《賽先生》專(zhuān)稿：聽(tīng)從內(nèi)心的張首晟
根媒體報(bào)道，著名華人物理學(xué)家、斯坦福大學(xué)教授張首晟于美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2018年12月1日去世。
張首晟是美籍華裔物理學(xué)家，美國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)科學(xué)院外籍院士。
他在1963年2月15日出生于上海，1978年考入復(fù)旦大學(xué)。1980年赴德國(guó)柏林自由大學(xué)留學(xué)，1983年獲碩士學(xué)位。后赴美國(guó)紐約州立大學(xué)石溪分校深造，1987年獲博士學(xué)位。后在加州大學(xué)圣芭芭拉分校從事博士后研究。后前往IBM擔(dān)任高級(jí)研究人員。1993年起任教于斯坦福大學(xué)。1999年被聘為長(zhǎng)江學(xué)者講座教授，任清華大學(xué)高等研究院客座教授。2004年出任IBM－斯坦福自旋電子學(xué)研究中心主任。
早在2015年諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給研究拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)洳牧系娜辉谟?guó)出生、美國(guó)工作的科學(xué)家時(shí)，多位中國(guó)物理學(xué)家表示，張首晟在“量子自旋霍爾效應(yīng)”理論預(yù)言和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)領(lǐng)域做出了開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)，也是諾貝爾獎(jiǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。
事業(yè)的杰出
張首晟已經(jīng)任教斯坦福大學(xué)物理系二十多年，還兼電子工程系和應(yīng)用物理系教授。
2006年，他做出了他一生迄今最重要的工作。
這項(xiàng)最重要的工作并非他最初的專(zhuān)業(yè)方向，而是他交叉了兩個(gè)領(lǐng)域的結(jié)果。兼職清華大學(xué)的張首晟曾在斯坦福的北大中心介紹其研究，他與丁洪、田剛、饒毅在北京主持小型“科學(xué)與文化”論壇，聽(tīng)眾中有物理學(xué)家如丁洪、北大物理學(xué)院院長(zhǎng)謝心澄等，也有非物理的學(xué)者如清華的施一公等。
“張首晟在凝固態(tài)物理學(xué)方面的主要成就有兩個(gè)，一個(gè)是拓?fù)浣^緣體，一個(gè)是量子自旋霍爾效應(yīng)”，丁洪介紹道，“拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域的一個(gè)特點(diǎn)是理論引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。之前也有一些物理學(xué)家在做，但真正的理論引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，是張和他的團(tuán)隊(duì)是最先開(kāi)始做的，先從兩維的拓?fù)浣^緣體開(kāi)始，再到三維?！?/p>
拓?fù)浣^緣體是近年凝聚態(tài)物理學(xué)興起的熱點(diǎn)領(lǐng)域，其中涉及許多重要的物理現(xiàn)象和物理機(jī)制，同時(shí)有著廣闊的應(yīng)用前景。拓?fù)浣^緣體是一種具有奇異量子特性的新物質(zhì)狀態(tài)，它完全不同于傳統(tǒng)意義上的“金屬”和“絕緣體”，它是一種內(nèi)部絕緣、界面導(dǎo)電的材料。這一預(yù)測(cè)很快就被德國(guó)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室所證實(shí)了。
關(guān)于“量子自旋霍爾效應(yīng)”，張首晟曾介紹，“總的來(lái)講，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律。電子運(yùn)動(dòng)本來(lái)是雜亂無(wú)章的，但現(xiàn)在我們能讓電子的運(yùn)動(dòng)就像高速路上的汽車(chē)一樣，分成不同的車(chē)道，各行其道，互不干擾。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是使得電子的運(yùn)動(dòng)更有效率，而且不會(huì)消耗很多的能量”。
丁洪稱(chēng)：“拓?fù)浣^緣體和量子自旋霍爾效應(yīng)，能在短短的幾年內(nèi)產(chǎn)生，且能有社會(huì)效應(yīng)，也是比較難得。2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國(guó)曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了石墨烯材料。我個(gè)人覺(jué)得還是拓?fù)浣^緣體在理論方面的深度和廣度比石墨烯要強(qiáng)很多”。
而拓?fù)浣^緣體有可能將信息社會(huì)帶到更高層次，甚至?xí)?lái)一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命?！盎A(chǔ)物理與霍金研究的宇宙深處的奧秘一樣，跟日常生活沒(méi)有太大關(guān)系，但我們的科學(xué)靈感有可能在今后五至十年內(nèi)真正改變我們的生活。如果有一天，我們的努力從根本上改變了人類(lèi)社會(huì)，那將是對(duì)科學(xué)家最高的獎(jiǎng)勵(lì)”，張首晟曾說(shuō)。
人生的選擇
拓?fù)涫欠浅３橄蟮臄?shù)學(xué)原理，絕緣體是非?？菰锏牟牧?，它們可以合成一個(gè)詞——拓?fù)浣^緣體。對(duì)張首晟來(lái)說(shuō)，靈光一閃并不是他工作的常態(tài)，在科學(xué)研究的過(guò)程中，他時(shí)常感覺(jué)自己進(jìn)入了一個(gè)死胡同、或者工作沒(méi)有任何進(jìn)展，這對(duì)他來(lái)說(shuō)，是一種工作的常態(tài)。
曾幾何時(shí)，年輕的張首晟對(duì)自己的事業(yè)很困惑。作為公派留學(xué)生，畢業(yè)后必須回國(guó)工作。張首晟本科學(xué)的是理論物理，在國(guó)內(nèi)有所建樹(shù)的機(jī)會(huì)很少，朋友們紛紛建議他學(xué)一些有用而務(wù)實(shí)的學(xué)科，比如工程方面的，比較有用、且在國(guó)內(nèi)就業(yè)的機(jī)會(huì)也多?！耙粋€(gè)中國(guó)人在那里，什么生存之道最好，可能就變成了我自己的生存之道。”一位海歸出身的投資界大腕曾如此點(diǎn)評(píng)自己在人生關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)的選擇，他放棄了自己成為一個(gè)偉大數(shù)學(xué)家的夢(mèng)想，去了華爾街。
面對(duì)現(xiàn)實(shí)，彼時(shí)即將從德國(guó)大學(xué)畢業(yè)的張首晟曾經(jīng)動(dòng)搖從事科學(xué)的信念。
但造訪(fǎng)大學(xué)城哥根廷后，張首晟聽(tīng)到了自己內(nèi)心的呼喚，決定堅(jiān)守科學(xué)。這個(gè)小鎮(zhèn)長(zhǎng)眠了“數(shù)學(xué)王子”高斯、提出23個(gè)問(wèn)題的數(shù)學(xué)家希爾伯特、放射化學(xué)家和物理學(xué)家?jiàn)W托·哈恩……年僅18歲的張首晟看著墓碑大多上面都刻了一個(gè)簡(jiǎn)單公式，公式涵蓋了他們一生對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)和關(guān)于科學(xué)的精華思想。在萊納河西岸的城市公墓，鮮花和水池之旁，這些偉大的靈魂伴著東岸教堂的鐘聲靜靜地沉睡。格林童話(huà)記錄了“井旁的牧鵝姑娘”，海涅從這里出發(fā)，寫(xiě)出膾炙人口的《哈茨山游記》。而這個(gè)小鎮(zhèn)對(duì)張首晟也很重要，他思考他的人生?！笆裁唇腥松?，人生到底要留下來(lái)什么……除了留下我們的基因，這些人留下來(lái)都是最精華的信息，對(duì)整個(gè)人類(lèi)文明來(lái)說(shuō)都是一種驕傲，這對(duì)我非常大的一個(gè)震撼，我覺(jué)得我要devote我所有的自己的生命，為人類(lèi)的科學(xué)做出一些貢獻(xiàn)”，2012年張首晟對(duì)國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)的學(xué)生如是說(shuō)。
張首晟認(rèn)為，物理學(xué)的最高目標(biāo)是將愛(ài)因斯坦揭示的宇宙四大力統(tǒng)一起來(lái)，而楊振寧先生在這方面頗有建樹(shù)，師從楊振寧念研究生是張首晟的目標(biāo)。
畢業(yè)于柏林自由大學(xué)后，張首晟到美國(guó)紐約州立大學(xué)石溪分校，如愿成為楊振寧的弟子。但楊振寧讓張首晟大惑不解：楊不支持他從事統(tǒng)一場(chǎng)論或基本粒子物理研究，而是向他推薦了凝聚態(tài)物理，楊振寧本人的研究方向也并不在此。
多年后，張首晟才明白了楊振寧當(dāng)初的用心，一般來(lái)說(shuō)老師總是希望學(xué)生能夠發(fā)展自己的研究領(lǐng)域，楊振寧先生卻建議張首晟從事其他領(lǐng)域的研究。而今天凝聚態(tài)物理在物理學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展得最快，這讓人不得不佩服楊振寧三十年前精準(zhǔn)的眼光。張首晟曾懷著感恩之心，長(zhǎng)篇描述楊振寧對(duì)自己研究的其他幫助和教誨。
1987年，張首晟獲博士學(xué)位后到IBM研究中心工作，他在半導(dǎo)體物理領(lǐng)域頗有建樹(shù)，受到諾獎(jiǎng)得主、美國(guó)能源部長(zhǎng)朱棣文的賞識(shí)。1993年，張首晟加盟斯坦福大學(xué)物理系。1996年，年僅33歲的他成為終身教授，是斯坦福大學(xué)最年輕的正教授之一。
閣樓的起步
張首晟的3歲到13歲，是中國(guó)的文革十年。張首晟的父親是學(xué)工程的，伯父學(xué)人文。積著厚厚灰塵的閣樓成為他的藏寶閣。年幼的張首晟是個(gè)內(nèi)向的小孩，白天在教室里被迫學(xué)習(xí)各類(lèi)印著領(lǐng)袖語(yǔ)錄和最高指示的課本，回到家里，則一頭扎在閣樓上，看各種各樣的“怪書(shū)”，《西方哲學(xué)史》、《西方藝術(shù)概論》……
對(duì)張首晟來(lái)說(shuō)，他的啟蒙不是科學(xué)，而是藝術(shù)和哲學(xué)。在那個(gè)讀書(shū)無(wú)用論、是非顛倒、黑白不分的年代，喜歡讀書(shū)的孩子反而會(huì)被輕視，而張首晟對(duì)讀書(shū)的渴求完全來(lái)自于內(nèi)心的驅(qū)動(dòng)?！艾F(xiàn)在回顧我的一生，我覺(jué)得當(dāng)時(shí)這個(gè)時(shí)代其實(shí)對(duì)我起了非常重大的作用，我有著極強(qiáng)的自學(xué)能力，我的一些研究之所以能夠成功，是在不同的學(xué)科在交叉里面能夠很快的運(yùn)作”。
1976年，父親給張首晟買(mǎi)了一套自學(xué)叢書(shū)，其中包括數(shù)學(xué)、物理等科目。第二年，高考正式恢復(fù)。對(duì)當(dāng)時(shí)初三在讀的張首晟而言，恢復(fù)高考本應(yīng)關(guān)系不大。但是，那年上海允許初中畢業(yè)生直接參加高考，每個(gè)區(qū)僅限10個(gè)名額，參加高考的初中畢業(yè)生需要參加預(yù)賽，通過(guò)后方能獲得高考資格。
不過(guò)，一旦落榜，張首晟就會(huì)失去升高中的資格。這一次冒險(xiǎn)也完全改變了他的命運(yùn)：“我的初中學(xué)校很差，如果按部就班再讀普通高中，也許結(jié)果就和今天不一樣了，人生的成就總是跟你一些十字路口上的選擇有關(guān)?！彼袊@。
1978年9月，復(fù)旦大學(xué)物理系迎來(lái)了一位少年大學(xué)生。“初中時(shí)，在很封閉的情況下，我們都知道楊振寧、李政道獲諾貝爾獎(jiǎng)。大學(xué)時(shí)選擇理論物理專(zhuān)業(yè)，就是沖著他們榜樣的力量”。走進(jìn)物理系，距離偶像又近了一步，不過(guò)當(dāng)年的他不可能想到，與楊振寧的緣分遠(yuǎn)不止如此。
大一第二學(xué)期的一天，張首晟正在宿舍里，班主任突然上門(mén)，告知他將被選派前往德國(guó)柏林大學(xué)繼續(xù)本科學(xué)業(yè)。張首晟對(duì)德國(guó)最初的印象來(lái)自閣樓的書(shū)籍，知道它是康德、黑格爾的祖國(guó)。學(xué)了物理以后，發(fā)現(xiàn)教科書(shū)上重要的物理公式很多都是德國(guó)物理學(xué)家的貢獻(xiàn)，去德國(guó)留學(xué)對(duì)他來(lái)說(shuō)像做夢(mèng)一樣。
柏林大學(xué)的學(xué)制為五年，有些人甚至要七年才能畢業(yè)。但憑借自學(xué)能力和超人的勤奮，年輕的張首晟花了三年時(shí)間就完成了學(xué)業(yè)。學(xué)習(xí)之余，他還涉獵德國(guó)和歐洲的人文歷史。
家庭的美滿(mǎn)
張首晟的妻子余曉帆，是他父親朋友的女兒。
他們正是青梅竹馬。
張首晟近年為妻子過(guò)生日舉行宴會(huì)，對(duì)美麗的妻子贊不絕口，并拿出她年輕時(shí)的照片和他年輕時(shí)給她寫(xiě)的詩(shī)：遠(yuǎn)赴德國(guó)留學(xué)的張首晟，不僅情書(shū)連連，而且詩(shī)情迸發(fā)。
余曉帆到美國(guó)后在石溪紐約州立大學(xué)念研究生，曾在IBM工作，后教數(shù)學(xué)。
張首晟在“尤里基礎(chǔ)物理學(xué)前沿獎(jiǎng)”領(lǐng)獎(jiǎng)時(shí)表示，他于2012年12月5日接到獲獎(jiǎng)通知，正好是他和夫人結(jié)婚25周年的紀(jì)念日，“這是我們銀婚紀(jì)念的最好禮物”。
張首晟的科學(xué)突破是在為家人服務(wù)時(shí)發(fā)生的：2006年的一天，余曉帆去探望生病的朋友，張首晟難得為子女在自家后院燒烤，同時(shí)思考自己的研究，迸發(fā)出靈感。
他們的子女也很優(yōu)秀，兒子在哈佛念物理，女兒剛上斯坦福的一年級(jí)。兒子在數(shù)學(xué)方面已顯示過(guò)人的稟賦，還參加過(guò)國(guó)際物理奧林匹克競(jìng)賽。
可見(jiàn)，張首晟常對(duì)學(xué)生談“物理那么有趣、那么引人入勝”，首先激發(fā)了自己的孩子對(duì)自然、對(duì)科學(xué)的愛(ài)好。
2015年，張首晟曾收到一份特殊的圣誕禮物——1729年出版的英文首版Principia。這是迄今在古藏書(shū)市面上唯見(jiàn)的一本，收藏在英國(guó)倫敦的著名古藏書(shū)店P(guān)eter Harrington。彼時(shí)的他這樣寫(xiě)道：
今夜親手翻開(kāi)牛頓首版Principia的千年偉著，深感斯人已去，英魂長(zhǎng)存，每句每辭，都在喚醒我少年時(shí)代的夢(mèng)想。今夜手按Principia莊嚴(yán)而立志，為追求大統(tǒng)一的萬(wàn)物理論而貢獻(xiàn)。填補(bǔ)先賢們留下的空白，是我們這輩學(xué)子們的最神圣使命，也是全人類(lèi)最崇高的夢(mèng)想。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)美麗的夢(mèng)想，我們必須穿越時(shí)空，量子糾纏，潛入普朗克長(zhǎng)度的萬(wàn)丈深淵，高攀普朗克能量的奇險(xiǎn)頂峰。路漫漫其求修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索！
夜半鐘聲，皓月當(dāng)空。百年孤獨(dú)的求知旅程，今有千年P(guān)rincipia的步步相伴。黎明既啟，征途既始，此時(shí)此刻，按書(shū)立志，賦詩(shī)為證：
既然無(wú)法抵擋她萬(wàn)有的吸引，
為何不遨游星際而時(shí)時(shí)相伴？
既然為量子因果而糾纏綿綿，
為何不心心相印寄在水一方？
既然追不上她永恒不變的步伐，
為何不對(duì)鏡賞花以光傳因緣？
既今見(jiàn)英魂長(zhǎng)存于行行字跡，
又何懼漫漫征途中淵深峰險(xiǎn)？
R.I.P
