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張首晟離世:學問與人生

時間:2019-01-13 分類:三聯生活周刊

王珊

物理學家張首晟

完美之外

張首晟的朋友裡,沒有人想到他會決絕地提前将生命結束。在他們的眼裡,張首晟是那樣一個完美的人:年少成名、聰明睿智、儒雅得體,似乎總是活躍、精力充沛和富有遠見,仿佛不知疲憊。他還擁有令人羨慕的幸福家庭,與妻子青梅竹馬,一對兒女一個哈佛大學畢業,一個還在斯坦福大學讀書。

斯坦福大學生物系教授、美國科學院院士駱利群與張首晟已經相識了二十多年,他還記得曾讀到張首晟寫給妻子餘曉帆的兩首中文詩,講述他們的愛情故事,其中一首寫于2017年情人節:青梅竹馬細語長,兩小無猜雀羽賞;網場健步容姿灑,雲遊麗畦鏡花雙……“他寫得如此優雅,表達起來像藝術家一樣。”駱利群告訴本刊記者。

學生則親切地稱呼他為“首晟”,在他們眼裡,這個與他們交談起來總是平心靜氣、不緊不慢,笑起來眼角會牽扯出皺紋的老師,更像是一個年長他們一些的朋友,在他們需要的時候進行高屋建瓴的指導。他的學生、斯坦福物理系副教授祁曉亮甚至憧憬過在自己的退休聚會上,能夠邀請張首晟到現場,然後一起喝一杯。祁曉亮與張首晟相識于2002年,2004年開始跟着張首晟做研究。他告訴本刊記者:“首晟經常在和年輕人吃飯的時候問大家有什麼新的idea,他說你們年輕人應該有crazy idea。他用他的熱情不斷地鼓勵年輕人去創新,敢想敢幹。他對學生的指導和支持是全方位、毫無保留的。”

“太突然了!”張首晟離世的消息傳出來後,華中科技大學物理學院的教授徐剛正在高鐵上。2012年至2016年期間,徐剛在斯坦福大學物理系做訪問學者,合作導師就是張首晟。徐剛第一反應是“不可能”,接下來則是找曾一起在張首晟組裡工作的同事核實。在确定信息後,徐剛“整個人都懵掉了”。

徐剛和師兄弟們一起将與導師相關的點點滴滴抽絲剝繭般地一遍遍回憶,以追尋哪怕是一丁點異常。答案卻是沒有,“他哪裡像是有抑郁症的人呢!”即使是張首晟親密的家人,也在12月6日通過他們的家庭發言人Sean McCormack告知外界,不曾知道張首晟被診斷為抑郁症,但他們仔細回想了之後,開始相信他有抑郁的症狀。徐剛告訴本刊記者,原本,上個月20号左右,張首晟和他還要一起出席一個關于量子信息的會議。但臨近會議時,張首晟發郵件告訴徐剛,因為得了嚴重的流感,醫生建議他不要去參會。沒想到,後會無期。“他是一個天才型的物理學家,我想不出他有什麼困惑的地方。”徐剛說。

2014年,張首晟就曾是呼聲最高的諾獎候選人之一。在此之前,他已經憑借在量子自旋霍爾效應和拓撲絕緣體的開創性研究,拿了美國物理學會Oliver Buckley獎、聯合國教科文組織下屬的國際理論物理學中心狄拉克獎(Dirac Medaland Prize);囊獲了2013年的物理前沿獎(Physics Frontier Prize),以及2014年的富蘭克林獎(Benjamin Franklin Medal)。在國内外科學家看來,在科學領域,他隻差一個諾貝爾物理學獎獎杯。連他的導師楊振甯都稱:“對他來說,獲得諾貝爾獎隻是時間問題。”

張首晟本人并未對沒有獲獎表現出失落,他在接受采訪時曾說:“諾貝爾獎是可遇而不可求的。對于一名科學家來說,新發現降臨的那一刻才是最大的獎勵。”他更願意展現人生給他帶來的滿足感。“在教育方面,可謂是‘桃李滿天下,美國所有名牌大學都有我的學生。在家庭方面,我的兩個孩子也非常優秀。不論是在科學研究的探險道路上的冒險,還是在做企業、做投資上的經驗,我都希望可以分享給大家。”他說,“我非常享受當下的生活,甚至簡直不可思議,為什麼人生可以有那麼美滿?”

簡潔與自由

這幾天,徐剛總會想起在斯坦福的日子。在物理系的樓裡,張首晟的辦公室在303,位于McCullough樓的頂頭,徐剛工作的地方距離他隻有五六米的距離。每周,張首晟會有一到兩天在辦公室裡,這期間,他會找學生讨論他們的想法和進展。辦公室裡有一塊白闆。旁邊放着紅色和藍色的筆。“他不喜歡用PPT,喜歡用闆書來推演公式。”

這一點,在徐剛去斯坦福做訪問學者前就知道的。去之前,他要通過張首晟的一個面試,原本他精心準備了一個PPT。開講前,張首晟告訴他,用筆寫。張首晟的白闆前常年放着紅色和藍色的兩種書寫筆,藍色的用來做常規内容的書寫,遇到關鍵的部分則用紅筆标記。有時候,實驗室的師兄弟在講述時拿錯了筆,張首晟會在旁邊提醒,“用藍筆”。這一點,被實驗室的師兄弟當作一個梗,經常在開玩笑的時候被提起。

張首晟總是在追尋一種簡單幹淨的處理方式。祁曉亮告訴本刊記者,張首晟跟學生讨論問題時要求學生講述一定要特别清晰明了,否則他一定要追問到底。“他經常告訴我們,‘如果你沒有能夠用一個非常簡單清晰的例子來講清楚你要說的東西,就說明你還沒有真的懂。”張首晟崇拜的對象是愛因斯坦,他曾多次在演講中提到愛因斯坦質能方程E=mc2,他說這個公式體現的意義就是“大道至簡”,小到微觀粒子、大到宏觀宇宙都适用這個公式。所以當張首晟進入斯坦福時,他也試圖去尋找一個簡單的模型來解決困擾凝聚态物理領域已久的問題。

凝聚态物理研究的對象是物質的各種性質:銅為什麼能導電,而橡皮就不能?為什麼水會結冰,又會變成蒸汽?這個領域的發展與應用,與世界經濟發展,與人類的日常生活都有密切關系,是物理學中特别重要的領域。而1980年被德國科學家發現的量子霍爾效應,則是整個凝聚态物理領域中最重要、最基本的量子效應之一。它被視為可能解決信息技術發展瓶頸的一種手段,或将信息社會帶到更高層次,甚至會帶來一場産業革命。

一個可見的例子是,我們在使用電腦的時候,會遇見電腦發熱、能量損耗、速度變慢的問題,這是因為常态下芯片中的電子運動沒有特定的軌道、會相互碰撞從而發生能量損耗,也就是我們所知的摩爾定律。而量子霍爾效應則可以對電子的運動制定一個規則,讓它們在各自的跑道上“一往無前”。

但常規的量子霍爾效應的實現,需要非常強的磁場和極低溫的條件,價格昂貴,不适合個人電腦和便攜式計算機。張首晟一直在試圖尋找一種簡單可見的理論來突破這個限制,即能否在正常條件下,讓電子從雜亂無章到井然有序。他研究發現,電子如同地球自轉一樣,有一種叫“自旋”的基本特性,這種自旋也會産生量子霍爾效應,而在拓撲絕緣體中,電子不僅沒有能量損耗,并且不需要強磁場,也可在室溫環境下實現。

著名物理學家、諾貝爾物理學獎得主楊振甯在悼念文章中提到,2006年張首晟就曾告訴他,他們發表了一篇文章,預言一種特别的汞-碲-镉(Hg-Te-Cd)半導體量子井會有表面導電及其他重要現象,可以實現量子自旋霍爾效應。半導體有許多種,量子井的結構有許多可能,他們如何選定了Hg-Te-Cd量子井?楊振甯認為這源于“他們有深入的物理直覺”。2007年,德國維爾茨堡大學和張首晟實驗成功。“量子自旋霍爾效應是一個非常簡單的模型,但卻能夠描述我們日後找到的所有自旋霍爾效應的體系。”徐剛告訴本刊記者。

徐剛的一部分工作就是根據量子自旋霍爾效應去尋找實際中的應用材料。“我們找材料時,有時候會找到一些不是那麼好的材料,但也能寫文章進行發表,但張老師是不允許我們這樣的,他會直接否決,會要求材料絕對的幹淨。從張老師組裡出來的人,基本上保持了一個習慣,就是要把東西盡量做到簡潔幹淨優美。”

好奇與雄心

張首晟強大的學習能力和過人的天賦使得他不滿足于僅做一個物理學領域的科學家,他将靈敏的觸角伸到了各個領域。“首晟對于這個世界上的很多事情都保持着極大的好奇,同時會針對一些關鍵論點提出深刻的問題,并且可以在很短的時間内抓住問題的本質。”駱利群告訴本刊記者。

徐剛提到一個例子,之前數學上出現了一種新的反演算法,張首晟花了一到兩周的時間,就基本上掌握了這種算法,認為這一新的數學工具可以幫助解決某些物理計算問題,還指導自己的博士用它做一些開創性的工作。徐剛說,組裡的學生經常會收到張首晟各種各樣的郵件,大多是他看到的有意思的知識。“他會說你來搞明白。我們看完了會跟他讨論,很多時候你會發現,盡管他沒有認真去了解這個事情,但在交流的過程中,他總能随時地産生一些新的想法,甚至變成一個真正的課題。”

更讓徐剛覺得吃驚的是——一個人可以這麼聰明,又這麼努力。張首晟對自己有非常高的要求。他每次長途飛行前,都會下載一門全新領域的知識,等12個小時的飛行結束,他就已經對新的學科有了基本的了解。香港科技大學的教授戴希還記得,2012年冬天,他跟張首晟在三亞開會,在飯桌上,張首晟用幾張餐巾給他講比特币背後的數學原理和區塊鍊技術,一直講到半夜。“我後來看過好幾本介紹區塊鍊的書,但再沒一個人能用如此簡潔的語言,把其背後的數學原理講得那麼透徹。”戴希說,張首晟告訴他,自己用了整個聖誕假期的時間來研究這方面的内容。

張首晟的這些認真,起初都是基于愛好和好奇心的學習。但到後面,他慢慢顯示出了更大的雄心,即希望嘗試用科技推動人類社會的變革。2013年,他和學生聯手創立丹華資本,希望以斯坦福大學為核心,專注于投資美國最具颠覆性的創新科技及商業模式。2016年,在接受《華盛頓郵報》采訪時,張首晟說,他原本對投資并不感興趣,直到他看到大量的中國人抱着“熱切學習”的想法來到矽谷,他說他被鼓舞了,有了将科學原理應用于商業的想法。“中國現在是一個非常激動人心的時代,我們已經走出了從生産為主,現在進入創新為主,國家政府也提出雙創的概念,但是在這個核心中最主要的是看準一個方面,到底從哪個方向走,在這個雙創的時代,我用我的經驗、用科學的精神來做投資也會給科學帶來榮耀。”

也就是從這個時候開始,張首晟開始熱情洋溢地布道新技術帶來的可能性。他說:“等我們的科技實現之後,你的手機一個星期或一個月才需要充一次電。”他還提到,區塊鍊行業發展體量,将是互聯網的至少10倍。他曾多次提到富蘭克林,這是他心中另一個偶像。“他是一位非常偉大的科學家、發明家、商人、慈善家和政治家,也是美國的開國元勳之一。我渴望以他為榜樣,除了科學本身以外,還能夠更多為社會做出貢獻。”

香港科技大學教授戴希依然記得幾年前的一件事情,那次張首晟帶着他去IBM實驗室開會,路過可以俯瞰整個矽谷的山頂,張首晟停下了車,望着山下正野蠻生長的矽谷對戴希和另外一個朋友說,“人生要做一點大事,要追求從根本上解決問題的理論和徹底颠覆遊戲規則的技術,而不是在舊框架裡修修補補。”

(實習生彭予陽、楊湛菲對本文有貢獻)