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纪念著名物理学家张首晟:从阁楼的孤独到科学的辉煌

更新时间:2018-12-06 13:08:22    来源:青塔    手机版

纪念著名物理学家张首晟:从阁楼的孤独到科学的辉煌

青塔 2018-12-06 13:08

今天(12月6日),据多家权威媒体报道,著名物理学家张首晟去世,享年55岁。

张首晟是斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授,一直在拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应、自旋电子学、高温超导等领域做研究,他领导的研究团队于 2006 年提出的量子自旋霍尔效应被《科学》评为 2007年 “全球十大重要科学突破” 之一,他还被杨振宁认为是下一个华人诺贝尔奖获得者。所获物理界重量级奖项包括欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖、国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基础物理学奖等。

除了科学家身份以外,张首晟也是一名投资人,他于2013年创立了丹华投资,专注于投资最具颠覆性的创新科技和商业模式,并搭建起斯坦福、硅谷和中国的桥梁。

张首晟系美国华裔物理学家,美国斯坦福大学终身教授、美国科学院院士、中科院外籍院士,2017年度中华人民共和国国际科学技术合作奖获得者。

张首晟教授的逝世是国际科学界的巨大损失。今天,青塔特刊发张首晟母校复旦大学校园刊物《复旦人》上的文章《张首晟——从阁楼的孤独到科学的辉煌》,以此悼念这位杰出科学家。

张首晟——从阁楼的孤独到科学的辉煌

2005年,正值复旦大学百年校庆前夕,一位有心人向复旦校史馆捐赠了一份毕业文凭。文凭主人叫张彝,是当时复旦公学的第二届学生。这份签发于1909年的毕业证书是我国目前存世的最早大学毕业文凭。这位有心人叫张首晟,张彝是他的祖父,在祖父毕业近70年后的一个秋天,他也踏进了复旦园,成为张家的第二个复旦人。

不久后,张首晟远涉重洋深造,在科研领域穷幽探微多年,凭借高质量的科研成果以及多项物理学重量级奖项,成为跻身大洋彼岸物理学界顶级俱乐部的华裔科学家。

阁楼少年:真正的启蒙教育不是科学,而是艺术和哲学

张彝的毕业文凭被发现以前,一直尘封在张家静安区祖屋的阁楼上。对张首晟来说,家里的阁楼是一个神奇的角落,从幼年开始,他总是能在这里发现各式有趣的物什,从伯父的大学毕业年册,到《西方哲学史》、《西方艺术概论》等书籍,不一而足。

张首晟3岁那年,全国高考中断,各类劳动锻炼侵占了课堂,黄浦江边已安置不下一张平静书桌。年幼的张首晟是个内向的小孩,白天在教室里学习各类印着领袖语录和最高指示的课本,回到家里,则一头扎在阁楼上阅读“捕获”的各类“怪书”。“在红色的年代里能够看到古希腊的雕塑,是很幸福的。对我而言,真正的启蒙教育不是科学,而是艺术和哲学。”张首晟回忆道。阁楼岁月,成为他成长中一段隐秘的快乐。

十年时光,上海滩上一批又一批青年响应伟大领袖的号召,踌躇满志地到更广阔的天地里自我改造。没有人留意到,有一个孩子,正躲在紧窄逼仄的阁楼上如饥似渴地啃着一部部硕果仅存的书籍。楼外是山呼海啸的红色声浪,楼内是沉静缄默的青葱岁月。“那是个读书无用论的年代,喜欢读书的孩子反而会被轻视,完全是一种逻辑的颠倒,我当时对读书的渴求完全来自于内心的驱动。”张首晟在同伴眼中,沉默寡言,其实在他内心正在孕育着无限生机。当他自由而无用地读书时,或许并没有预料到,这段阁楼岁月积累的营养竟会令他受用一生。

初中生上大学

1976年,张首晟12岁时,阁楼外的世界渐渐地发生了变化,声浪仍旧一波高过一波,但内容却在走马灯地换。新鲜气息刺激着每个人的嗅觉,那年,父亲给张首晟买了一套自学丛书,其中包括数学、物理等科目,为即将到来的变化未雨绸缪。第二年,高考正式恢复。等不到夏天,这次高考即在北风呼啸中匆匆举行。对于当年上山下乡耗尽青春的哥哥姐姐来说,这场提前举行的考试来得太迟了,但对当时初三在读的张首晟而言,似乎还为之尚早。但那是个万象更新的年代,1978年夏天,张首晟与高考不期而遇。

那年,上海允许初中毕业生直接参加高考,每个区仅限10个名额,参加高考的初中毕业生需要参加预赛,通过后方能获得高考资格。阁楼上的少年有些蠢蠢欲动了:“伯父的大学毕业年册对大学有着生动的描写,我从小就非常盼望大学生活。虽然我是初中生,但当时的环境下,高中生也不比我拥有更多的知识,所以还是有些信心的。”张首晟说。可是,一旦落榜,非但不能实现大学梦,连高中的大门都无缘了。“这是我人生中面临的一次最严峻的选择。”张首晟后来坦言。父母顾虑再三后还是选择支持他。于是,张首晟参加了当年的预赛,并顺利获得高考资格。1978年的高考是空前绝后的,共赴考场的,有黑五类的“崽子”,也有又红又专的苗子;有在边城遥望故乡明月的老知青,也有张首晟这样在阁楼上探看窗外世界的少年,决定命运的,不再仅仅是家庭出生,还有分数。

张首晟如愿以偿,拿到了复旦大学的录取通知书。那年高考改变了很多人的命运,包括张首晟。“我的初中学校很差,如果按部就班再读普通高中,也许结果就和今天不一样了,人生的成就总是跟你一些十字路口上的选择有关。”张首晟说。

没有文凭的复旦人

1978年9月,复旦大学物理系迎来了一个没有高中文凭的少年大学生。“初中时,在很封闭的情况下,我们都知道杨振宁、李政道获得诺贝尔奖,为中华民族争了一口气。大学时选择理论物理专业,就是冲着他们的榜样力量。”张首晟如是说。走进物理系,距离偶像又近了一步,不过当年的他或许没有想到,自己和偶像的缘分远不止如此。

复旦的时光是快乐的,对于阁楼上的少年来说尤其如此:“在初中的时候,由于喜欢读书,周围的人都不以为然,我一直感觉很孤单。来到复旦之后,大家都如饥似渴地读书,有了很多的好朋友。”张首晟说。那年,张首晟住在11号楼303室,一个寝室8个人,他的年纪最小。平日里看得最多的就是争分夺秒地读书,偶尔的课余生活也成忙碌的学生生活的美好点缀。班上有海外关系的同学陈捷弄到了进口彩色胶卷,这在当年是金贵无比的稀罕玩意,但他还是毫不吝啬地把它拿到学校和同学共享。这些彩色胶卷,留下了许多张首晟在复旦园里珍贵的青春影像,他和陈捷也结成了莫逆之交,每逢对方赴美,一定住他家里。

大学第一个学期就这样愉快而匆匆地过去了。第二学期开始,一日,张首晟正在宿舍里自习,班主任突然上门,告知他将被选派前往德国柏林大学深造。张首晟高考成绩优异,在当时已被列入留德学生的内定人选。

对张首晟来说,这个消息可谓天降喜讯。他对德国最初的印象,来自儿时啃过的那些哲学书籍,隐隐约约知道它是康德、黑格尔的祖国。“学了物理以后,发现教科书上重要的物理公式很多都是德国物理学家的贡献,去德国留学对我来说像做梦一样。”张首晟说。当年公派到德国的学生一律要在同济大学接受为期一年的德语培训。1980年,没有来得及拿到复旦文凭的张首晟,正式踏上了赴德之旅。

镌刻着物理公式的墓碑

张首晟到达西柏林时,戒备森严的柏林墙还高高耸立着。他所在的柏林自由大学是一部分老柏林大学出走的师生所创,与东柏林的老柏林大学(后称洪堡大学)遥相对应。这所位于冷战前哨的大学甫一成立,便以“真实,公平,自由”为校训,更把“自由”二字嵌入校名。在这样一所以自由著称的学校里就读,对于张首晟而言可谓如鱼得水。外面的世界很精彩,但他没有忘记自己的本分。柏林大学的学制为五年,不少人甚至花了七年才能毕业,但凭借着出色的学习能力和勤奋,年轻的张首晟花了三年时间就完成了学业。学习之余,他还花了不少时间深入了解德国乃至欧洲的人文历史。

尽管学业顺利,但理论物理的前途较窄,一度让他对自己的未来感到迷惘。“本来我还挺有信心的,但同学之间的担忧对我产生了影响,1981年左右,我开始想到前途问题。”张首晟说。就在当年暑假,他踏上了德国颇为流行的搭便车之旅,借着免费的顺风车环绕了德国一周,这场如骑士一般的浪漫旅行对张首晟的人生选择产生了重要影响。

一天,张首晟来到哥根廷大学附近的一片墓地。很多德国著名物理学家长眠于此,每个人的墓碑上,墓志铭都镌刻着其生前发现的一道重要公式。如Heisenberg的墓志铭是Heisenberg测不准原理的公式,马克斯•玻恩是其对波函数概率的一个分析,Otto Hahn的墓碑上是一道核反应公式,张首晟被深深地震撼了:“一个朴素的墓碑,一个简单而普适的公式,这才是人生最高境界。从此之后,我决定要把自己毕生的精力贡献给物理学研究,特别是理论物理学的研究。”成为一名科学家的神圣感和人生意义此刻内化为一种使命,一种激励自己贡献终生的精神源头。

物理公式是美丽的诗句

在德国攻读学位期间,张首晟开始思索自己的学术方向。当时,在他看来,物理学的最高目标是将爱因斯坦揭示的宇宙四大力统一起来,杨振宁先生在这方面颇有建树,而他又是自己儿时的偶像,前往美国追随杨振宁先生从事统一场研究便成为他念兹在兹的目标。

从柏林自由大学毕业后,张首晟被美国纽约州立大学石溪分校录取,如愿以偿成为了杨振宁先生的弟子。一入门,他就迫不及待地向老师阐述他的学术构想。出乎意料的是,杨振宁先生并不支持他从事统一场论或基本粒子物理研究,而是向他推荐了凝聚态物理。这时凝聚态物理还是一个方兴未艾的研究领域,杨振宁先生本人的研究方向也并不在此,老师的建议让张首晟大惑不解。多年以后,张首晟才明白了杨振宁先生当初的良苦用心:“一般来说老师总是希望学生能够发展自己的研究领域,杨振宁先生却建议我从事其他领域的研究,他真的很无私。今天看来,凝聚态物理在物理学领域中发展得最快,这体现了他三十年前精准的眼光。”

而更让张首晟得益匪浅的是,这位有着诗人气质的科学家,带领着他领略到了不一般的科研境界:“他告诉我,诗歌追求的境界是用两句话将复杂的感情说清楚,科学也是追求用一个简单的公式去描写大自然的所有万千现象。艺术和科学是相通的,F=ma’、‘E=MC2’就是描写大自然的最美丽的诗句。”

导师的话,激活了张首晟对于艺术的启蒙记忆。“为美所驱追求科学,真是一种最高的境界,杨振宁先生带领我进入的境界,在书本上是学不到的。”张首晟感慨。在物理系系庆报告会上,张首晟展望物理学发展的未来,觉得随着学科越来越专业化,隔行如隔山,而如要真正做出创新,科学家还需更高的视野。他举例说,牛顿发现万有引力,说明了三大力学定理,但当时理论物理根本没有这个名词,他那本奠定物理学基础的书叫Mathematical Principles of Natural Philosophy,这是历史上最成功的用数学语言来描写大自然,体现着无与伦比的的美。“因为在最高的境界上,科学跟艺术,科学跟美,主观、客观是统一在一起的。”在这一点上,张首晟颇得导师的精神。师傅领进门,修行在个人,从基本粒子物理突然转向凝聚态物理并非一件轻而易举之事,好学而刻苦的张首晟做成了。

斯坦福最年轻的终身教授

1993年,张首晟进入斯坦福大学任教,不久后便头角峥嵘,成为该校最年轻的终身教授之一。2010年凭借“量子自旋霍尔效应”理论预言和在实验观测领域的开创性贡献,荣获欧洲物理奖,这是该奖项首次花落华裔科学家;2011年,因在物理学领域做出的卓越成就,荣膺美国艺术与科学院院士。2012年他先后获得凝聚态物理领域的最高荣誉Oliver Buckle奖和国际理论物理学领域最高奖“狄拉克奖”(Dirac Medal)。

近年来俘获大批中国粉丝的美剧《生活大爆炸》里,主角物理学家们的口中常常蹦出“拓扑绝缘体”的新名词,就引用了张首晟科研组的研究成果,对于非物理专业人而言,从这个侧面去了解他的科研影响力或许更为直观。

不但在科研领域,张首晟在教学方面亦成绩斐然。二十多年来,他培养的学生已遍布美国各大名校,其中不乏来自中国的面孔,毕业于母校复旦大学的刘勤是张首晟门下唯一一名女生。让张首晟印象深刻的是一位在国内培养的“土博士”祁晓亮,他在斯坦福大学跟随张首晟做了一年的博士后研究以后,意外收到美国多所名校向他递出的橄榄枝,最后顺利留美成为一名“洋教授”。

阁楼上的孤独小孩、少年大学生、没有文凭的复旦人、杨振宁的得意门生、最年轻的斯坦福终身教授……,最让他骄傲的身份,或许只是简简单单三个字——科学家。多年后,红色声浪早已远去,阁楼依旧。当科学家张首晟翻出祖父张彝的毕业文凭时,不知是否会想起当初那个沉默寡言的少年,以及曾经在此汨汨流逝过的自由而无用的时光。

(来源:《复旦人》学生记者:李斯嘉)


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