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张首晟:时刻保持对世界极大的好奇心

2018-12-14 15:42:52 华尔街之狼

原标题:张首晟:时刻保持对世界极大的好奇心

张首晟突然的离去震惊了整个物理学界乃至全社会。人们难以想象,这样一个追寻完美的人,会以这样一种意外而决绝的方式提前将生命画了句点。

 

完美之外

张首晟的朋友里,没有人想到他会决绝地提前将生命结束。在他们的眼里,张首晟是那样一个完美的人:年少成名、聪明睿智、儒雅得体,似乎总是活跃、精力充沛和富有远见,仿佛不知疲惫。他还拥有令人羡慕的幸福家庭,与妻子青梅竹马,一对儿女一个哈佛大学毕业,一个还在斯坦福大学读书。

物理学家张首晟

斯坦福大学生物系教授、美国科学院院士骆利群与张首晟已经相识了二十多年,他还记得曾读到张首晟写给妻子余晓帆的两首中文诗,讲述他们的爱情故事,其中一首写于 2017 年情人节:青梅竹马细语长,两小无猜雀羽赏;网场健步容姿洒,云游丽畦镜花双……「他写得如此优雅,表达起来像艺术家一样。」骆利群告诉本刊记者。

学生则亲切地称呼他为「首晟」,在他们眼里,这个与他们交谈起来总是平心静气、不紧不慢,笑起来眼角会牵扯出皱纹的老师,更像是一个年长他们一些的朋友,在他们需要的时候进行高屋建瓴的指导。他的学生、斯坦福物理系副教授祁晓亮甚至憧憬过在自己的退休聚会上,能够邀请张首晟到现场,然后一起喝一杯。祁晓亮与张首晟相识于 2002 年,2004 年开始跟着张首晟做研究。他告诉本刊记者:「首晟经常在和年轻人吃饭的时候问大家有什么新的 idea,他说你们年轻人应该有 crazy idea。他用他的热情不断地鼓励年轻人去创新,敢想敢干。他对学生的指导和支持是全方位、毫无保留的。」

「太突然了!」张首晟离世的消息传出来后,华中科技大学物理学院的教授徐刚正在高铁上。2012 年至 2016 年期间,徐刚在斯坦福大学物理系做访问学者,合作导师就是张首晟。徐刚第一反应是「不可能」,接下来则是找曾一起在张首晟组里工作的同事核实。在确定信息后,徐刚「整个人都懵掉了」。

徐刚和师兄弟们一起将与导师相关的点点滴滴抽丝剥茧般地一遍遍回忆,以追寻哪怕是一丁点异常。答案却是没有,「他哪里像是有抑郁症的人呢!」即使是张首晟亲密的家人,也在 12 月 6 日通过他们的家庭发言人 Sean McCormack 告知外界,不曾知道张首晟被诊断为抑郁症,但他们仔细回想了之后,开始相信他有抑郁的症状。

徐刚告诉本刊记者,原本,上个月 20 号左右,张首晟和他还要一起出席一个关于量子信息的会议。但临近会议时,张首晟发邮件告诉徐刚,因为得了严重的流感,医生建议他不要去参会。没想到,后会无期。「他是一个天才型的物理学家,我想不出他有什么困惑的地方。」徐刚说。

2014 年,张首晟就曾是呼声最高的诺奖候选人之一。在此之前,他已经凭借在量子自旋霍尔效应和拓扑绝缘体的开创性研究,拿了美国物理学会 Oliver Buckley 奖、联合国教科文组织下属的国际理论物理学中心狄拉克奖(Dirac Medaland Prize);囊获了 2013 年的物理前沿奖(Physics Frontier Prize),以及 2014 年的富兰克林奖(Benjamin Franklin Medal)。在国内外科学家看来,在科学领域,他只差一个诺贝尔物理学奖奖杯。连他的导师杨振宁都称:「对他来说,获得诺贝尔奖只是时间问题。」

张首晟本人并未对没有获奖表现出失落,他在接受采访时曾说:「诺贝尔奖是可遇而不可求的。对于一名科学家来说,新发现降临的那一刻才是最大的奖励。」他更愿意展现人生给他带来的满足感。「在教育方面,可谓是‘桃李满天下’,美国所有名牌大学都有我的学生。在家庭方面,我的两个孩子也非常优秀。不论是在科学研究的探险道路上的冒险,还是在做企业、做投资上的经验,我都希望可以分享给大家。」他说,「我非常享受当下的生活,甚至简直不可思议,为什么人生可以有那么美满?」

 

简洁与自由

这几天,徐刚总会想起在斯坦福的日子。在物理系的楼里,张首晟的办公室在 303,位于 McCullough 楼的顶头,徐刚工作的地方距离他只有五六米的距离。每周,张首晟会有一到两天在办公室里,这期间,他会找学生讨论他们的想法和进展。办公室里有一块白板。旁边放着红色和蓝色的笔。「他不喜欢用 PPT,喜欢用板书来推演公式。」

这一点,在徐刚去斯坦福做访问学者前就知道的。去之前,他要通过张首晟的一个面试,原本他精心准备了一个 PPT。开讲前,张首晟告诉他,用笔写。张首晟的白板前常年放着红色和蓝色的两种书写笔,蓝色的用来做常规内容的书写,遇到关键的部分则用红笔标记。有时候,实验室的师兄弟在讲述时拿错了笔,张首晟会在旁边提醒,「用蓝笔」。这一点,被实验室的师兄弟当作一个梗,经常在开玩笑的时候被提起。

张首晟总是在追寻一种简单干净的处理方式。祁晓亮告诉本刊记者,张首晟跟学生讨论问题时要求学生讲述一定要特别清晰明了,否则他一定要追问到底。「他经常告诉我们,「如果你没有能够用一个非常简单清晰的例子来讲清楚你要说的东西,就说明你还没有真的懂」。」张首晟崇拜的对象是爱因斯坦,他曾多次在演讲中提到爱因斯坦质能方程 E=mc2,他说这个公式体现的意义就是「大道至简」,小到微观粒子、大到宏观宇宙都适用这个公式。所以当张首晟进入斯坦福时,他也试图去寻找一个简单的模型来解决困扰凝聚态物理领域已久的问题。

物理学家张首晟

凝聚态物理研究的对象是物质的各种性质:铜为什么能导电,而橡皮就不能?为什么水会结冰,又会变成蒸汽?这个领域的发展与应用,与世界经济发展,与人类的日常生活都有密切关系,是物理学中特别重要的领域。而 1980 年被德国科学家发现的量子霍尔效应,则是整个凝聚态物理领域中最重要、最基本的量子效应之一。它被视为可能解决信息技术发展瓶颈的一种手段,或将信息社会带到更高层次,甚至会带来一场产业革命。

一个可见的例子是,我们在使用电脑的时候,会遇见电脑发热、能量损耗、速度变慢的问题,这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、会相互碰撞从而发生能量损耗,也就是我们所知的摩尔定律。而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,让它们在各自的跑道上「一往无前」。

但常规的量子霍尔效应的实现,需要非常强的磁场和极低温的条件,价格昂贵,不适合个人电脑和便携式计算机。张首晟一直在试图寻找一种简单可见的理论来突破这个限制,即能否在正常条件下,让电子从杂乱无章到井然有序。他研究发现,电子如同地球自转一样,有一种叫「自旋」的基本特性,这种自旋也会产生量子霍尔效应,而在拓扑绝缘体中,电子不仅没有能量损耗,并且不需要强磁场,也可在室温环境下实现。

著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主杨振宁在悼念文章中提到,2006 年张首晟就曾告诉他,他们发表了一篇文章,预言一种特别的汞-碲-镉(Hg-Te-Cd)半导体量子井会有表面导电及其他重要现象,可以实现量子自旋霍尔效应。半导体有许多种,量子井的结构有许多可能,他们如何选定了 Hg-Te-Cd 量子井?杨振宁认为这源于「他们有深入的物理直觉」。2007 年,德国维尔茨堡大学和张首晟实验成功。「量子自旋霍尔效应是一个非常简单的模型,但却能够描述我们日后找到的所有自旋霍尔效应的体系。」徐刚告诉本刊记者。

徐刚的一部分工作就是根据量子自旋霍尔效应去寻找实际中的应用材料。「我们找材料时,有时候会找到一些不是那么好的材料,但也能写文章进行发表,但张老师是不允许我们这样的,他会直接否决,会要求材料绝对的干净。从张老师组里出来的人,基本上保持了一个习惯,就是要把东西尽量做到简洁干净优美。」

 

好奇与雄心

张首晟强大的学习能力和过人的天赋使得他不满足于仅做一个物理学领域的科学家,他将灵敏的触角伸到了各个领域。「首晟对于这个世界上的很多事情都保持着极大的好奇,同时会针对一些关键论点提出深刻的问题,并且可以在很短的时间内抓住问题的本质。」骆利群告诉本刊记者。

徐刚提到一个例子,之前数学上出现了一种新的反演算法,张首晟花了一到两周的时间,就基本上掌握了这种算法,认为这一新的数学工具可以帮助解决某些物理计算问题,还指导自己的博士用它做一些开创性的工作。徐刚说,组里的学生经常会收到张首晟各种各样的邮件,大多是他看到的有意思的知识。「他会说你来搞明白。我们看完了会跟他讨论,很多时候你会发现,尽管他没有认真去了解这个事情,但在交流的过程中,他总能随时地产生一些新的想法,甚至变成一个真正的课题。」

更让徐刚觉得吃惊的是——一个人可以这么聪明,又这么努力。张首晟对自己有非常高的要求。他每次长途飞行前,都会下载一门全新领域的知识,等 12 个小时的飞行结束,他就已经对新的学科有了基本的了解。香港科技大学的教授戴希还记得,2012 年冬天,他跟张首晟在三亚开会,在饭桌上,张首晟用几张餐巾给他讲比特币背后的数学原理和区块链技术,一直讲到半夜。「我后来看过好几本介绍区块链的书,但再没一个人能用如此简洁的语言,把其背后的数学原理讲得那么透彻。」戴希说,张首晟告诉他,自己用了整个圣诞假期的时间来研究这方面的内容。

物理学家张首晟

张首晟的这些认真,起初都是基于爱好和好奇心的学习。但到后面,他慢慢显示出了更大的雄心,即希望尝试用科技推动人类社会的变革。2013 年,他和学生联手创立丹华资本,希望以斯坦福大学为核心,专注于投资美国最具颠覆性的创新科技及商业模式。

2016 年,在接受《华盛顿邮报》采访时,张首晟说,他原本对投资并不感兴趣,直到他看到大量的中国人抱着「热切学习」的想法来到硅谷,他说他被鼓舞了,有了将科学原理应用于商业的想法。

「中国现在是一个非常激动人心的时代,我们已经走出了从生产为主,现在进入创新为主,国家政府也提出双创的概念,但是在这个核心中最主要的是看准一个方面,到底从哪个方向走,在这个双创的时代,我用我的经验、用科学的精神来做投资也会给科学带来荣耀。」

也就是从这个时候开始,张首晟开始热情洋溢地布道新技术带来的可能性。他说:「等我们的科技实现之后,你的手机一个星期或一个月才需要充一次电。」他还提到,区块链行业发展体量,将是互联网的至少 10 倍。他曾多次提到富兰克林,这是他心中另一个偶像。「他是一位非常伟大的科学家、发明家、商人、慈善家和政治家,也是美国的开国元勋之一。我渴望以他为榜样,除了科学本身以外,还能够更多为社会做出贡献。」

香港科技大学教授戴希依然记得几年前的一件事情,那次张首晟带着他去 IBM 实验室开会,路过可以俯瞰整个硅谷的山顶,张首晟停下了车,望着山下正野蛮生长的硅谷对戴希和另外一个朋友说,「人生要做一点大事,要追求从根本上解决问题的理论和彻底颠覆游戏规则的技术,而不是在旧框架里修修补补。」

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