王珊

物理學(xué)家張首晟

完美之外

張首晟的朋友里，沒(méi)有人想到他會(huì)決絕地提前將生命結(jié)束。在他們的眼里，張首晟是那樣一個(gè)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(yuǎn)見(jiàn)，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(duì)兒女一個(gè)哈佛大學(xué)畢業(yè)，一個(gè)還在斯坦福大學(xué)讀書(shū)。

斯坦福大學(xué)生物系教授、美國(guó)科學(xué)院院士駱利群與張首晟已經(jīng)相識(shí)了二十多年，他還記得曾讀到張首晟寫(xiě)給妻子余曉帆的兩首中文詩(shī)，講述他們的愛(ài)情故事，其中一首寫(xiě)于2017年情人節(jié)：青梅竹馬細(xì)語(yǔ)長(zhǎng)，兩小無(wú)猜雀羽賞;網(wǎng)場(chǎng)健步容姿灑，云游麗畦鏡花雙……“他寫(xiě)得如此優(yōu)雅，表達(dá)起來(lái)像藝術(shù)家一樣?！瘪樌焊嬖V本刊記者。

學(xué)生則親切地稱(chēng)呼他為“首晟”，在他們眼里，這個(gè)與他們交談起來(lái)總是平心靜氣、不緊不慢，笑起來(lái)眼角會(huì)牽扯出皺紋的老師，更像是一個(gè)年長(zhǎng)他們一些的朋友，在他們需要的時(shí)候進(jìn)行高屋建瓴的指導(dǎo)。他的學(xué)生、斯坦福物理系副教授祁曉亮甚至憧憬過(guò)在自己的退休聚會(huì)上，能夠邀請(qǐng)張首晟到現(xiàn)場(chǎng)，然后一起喝一杯。祁曉亮與張首晟相識(shí)于2002年，2004年開(kāi)始跟著張首晟做研究。他告訴本刊記者：“首晟經(jīng)常在和年輕人吃飯的時(shí)候問(wèn)大家有什么新的idea，他說(shuō)你們年輕人應(yīng)該有crazy idea。他用他的熱情不斷地鼓勵(lì)年輕人去創(chuàng)新，敢想敢干。他對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和支持是全方位、毫無(wú)保留的?！?/p>

“太突然了！”張首晟離世的消息傳出來(lái)后，華中科技大學(xué)物理學(xué)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(xué)物理系做訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者，合作導(dǎo)師就是張首晟。徐剛第一反應(yīng)是“不可能”，接下來(lái)則是找曾一起在張首晟組里工作的同事核實(shí)。在確定信息后，徐剛“整個(gè)人都懵掉了”。

徐剛和師兄弟們一起將與導(dǎo)師相關(guān)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴抽絲剝繭般地一遍遍回憶，以追尋哪怕是一丁點(diǎn)異常。答案卻是沒(méi)有，“他哪里像是有抑郁癥的人呢！”即使是張首晟親密的家人，也在12月6日通過(guò)他們的家庭發(fā)言人Sean McCormack告知外界，不曾知道張首晟被診斷為抑郁癥，但他們仔細(xì)回想了之后，開(kāi)始相信他有抑郁的癥狀。徐剛告訴本刊記者，原本，上個(gè)月20號(hào)左右，張首晟和他還要一起出席一個(gè)關(guān)于量子信息的會(huì)議。但臨近會(huì)議時(shí)，張首晟發(fā)郵件告訴徐剛，因?yàn)榈昧藝?yán)重的流感，醫(yī)生建議他不要去參會(huì)。沒(méi)想到，后會(huì)無(wú)期?！八且粋€(gè)天才型的物理學(xué)家，我想不出他有什么困惑的地方?！毙靹傉f(shuō)。

2014年，張首晟就曾是呼聲最高的諾獎(jiǎng)候選人之一。在此之前，他已經(jīng)憑借在量子自旋霍爾效應(yīng)和拓?fù)浣^緣體的開(kāi)創(chuàng)性研究，拿了美國(guó)物理學(xué)會(huì)Oliver Buckley獎(jiǎng)、聯(lián)合國(guó)教科文組織下屬的國(guó)際理論物理學(xué)中心狄拉克獎(jiǎng)（Dirac Medaland Prize）;囊獲了2013年的物理前沿獎(jiǎng)（Physics Frontier Prize），以及2014年的富蘭克林獎(jiǎng)（Benjamin Franklin Medal）。在國(guó)內(nèi)外科學(xué)家看來(lái)，在科學(xué)領(lǐng)域，他只差一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)杯。連他的導(dǎo)師楊振寧都稱(chēng)：“對(duì)他來(lái)說(shuō)，獲得諾貝爾獎(jiǎng)只是時(shí)間問(wèn)題?！?/p>

張首晟本人并未對(duì)沒(méi)有獲獎(jiǎng)表現(xiàn)出失落，他在接受采訪(fǎng)時(shí)曾說(shuō)：“諾貝爾獎(jiǎng)是可遇而不可求的。對(duì)于一名科學(xué)家來(lái)說(shuō)，新發(fā)現(xiàn)降臨的那一刻才是最大的獎(jiǎng)勵(lì)?！彼敢庹宫F(xiàn)人生給他帶來(lái)的滿(mǎn)足感?！霸诮逃矫?，可謂是‘桃李滿(mǎn)天下，美國(guó)所有名牌大學(xué)都有我的學(xué)生。在家庭方面，我的兩個(gè)孩子也非常優(yōu)秀。不論是在科學(xué)研究的探險(xiǎn)道路上的冒險(xiǎn)，還是在做企業(yè)、做投資上的經(jīng)驗(yàn)，我都希望可以分享給大家。”他說(shuō)，“我非常享受當(dāng)下的生活，甚至簡(jiǎn)直不可思議，為什么人生可以有那么美滿(mǎn)？”

簡(jiǎn)潔與自由

這幾天，徐剛總會(huì)想起在斯坦福的日子。在物理系的樓里，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只有五六米的距離。每周，張首晟會(huì)有一到兩天在辦公室里，這期間，他會(huì)找學(xué)生討論他們的想法和進(jìn)展。辦公室里有一塊白板。旁邊放著紅色和藍(lán)色的筆。“他不喜歡用PPT，喜歡用板書(shū)來(lái)推演公式?！?/p>

這一點(diǎn)，在徐剛?cè)ニ固垢Ｗ鲈L(fǎng)問(wèn)學(xué)者前就知道的。去之前，他要通過(guò)張首晟的一個(gè)面試，原本他精心準(zhǔn)備了一個(gè)PPT。開(kāi)講前，張首晟告訴他，用筆寫(xiě)。張首晟的白板前常年放著紅色和藍(lán)色的兩種書(shū)寫(xiě)筆，藍(lán)色的用來(lái)做常規(guī)內(nèi)容的書(shū)寫(xiě)，遇到關(guān)鍵的部分則用紅筆標(biāo)記。有時(shí)候，實(shí)驗(yàn)室的師兄弟在講述時(shí)拿錯(cuò)了筆，張首晟會(huì)在旁邊提醒，“用藍(lán)筆”。這一點(diǎn)，被實(shí)驗(yàn)室的師兄弟當(dāng)作一個(gè)梗，經(jīng)常在開(kāi)玩笑的時(shí)候被提起。

張首晟總是在追尋一種簡(jiǎn)單干凈的處理方式。祁曉亮告訴本刊記者，張首晟跟學(xué)生討論問(wèn)題時(shí)要求學(xué)生講述一定要特別清晰明了，否則他一定要追問(wèn)到底?！八?jīng)常告訴我們，‘如果你沒(méi)有能夠用一個(gè)非常簡(jiǎn)單清晰的例子來(lái)講清楚你要說(shuō)的東西，就說(shuō)明你還沒(méi)有真的懂。”張首晟崇拜的對(duì)象是愛(ài)因斯坦，他曾多次在演講中提到愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2，他說(shuō)這個(gè)公式體現(xiàn)的意義就是“大道至簡(jiǎn)”，小到微觀粒子、大到宏觀宇宙都適用這個(gè)公式。所以當(dāng)張首晟進(jìn)入斯坦福時(shí)，他也試圖去尋找一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來(lái)解決困擾凝聚態(tài)物理領(lǐng)域已久的問(wèn)題。

凝聚態(tài)物理研究的對(duì)象是物質(zhì)的各種性質(zhì)：銅為什么能導(dǎo)電，而橡皮就不能？為什么水會(huì)結(jié)冰，又會(huì)變成蒸汽？這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用，與世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展，與人類(lèi)的日常生活都有密切關(guān)系，是物理學(xué)中特別重要的領(lǐng)域。而1980年被德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的量子霍爾效應(yīng)，則是整個(gè)凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中最重要、最基本的量子效應(yīng)之一。它被視為可能解決信息技術(shù)發(fā)展瓶頸的一種手段，或?qū)⑿畔⑸鐣?huì)帶到更高層次，甚至?xí)?lái)一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命。

一個(gè)可見(jiàn)的例子是，我們?cè)谑褂秒娔X的時(shí)候，會(huì)遇見(jiàn)電腦發(fā)熱、能量損耗、速度變慢的問(wèn)題，這是因?yàn)槌B(tài)下芯片中的電子運(yùn)動(dòng)沒(méi)有特定的軌道、會(huì)相互碰撞從而發(fā)生能量損耗，也就是我們所知的摩爾定律。而量子霍爾效應(yīng)則可以對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)制定一個(gè)規(guī)則，讓它們?cè)诟髯缘呐艿郎稀耙煌鶡o(wú)前”。

但常規(guī)的量子霍爾效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，需要非常強(qiáng)的磁場(chǎng)和極低溫的條件，價(jià)格昂貴，不適合個(gè)人電腦和便攜式計(jì)算機(jī)。張首晟一直在試圖尋找一種簡(jiǎn)單可見(jiàn)的理論來(lái)突破這個(gè)限制，即能否在正常條件下，讓電子從雜亂無(wú)章到井然有序。他研究發(fā)現(xiàn)，電子如同地球自轉(zhuǎn)一樣，有一種叫“自旋”的基本特性，這種自旋也會(huì)產(chǎn)生量子霍爾效應(yīng)，而在拓?fù)浣^緣體中，電子不僅沒(méi)有能量損耗，并且不需要強(qiáng)磁場(chǎng)，也可在室溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。

著名物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主楊振寧在悼念文章中提到，2006年張首晟就曾告訴他，他們發(fā)表了一篇文章，預(yù)言一種特別的汞-碲-鎘（Hg-Te-Cd）半導(dǎo)體量子井會(huì)有表面導(dǎo)電及其他重要現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)量子自旋霍爾效應(yīng)。半導(dǎo)體有許多種，量子井的結(jié)構(gòu)有許多可能，他們?nèi)绾芜x定了Hg-Te-Cd量子井？楊振寧認(rèn)為這源于“他們有深入的物理直覺(jué)”。2007年，德國(guó)維爾茨堡大學(xué)和張首晟實(shí)驗(yàn)成功。“量子自旋霍爾效應(yīng)是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的模型，但卻能夠描述我們?nèi)蘸笳业降乃凶孕魻栃?yīng)的體系?！毙靹偢嬖V本刊記者。

徐剛的一部分工作就是根據(jù)量子自旋霍爾效應(yīng)去尋找實(shí)際中的應(yīng)用材料。“我們找材料時(shí)，有時(shí)候會(huì)找到一些不是那么好的材料，但也能寫(xiě)文章進(jìn)行發(fā)表，但張老師是不允許我們這樣的，他會(huì)直接否決，會(huì)要求材料絕對(duì)的干凈。從張老師組里出來(lái)的人，基本上保持了一個(gè)習(xí)慣，就是要把東西盡量做到簡(jiǎn)潔干凈優(yōu)美?！?h3>好奇與雄心

張首晟強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力和過(guò)人的天賦使得他不滿(mǎn)足于僅做一個(gè)物理學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家，他將靈敏的觸角伸到了各個(gè)領(lǐng)域?！笆钻蓪?duì)于這個(gè)世界上的很多事情都保持著極大的好奇，同時(shí)會(huì)針對(duì)一些關(guān)鍵論點(diǎn)提出深刻的問(wèn)題，并且可以在很短的時(shí)間內(nèi)抓住問(wèn)題的本質(zhì)。”駱利群告訴本刊記者。

徐剛提到一個(gè)例子，之前數(shù)學(xué)上出現(xiàn)了一種新的反演算法，張首晟花了一到兩周的時(shí)間，就基本上掌握了這種算法，認(rèn)為這一新的數(shù)學(xué)工具可以幫助解決某些物理計(jì)算問(wèn)題，還指導(dǎo)自己的博士用它做一些開(kāi)創(chuàng)性的工作。徐剛說(shuō)，組里的學(xué)生經(jīng)常會(huì)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(shí)?！八麜?huì)說(shuō)你來(lái)搞明白。我們看完了會(huì)跟他討論，很多時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)，盡管他沒(méi)有認(rèn)真去了解這個(gè)事情，但在交流的過(guò)程中，他總能隨時(shí)地產(chǎn)生一些新的想法，甚至變成一個(gè)真正的課題?！?/p>

更讓徐剛覺(jué)得吃驚的是——一個(gè)人可以這么聰明，又這么努力。張首晟對(duì)自己有非常高的要求。他每次長(zhǎng)途飛行前，都會(huì)下載一門(mén)全新領(lǐng)域的知識(shí)，等12個(gè)小時(shí)的飛行結(jié)束，他就已經(jīng)對(duì)新的學(xué)科有了基本的了解。香港科技大學(xué)的教授戴希還記得，2012年冬天，他跟張首晟在三亞開(kāi)會(huì)，在飯桌上，張首晟用幾張餐巾給他講比特幣背后的數(shù)學(xué)原理和區(qū)塊鏈技術(shù)，一直講到半夜?！拔液髞?lái)看過(guò)好幾本介紹區(qū)塊鏈的書(shū)，但再?zèng)]一個(gè)人能用如此簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言，把其背后的數(shù)學(xué)原理講得那么透徹?！贝飨Ｕf(shuō)，張首晟告訴他，自己用了整個(gè)圣誕假期的時(shí)間來(lái)研究這方面的內(nèi)容。

張首晟的這些認(rèn)真，起初都是基于愛(ài)好和好奇心的學(xué)習(xí)。但到后面，他慢慢顯示出了更大的雄心，即希望嘗試用科技推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)的變革。2013年，他和學(xué)生聯(lián)手創(chuàng)立丹華資本，希望以斯坦福大學(xué)為核心，專(zhuān)注于投資美國(guó)最具顛覆性的創(chuàng)新科技及商業(yè)模式。2016年，在接受《華盛頓郵報(bào)》采訪(fǎng)時(shí)，張首晟說(shuō)，他原本對(duì)投資并不感興趣，直到他看到大量的中國(guó)人抱著“熱切學(xué)習(xí)”的想法來(lái)到硅谷，他說(shuō)他被鼓舞了，有了將科學(xué)原理應(yīng)用于商業(yè)的想法?！爸袊?guó)現(xiàn)在是一個(gè)非常激動(dòng)人心的時(shí)代，我們已經(jīng)走出了從生產(chǎn)為主，現(xiàn)在進(jìn)入創(chuàng)新為主，國(guó)家政府也提出雙創(chuàng)的概念，但是在這個(gè)核心中最主要的是看準(zhǔn)一個(gè)方面，到底從哪個(gè)方向走，在這個(gè)雙創(chuàng)的時(shí)代，我用我的經(jīng)驗(yàn)、用科學(xué)的精神來(lái)做投資也會(huì)給科學(xué)帶來(lái)榮耀?！?/p>

也就是從這個(gè)時(shí)候開(kāi)始，張首晟開(kāi)始熱情洋溢地布道新技術(shù)帶來(lái)的可能性。他說(shuō)：“等我們的科技實(shí)現(xiàn)之后，你的手機(jī)一個(gè)星期或一個(gè)月才需要充一次電?！彼€提到，區(qū)塊鏈行業(yè)發(fā)展體量，將是互聯(lián)網(wǎng)的至少10倍。他曾多次提到富蘭克林，這是他心中另一個(gè)偶像?！八且晃环浅ゴ蟮目茖W(xué)家、發(fā)明家、商人、慈善家和政治家，也是美國(guó)的開(kāi)國(guó)元?jiǎng)字?。我渴望以他為榜樣，除了科學(xué)本身以外，還能夠更多為社會(huì)做出貢獻(xiàn)。”

香港科技大學(xué)教授戴希依然記得幾年前的一件事情，那次張首晟帶著他去IBM實(shí)驗(yàn)室開(kāi)會(huì)，路過(guò)可以俯瞰整個(gè)硅谷的山頂，張首晟停下了車(chē)，望著山下正野蠻生長(zhǎng)的硅谷對(duì)戴希和另外一個(gè)朋友說(shuō)，“人生要做一點(diǎn)大事，要追求從根本上解決問(wèn)題的理論和徹底顛覆游戲規(guī)則的技術(shù)，而不是在舊框架里修修補(bǔ)補(bǔ)。”

（實(shí)習(xí)生彭予陽(yáng)、楊湛菲對(duì)本文有貢獻(xiàn)）