《賽先生》專稿：聽從內(nèi)心的張首晟
根媒體報道，著名華人物理學(xué)家、斯坦福大學(xué)教授張首晟于美國當(dāng)?shù)貢r間2018年12月1日去世。
張首晟是美籍華裔物理學(xué)家，美國科學(xué)院院士，中國科學(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年赴德國柏林自由大學(xué)留學(xué)，1983年獲碩士學(xué)位。后赴美國紐約州立大學(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)任高級研究人員。1993年起任教于斯坦福大學(xué)。1999年被聘為長江學(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年諾貝爾獎頒發(fā)給研究拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)洳牧系娜辉谟錾⒚绹ぷ鞯目茖W(xué)家時，多位中國物理學(xué)家表示，張首晟在“量子自旋霍爾效應(yīng)”理論預(yù)言和實驗觀測領(lǐng)域做出了開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，也是諾貝爾獎的有力競爭者。
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。
這項最重要的工作并非他最初的專業(yè)方向，而是他交叉了兩個領(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，聽眾中有物理學(xué)家如丁洪、北大物理學(xué)院院長謝心澄等，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，一個是拓?fù)浣^緣體，一個是量子自旋霍爾效應(yīng)”，丁洪介紹道，“拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域的一個特點是理論引導(dǎo)實驗。之前也有一些物理學(xué)家在做，但真正的理論引導(dǎo)實驗，是張和他的團(tuán)隊是最先開始做的，先從兩維的拓?fù)浣^緣體開始，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)測很快就被德國的一個實驗室所證實了。
關(guān)于“量子自旋霍爾效應(yīng)”，張首晟曾介紹，“總的來講，我們發(fā)現(xiàn)了一個新的電子運動規(guī)律。電子運動本來是雜亂無章的，但現(xiàn)在我們能讓電子的運動就像高速路上的汽車一樣，分成不同的車道，各行其道，互不干擾。簡單的說，就是使得電子的運動更有效率，而且不會消耗很多的能量”。
丁洪稱：“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，且能有社會效應(yīng)，也是比較難得。2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，因為他們發(fā)現(xiàn)了石墨烯材料。我個人覺得還是拓?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帶到更高層次，甚至?xí)硪粓霎a(chǎn)業(yè)革命。“基礎(chǔ)物理與霍金研究的宇宙深處的奧秘一樣，跟日常生活沒有太大關(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社會，那將是對科學(xué)家最高的獎勵”，張首晟曾說。
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?，它們可以合成一個詞——拓?fù)浣^緣體。對張首晟來說，靈光一閃并不是他工作的常態(tài)，在科學(xué)研究的過程中，他時常感覺自己進(jìn)入了一個死胡同、或者工作沒有任何進(jìn)展，這對他來說，是一種工作的常態(tài)。
曾幾何時，年輕的張首晟對自己的事業(yè)很困惑。作為公派留學(xué)生，畢業(yè)后必須回國工作。張首晟本科學(xué)的是理論物理，在國內(nèi)有所建樹的機(jī)會很少，朋友們紛紛建議他學(xué)一些有用而務(wù)實的學(xué)科，比如工程方面的，比較有用、且在國內(nèi)就業(yè)的機(jī)會也多?！耙粋€中國人在那里，什么生存之道最好，可能就變成了我自己的生存之道?！币晃缓w出身的投資界大腕曾如此點評自己在人生關(guān)鍵的節(jié)點的選擇，他放棄了自己成為一個偉大數(shù)學(xué)家的夢想，去了華爾街。
面對現(xiàn)實，彼時即將從德國大學(xué)畢業(yè)的張首晟曾經(jīng)動搖從事科學(xué)的信念。
但造訪大學(xué)城哥根廷后，張首晟聽到了自己內(nèi)心的呼喚，決定堅守科學(xué)。這個小鎮(zhèn)長眠了“數(shù)學(xué)王子”高斯、提出23個問題的數(shù)學(xué)家希爾伯特、放射化學(xué)家和物理學(xué)家奧托·哈恩……年僅18歲的張首晟看著墓碑大多上面都刻了一個簡單公式，公式涵蓋了他們一生對科學(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。格林童話記錄了“井旁的牧鵝姑娘”，海涅從這里出發(fā)，寫出膾炙人口的《哈茨山游記》。而這個小鎮(zhèn)對張首晟也很重要，他思考他的人生?！笆裁唇腥松松降滓粝聛硎裁础肆粝挛覀兊幕?，這些人留下來都是最精華的信息，對整個人類文明來說都是一種驕傲，這對我非常大的一個震撼，我覺得我要devote我所有的自己的生命，為人類的科學(xué)做出一些貢獻(xiàn)”，2012年張首晟對國立臺灣大學(xué)的學(xué)生如是說。
張首晟認(rèn)為，物理學(xué)的最高目標(biāo)是將愛因斯坦揭示的宇宙四大力統(tǒng)一起來，而楊振寧先生在這方面頗有建樹，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，一般來說老師總是希望學(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，長篇描述楊振寧對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，受到諾獎得主、美國能源部長朱棣文的賞識。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。年幼的張首晟是個內(nèi)向的小孩，白天在教室里被迫學(xué)習(xí)各類印著領(lǐng)袖語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”，《西方哲學(xué)史》、《西方藝術(shù)概論》……
對張首晟來說，他的啟蒙不是科學(xué)，而是藝術(shù)和哲學(xué)。在那個讀書無用論、是非顛倒、黑白不分的年代，喜歡讀書的孩子反而會被輕視，而張首晟對讀書的渴求完全來自于內(nèi)心的驅(qū)動。“現(xiàn)在回顧我的一生，我覺得當(dāng)時這個時代其實對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作”。
1976年，父親給張首晟買了一套自學(xué)叢書，其中包括數(shù)學(xué)、物理等科目。第二年，高考正式恢復(fù)。對當(dāng)時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，每個區(qū)僅限10個名額，參加高考的初中畢業(yè)生需要參加預(yù)賽，通過后方能獲得高考資格。
不過，一旦落榜，張首晟就會失去升高中的資格。這一次冒險也完全改變了他的命運：“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)。”他曾感嘆。
1978年9月，復(fù)旦大學(xué)物理系迎來了一位少年大學(xué)生?！俺踔袝r，在很封閉的情況下，我們都知道楊振寧、李政道獲諾貝爾獎。大學(xué)時選擇理論物理專業(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，告知他將被選派前往德國柏林大學(xué)繼續(xù)本科學(xué)業(yè)。張首晟對德國最初的印象來自閣樓的書籍，知道它是康德、黑格爾的祖國。學(xué)了物理以后，發(fā)現(xiàn)教科書上重要的物理公式很多都是德國物理學(xué)家的貢獻(xiàn)，去德國留學(xué)對他來說像做夢一樣。
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間就完成了學(xué)業(yè)。學(xué)習(xí)之余，他還涉獵德國和歐洲的人文歷史。
家庭的美滿
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生日舉行宴會，對美麗的妻子贊不絕口，并拿出她年輕時的照片和他年輕時給她寫的詩：遠(yuǎn)赴德國留學(xué)的張首晟，不僅情書連連，而且詩情迸發(fā)。
余曉帆到美國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”領(lǐng)獎時表示，他于2012年12月5日接到獲獎通知，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。兒子在數(shù)學(xué)方面已顯示過人的稟賦，還參加過國際物理奧林匹克競賽。
可見，張首晟常對學(xué)生談“物理那么有趣、那么引人入勝”，首先激發(fā)了自己的孩子對自然、對科學(xué)的愛好。
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。這是迄今在古藏書市面上唯見的一本，收藏在英國倫敦的著名古藏書店P(guān)eter Harrington。彼時的他這樣寫道：
今夜親手翻開牛頓首版Principia的千年偉著，深感斯人已去，英魂長存，每句每辭，都在喚醒我少年時代的夢想。今夜手按Principia莊嚴(yán)而立志，為追求大統(tǒng)一的萬物理論而貢獻(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，也是全人類最崇高的夢想。為實現(xiàn)這個美麗的夢想，我們必須穿越時空，量子糾纏，潛入普朗克長度的萬丈深淵，高攀普朗克能量的奇險頂峰。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，此時此刻，按書立志，賦詩為證：
既然無法抵擋她萬有的吸引，
為何不遨游星際而時時相伴？
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，
為何不對鏡賞花以光傳因緣？
既今見英魂長存于行行字跡，
又何懼漫漫征途中淵深峰險？
R.I.P
