت في مجالات مثل الحوسبة الكمية، والمغناطيسات فائقة القدرة المستخدمة في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، ومسرعات الجسيمات.

ورغم أن العلماء اكتشفوا لاحقًا أنواعًا جديدة من الموصلات الفائقة لا تفسرها نظرية BCS بالكامل، فإن النظرية ما زالت تمثل حجر الأساس الذي تُقاس عليه النظريات الجديدة، وهو ما يعكس استمرار أثرها العلمي.

أستاذًا وباحثًا… وصانع أجيال

إلى جانب أبحاثه العلمية، كان جون باردين أستاذًا في جامعة إلينوي في إربانا-شامبين، حيث أمضى جانبًا كبيرًا من حياته الأكاديمية. ووفقًا للجامعة ولمؤسسة نوبل، لم يقتصر دوره على البحث العلمي، بل أسهم في إعداد جيل جديد من الفيزيائيين، وكان من أبرز طلابه جون روبرت شريفر، الذي شاركه لاحقًا في تطوير نظرية BCS والفوز بجائزة نوبل.

تكشف هذه الحقيقة جانبًا مهمًا من شخصية باردين؛ فقد كان يرى أن المعرفة لا تكتمل إلا بانتقالها إلى الآخرين. لذلك لم يكن تأثيره محصورًا في أبحاثه المنشورة، بل امتد إلى العقول التي دربها، وإلى المدارس البحثية التي واصلت العمل على الأسس التي وضعها.

جون باردين في ذاكرة العلم

رغم مكانته الاستثنائية، لم يكن باردين من العلماء الباحثين عن الشهرة. فقد وصفه كثير ممن عملوا معه بأنه كان هادئ الطباع، متواضعًا، ومنصرفًا إلى التفكير أكثر من الظهور الإعلامي.

وربما يفسر هذا سبب ارتباط اسمه في الأوساط العلمية بالإنجاز نفسه أكثر من ارتباطه بشخصيته العامة. فحين يُذكر الترانزستور أو نظرية BCS، يظهر اسم جون باردين بوصفه أحد الأعمدة التي قامت عليها هذه الإنجازات، لا بوصفه شخصية صنعت حولها هالة إعلامية.

وقد توفي في 30 يناير 1991 بمدينة بوسطن إثر نوبة قلبية، عن عمر ناهز 82 عامًا، لكنه ترك وراءه إرثًا علميًا ما زال حاضرًا في المختبرات والجامعات والصناعات التقنية حول العالم.

لماذا ما زالت سيرة جون باردين مهمة اليوم؟

قد تبدو سيرة جون باردين للوهلة الأولى قصة عالم فيزياء بارع، لكنها في الحقيقة قصة عن طبيعة التقدم العلمي نفسه. فهي تبيّن أن الاكتشافات الكبرى لا تولد من المصادفة وحدها، بل من التراكم، والتعاون، والإصرار على فهم الأسئلة التي استعصت على أجيال سابقة.

كما أن سبب فوز جون باردين بجائزة نوبل لم يكن اكتشافًا واحدًا عابرًا، بل مساهمتين غيّرتا مسارين مختلفين في الفيزياء. الأولى فتحت الباب أمام الثورة الإلكترونية، والثانية أعادت تفسير واحدة من أكثر الظواهر الفيزيائية تعقيدًا.

وعند الحديث عن أهم أعمال جون باردين، لا يمكن فصل الترانزستور عن نظرية BCS، لأن كلًا منهما يمثل نموذجًا مختلفًا للإبداع العلمي: أحدهما غيّر التكنولوجيا التي يستخدمها الناس يوميًا، والآخر غيّر الطريقة التي يفهم بها العلماء المادة.

أما إنجازات جون باردين في الفيزياء، فلم تتوقف عند حدود زمنه، بل أصبحت جزءًا من البنية التي تقوم عليها الإلكترونيات الحديثة، وفيزياء المواد، والحوسبة المتقدمة، والأبحاث المتعلقة بالتقنيات الكمية.

الإرث المفتوح… عندما يصبح الاكتشاف بداية لا نهاية

هناك علماء يخلدهم التاريخ بسبب اكتشاف واحد، وهناك من يترك مدرسة علمية كاملة تستمر بعد رحيله. وينتمي جون باردين إلى الفئة الثانية.

فالترانزستور لم يكن نهاية الطريق، بل بداية سلسلة من الابتكارات التي أدت إلى الدوائر المتكاملة، ثم المعالجات الدقيقة، ثم الثورة الرقمية التي يعيشها العالم اليوم.

وبالمثل، لم تكن نظرية BCS خاتمة دراسة الموصلية الفائقة، بل أصبحت نقطة الانطلاق التي بُنيت عليها عقود من الأبحاث والنظريات الجديدة. وحتى عندما ظهرت مواد فائقة التوصيل ذات خصائص مختلفة، ظل العلماء يقارنون نتائجهم بالنموذج الذي أسسه باردين وزميلاه، مما يؤكد أن أثر النظرية لا يزال حاضرًا في قلب البحث العلمي.

ولهذا فإن إرث جون باردين ليس مجموعة من الإنجازات المغلقة، بل خط تاريخي متصل يربط بين مختبرات القرن العشرين والتقنيات التي تُطوَّر في القرن الحادي والعشرين.

لقد أثبت أن أعظم الأفكار ليست تلك التي تحل مشكلة واحدة، بل تلك التي تفتح أبوابًا لا حصر لها أمام الأجيال التالية.