紀念著名物理學家張首晟:從閣樓的孤獨到科學的輝煌

  今天(12月6日),據多家權威媒體報道,著名物理學家張首晟去世,享年55歲。

  張首晟是斯坦福大學物理系、電子工程系和應用物理系終身教授,一直在拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、自旋電子學、高溫超導等領域做研究,他領導的研究團隊於 2006 年提出的量子自旋霍爾效應被《科學》評為 2007年 “全球十大重要科學突破” 之一,他還被楊振寧認為是下一個華人諾貝爾獎獲得者。所獲物理界重量級獎項包括歐洲物理獎、美國物理學會巴克萊獎、國際理論物理學中心狄拉克獎、尤里基礎物理學獎等。

  除了科學家身份以外,張首晟也是一名投資人,他於2013年創立了丹華投資,專注於投資最具顛覆性的創新科技和商業模式,並搭建起斯坦福、硅谷和中國的橋樑。

  張首晟系美國華裔物理學家,美國斯坦福大學終身教授、美國科學院院士、中科院外籍院士,2017年度中華人民共和國國際科學技術合作獎獲得者。

  張首晟教授的逝世是國際科學界的巨大損失。今天,青塔特刊發張首晟母校復旦大學校園刊物《復旦人》上的文章《張首晟——從閣樓的孤獨到科學的輝煌》,以此悼念這位傑出科學家。

  張首晟——從閣樓的孤獨到科學的輝煌

  2005年,正值復旦大學百年校慶前夕,一位有心人向復旦校史館捐贈了一份畢業文憑。文憑主人叫張彝,是當時復旦公學的第二屆學生。這份簽發於1909年的畢業證書是我國目前存世的最早大學畢業文憑。這位有心人叫張首晟,張彝是他的祖父,在祖父畢業近70年後的一個秋天,他也踏進了復旦園,成為張家的第二個復旦人。

  不久後,張首晟遠涉重洋深造,在科研領域窮幽探微多年,憑藉高質量的科研成果以及多項物理學重量級獎項,成為躋身大洋彼岸物理學界頂級俱樂部的華裔科學家。

  閣樓少年:真正的啟蒙教育不是科學,而是藝術和哲學

  張彝的畢業文憑被發現以前,一直塵封在張家靜安區祖屋的閣樓上。對張首晟來說,家裡的閣樓是一個神奇的角落,從幼年開始,他總是能在這裡發現各式有趣的物什,從伯父的大學畢業年冊,到《西方哲學史》、《西方藝術概論》等書籍,不一而足。

  張首晟3歲那年,全國高考中斷,各類勞動鍛鍊侵佔了課堂,黃浦江邊已安置不下一張平靜書桌。年幼的張首晟是個內向的小孩,白天在教室裡學習各類印著領袖語錄和最高指示的課本,回到家裡,則一頭紮在閣樓上閱讀“捕獲”的各類“怪書”。“在紅色的年代裡能夠看到古希臘的雕塑,是很幸福的。對我而言,真正的啟蒙教育不是科學,而是藝術和哲學。”張首晟回憶道。閣樓歲月,成為他成長中一段隱祕的快樂。

  十年時光,上海灘上一批又一批青年響應偉大領袖的號召,躊躇滿志地到更廣闊的天地裡自我改造。沒有人留意到,有一個孩子,正躲在緊窄逼仄的閣樓上如飢似渴地啃著一部部碩果僅存的書籍。樓外是山呼海嘯的紅色聲浪,樓內是沉靜緘默的青蔥歲月。“那是個讀書無用論的年代,喜歡讀書的孩子反而會被輕視,完全是一種邏輯的顛倒,我當時對讀書的渴求完全來自於內心的驅動。”張首晟在同伴眼中,沉默寡言,其實在他內心正在孕育著無限生機。當他自由而無用地讀書時,或許並沒有預料到,這段閣樓歲月積累的營養竟會令他受用一生。

  初中生上大學

  1976年,張首晟12歲時,閣樓外的世界漸漸地發生了變化,聲浪仍舊一波高過一波,但內容卻在走馬燈地換。新鮮氣息刺激著每個人的嗅覺,那年,父親給張首晟買了一套自學叢書,其中包括數學、物理等科目,為即將到來的變化未雨綢繆。第二年,高考正式恢復。等不到夏天,這次高考即在北風呼嘯中匆匆舉行。對於當年上山下鄉耗盡青春的哥哥姐姐來說,這場提前舉行的考試來得太遲了,但對當時初三在讀的張首晟而言,似乎還為之尚早。但那是個萬象更新的年代,1978年夏天,張首晟與高考不期而遇。

  那年,上海允許初中畢業生直接參加高考,每個區僅限10個名額,參加高考的初中畢業生需要參加預賽,通過後方能獲得高考資格。閣樓上的少年有些蠢蠢欲動了:“伯父的大學畢業年冊對大學有著生動的描寫,我從小就非常盼望大學生活。雖然我是初中生,但當時的環境下,高中生也不比我擁有更多的知識,所以還是有些信心的。”張首晟說。可是,一旦落榜,非但不能實現大學夢,連高中的大門都無緣了。“這是我人生中面臨的一次最嚴峻的選擇。”張首晟後來坦言。父母顧慮再三後還是選擇支持他。於是,張首晟參加了當年的預賽,並順利獲得高考資格。1978年的高考是空前絕後的,共赴考場的,有黑五類的“崽子”,也有又紅又專的苗子;有在邊城遙望故鄉明月的老知青,也有張首晟這樣在閣樓上探看窗外世界的少年,決定命運的,不再僅僅是家庭出生,還有分數。

  張首晟如願以償,拿到了復旦大學的錄取通知書。那年高考改變了很多人的命運,包括張首晟。“我的初中學校很差,如果按部就班再讀普通高中,也許結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。”張首晟說。

  沒有文憑的復旦人

  1978年9月,復旦大學物理系迎來了一個沒有高中文憑的少年大學生。“初中時,在很封閉的情況下,我們都知道楊振寧、李政道獲得諾貝爾獎,為中華民族爭了一口氣。大學時選擇理論物理專業,就是衝著他們的榜樣力量。”張首晟如是說。走進物理系,距離偶像又近了一步,不過當年的他或許沒有想到,自己和偶像的緣分遠不止如此。

  復旦的時光是快樂的,對於閣樓上的少年來說尤其如此:“在初中的時候,由於喜歡讀書,周圍的人都不以為然,我一直感覺很孤單。來到復旦之後,大家都如飢似渴地讀書,有了很多的好朋友。”張首晟說。那年,張首晟住在11號樓303室,一個寢室8個人,他的年紀最小。平日裡看得最多的就是爭分奪秒地讀書,偶爾的課餘生活也成忙碌的學生生活的美好點綴。班上有海外關係的同學陳捷弄到了進口彩色膠捲,這在當年是金貴無比的稀罕玩意,但他還是毫不吝嗇地把它拿到學校和同學共享。這些彩色膠捲,留下了許多張首晟在復旦園裡珍貴的青春影像,他和陳捷也結成了莫逆之交,每逢對方赴美,一定住他家裡。

  大學第一個學期就這樣愉快而匆匆地過去了。第二學期開始,一日,張首晟正在宿舍裡自習,班主任突然上門,告知他將被選派前往德國柏林大學深造。張首晟高考成績優異,在當時已被列入留德學生的內定人選。

  對張首晟來說,這個消息可謂天降喜訊。他對德國最初的印象,來自兒時啃過的那些哲學書籍,隱隱約約知道它是康德、黑格爾的祖國。“學了物理以後,發現教科書上重要的物理公式很多都是德國物理學家的貢獻,去德國留學對我來說像做夢一樣。”張首晟說。當年公派到德國的學生一律要在同濟大學接受為期一年的德語培訓。1980年,沒有來得及拿到復旦文憑的張首晟,正式踏上了赴德之旅。

  鐫刻著物理公式的墓碑

  張首晟到達西柏林時,戒備森嚴的柏林牆還高高聳立著。他所在的柏林自由大學是一部分老柏林大學出走的師生所創,與東柏林的老柏林大學(後稱洪堡大學)遙相對應。這所位於冷戰前哨的大學甫一成立,便以“真實,公平,自由”為校訓,更把“自由”二字嵌入校名。在這樣一所以自由著稱的學校裡就讀,對於張首晟而言可謂如魚得水。外面的世界很精彩,但他沒有忘記自己的本分。柏林大學的學制為五年,不少人甚至花了七年才能畢業,但憑藉著出色的學習能力和勤奮,年輕的張首晟花了三年時間就完成了學業。學習之餘,他還花了不少時間深入瞭解德國乃至歐洲的人文歷史。

  儘管學業順利,但理論物理的前途較窄,一度讓他對自己的未來感到迷惘。“本來我還挺有信心的,但同學之間的擔憂對我產生了影響,1981年左右,我開始想到前途問題。”張首晟說。就在當年暑假,他踏上了德國頗為流行的搭便車之旅,藉著免費的順風車環繞了德國一週,這場如騎士一般的浪漫旅行對張首晟的人生選擇產生了重要影響。

  一天,張首晟來到哥根廷大學附近的一片墓地。很多德國著名物理學家長眠於此,每個人的墓碑上,墓誌銘都鐫刻著其生前發現的一道重要公式。如Heisenberg的墓誌銘是Heisenberg測不準原理的公式,馬克斯玻恩是其對波函數概率的一個分析,Otto Hahn的墓碑上是一道核反應公式,張首晟被深深地震撼了:“一個樸素的墓碑,一個簡單而普適的公式,這才是人生最高境界。從此之後,我決定要把自己畢生的精力貢獻給物理學研究,特別是理論物理學的研究。”成為一名科學家的神聖感和人生意義此刻內化為一種使命,一種激勵自己貢獻終生的精神源頭。

  物理公式是美麗的詩句

  在德國攻讀學位期間,張首晟開始思索自己的學術方向。當時,在他看來,物理學的最高目標是將愛因斯坦揭示的宇宙四大力統一起來,楊振寧先生在這方面頗有建樹,而他又是自己兒時的偶像,前往美國追隨楊振寧先生從事統一場研究便成為他念茲在茲的目標。

  從柏林自由大學畢業後,張首晟被美國紐約州立大學石溪分校錄取,如願以償成為了楊振寧先生的弟子。一入門,他就迫不及待地向老師闡述他的學術構想。出乎意料的是,楊振寧先生並不支持他從事統一場論或基本粒子物理研究,而是向他推薦了凝聚態物理。這時凝聚態物理還是一個方興未艾的研究領域,楊振寧先生本人的研究方向也並不在此,老師的建議讓張首晟大惑不解。多年以後,張首晟才明白了楊振寧先生當初的良苦用心:“一般來說老師總是希望學生能夠發展自己的研究領域,楊振寧先生卻建議我從事其他領域的研究,他真的很無私。今天看來,凝聚態物理在物理學領域中發展得最快,這體現了他三十年前精準的眼光。”

  而更讓張首晟得益匪淺的是,這位有著詩人氣質的科學家,帶領著他領略到了不一般的科研境界:“他告訴我,詩歌追求的境界是用兩句話將複雜的感情說清楚,科學也是追求用一個簡單的公式去描寫大自然的所有萬千現象。藝術和科學是相通的,F=ma’、‘E=MC2’就是描寫大自然的最美麗的詩句。”

  導師的話,激活了張首晟對於藝術的啟蒙記憶。“為美所驅追求科學,真是一種最高的境界,楊振寧先生帶領我進入的境界,在書本上是學不到的。”張首晟感慨。在物理系系慶報告會上,張首晟展望物理學發展的未來,覺得隨著學科越來越專業化,隔行如隔山,而如要真正做出創新,科學家還需更高的視野。他舉例說,牛頓發現萬有引力,說明了三大力學定理,但當時理論物理根本沒有這個名詞,他那本奠定物理學基礎的書叫Mathematical Principles of Natural Philosophy,這是歷史上最成功的用數學語言來描寫大自然,體現著無與倫比的的美。“因為在最高的境界上,科學跟藝術,科學跟美,主觀、客觀是統一在一起的。”在這一點上,張首晟頗得導師的精神。師傅領進門,修行在個人,從基本粒子物理突然轉向凝聚態物理並非一件輕而易舉之事,好學而刻苦的張首晟做成了。

  斯坦福最年輕的終身教授

  1993年,張首晟進入斯坦福大學任教,不久後便頭角崢嶸,成為該校最年輕的終身教授之一。2010年憑藉“量子自旋霍爾效應”理論預言和在實驗觀測領域的開創性貢獻,榮獲歐洲物理獎,這是該獎項首次花落華裔科學家;2011年,因在物理學領域做出的卓越成就,榮膺美國藝術與科學院院士。2012年他先後獲得凝聚態物理領域的最高榮譽Oliver Buckle獎和國際理論物理學領域最高獎“狄拉克獎”(Dirac Medal)。

  近年來俘獲大批中國粉絲的美劇《生活大爆炸》裡,主角物理學家們的口中常常蹦出“拓撲絕緣體”的新名詞,就引用了張首晟科研組的研究成果,對於非物理專業人而言,從這個側面去了解他的科研影響力或許更為直觀。

  不但在科研領域,張首晟在教學方面亦成績斐然。二十多年來,他培養的學生已遍佈美國各大名校,其中不乏來自中國的面孔,畢業於母校復旦大學的劉勤是張首晟門下唯一一名女生。讓張首晟印象深刻的是一位在國內培養的“土博士”祁曉亮,他在斯坦福大學跟隨張首晟做了一年的博士後研究以後,意外收到美國多所名校向他遞出的橄欖枝,最後順利留美成為一名“洋教授”。

  閣樓上的孤獨小孩、少年大學生、沒有文憑的復旦人、楊振寧的得意門生、最年輕的斯坦福終身教授……,最讓他驕傲的身份,或許只是簡簡單單三個字——科學家。多年後,紅色聲浪早已遠去,閣樓依舊。當科學家張首晟翻出祖父張彝的畢業文憑時,不知是否會想起當初那個沉默寡言的少年,以及曾經在此汨汨流逝過的自由而無用的時光。

  (來源:《復旦人》學生記者:李斯嘉)

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