華人物理學家張首晟:提出「拓撲絕緣體」概念,生前與抑鬱作鬥爭

2020-11-25 騰訊網

今天,我們從不同渠道核實了這則壞消息:美國當地時間12月1日,著名華人物理學家、美國科學院院士和中科院外籍院士張首晟在史丹福大學逝世,年僅55歲。他家人的聲明中說,他一直在與抑鬱作鬥爭。

本文約3500字

預計閱讀時間9分鐘

物理學界之外的人對張首晟不夠熟悉,但美劇《生活大爆炸》的觀眾可能聽說過他的理論,有一集,劇中的物理學天才「謝耳朵」講課時,專門提到了「拓撲絕緣體」,這是張首晟課題組提出的概念。

屏幕截圖

張首晟自20世紀90年代以來一直擔任史丹福大學物理系教授。他是世界上第一個被實驗結果證實其拓撲絕緣體理論預言的學者。他的團隊提出的「量子自旋霍爾效應」被《科學》雜誌評為2007年「全球十大重要科學突破」之一。

他獲得過「歐洲物理獎」,凝聚態物理最高獎「奧利弗·巴克利獎」以及理論物理最高獎「狄拉克獎」。他被認為是比較接近諾貝爾獎的科學家。

2012年,張首晟曾在中國科協年會開幕式上作特邀報告《創新在中國》(清華大學校報《新清華》刊登過他的講座錄音記錄)。張首晟是楊振寧的學生。在那次報告裡,他說:「楊先生的建樹是我們這些後輩望塵莫及的,那我們到底能不能實現青出於藍而勝出藍呢?我是非常有信心的。今後20年、30年,我的學生肯定會超過他的學生。」

2012年,中國青年報刊登過一篇對張首晟的報導。其中提到,張首晟年輕時一度消沉,在德國一些科學家的墓地,他看到墓碑上刻著他們的公式,問過自己一個問題:「這一輩子要留下什麼?」

以下,是中國青年報刊登的這篇報導全文(作者 邱晨輝)。

——

不得不說張首晟在某種意義上是一個「天才」——初中還沒畢業,就趕上恢復高考,父親拿給他一套數理化自學叢書,讀了一個暑假,「試了一下」,他就考上了。

跟比自己大幾歲的高中朋友聊了幾句,他得出一個結論:「高中生懂的東西太簡單了。」在15歲那年,他「心安理得」地走進了復旦大學的課堂。

此後更是一發不可收拾。很快,這位笑稱不是「類似少年班溫室裡成長出來的學生」有了第二次嶄露頭角的機會:16歲時,國家開始公派留學生出國,他被選中派去德國柏林大學;接著,他來到美國投到楊振寧的門下攻讀物理學博士,32歲時,他被聘為史丹福大學正教授,成為該校最年輕的終身教授之一。

2009年,張首晟入選 「千人計劃」,並被清華大學特聘為教授,開始為祖國效力。此後,張首晟日益受到國內媒體的關注。這時,人們發現,這位曾在2010年獲得歐洲物理獎、2012年獲得狄拉克獎、2012年美國物理學會的巴克利獎等多個國際大獎的科學家成長之路竟是如此之「順」!

「天賦?但激情更重要!」張首晟和媒體交談時有種天然的「坦誠」,正如他對中國青年報記者所說的,「從小到大,我基本都是由著自己的『性子』來的」。

張首晟由著「性子」幹的第一件事就是讀書,「狂讀書」。他說話常常被身邊的人形容為「跳躍式」的,「剛說完甲,覺得甲這一段沒啥意思,很有可能就跳到乙去了。」不過,了解他讀書方法的人對此就見怪不怪了。

這種方法,簡單說來,就是把書讀「薄」。

以他喜歡讀的《三國演義》為例,有3指厚的一本書在他那裡不到一周就「翻」完了。「絕大多數的內容我是不看的,」他的方法聽上去有些「偷懶」,只有自己感到有意思的地方才會真正埋頭讀下去。巧合的是,這些「有意思的」,也大多是被人們稱之為精華的地方,比如他所精讀的「草船借箭」。

即便是教科書,也是如此。張首晟告訴記者,他在小學時基本上把「對自己人生影響較大」的書都讀完了,但從來沒有從頭到尾讀完過一本書。在他看來,讀書是一個了解思維方式的過程,不是吸納所有信息,而是有針對性地進行篩選。

人們通常會說,觀看影視訊息是一個被動接受知識的狀態,讀書則是一個主動的過程。這一點在張首晟那裡有一個新的解釋:讀書,讀的是前人智慧的結晶,本不是件創新的事情,讀書的順序是可以創新的。比如,一本書按照一、二、三、四的順序寫下來,讀者對前三章的內容已經有個大概了解,就沒必要再反覆讀,可以直接跳到第四章精讀。

這樣的方法還有一個好處,在這位「天才」看來,如果第四章讀不懂,可以再返回去看前三章「找答案」,既有針對性,也節約時間。

這種讀書方法得益於那段被「放養」的日子。張首晟讀小學的時間幾乎和「文化大革命」重合,那時,「書」成了精神的奢侈品,他從家裡閣樓的書櫃「偷」出這些經典著作。但他讀書並不會「一讀就是半天」或是「熬夜看書」,「我看書沒有任何壓力,完全就是憑興趣」。

他最開始涉獵的圖書並非數學、物理,而是文學。至今他依然保留著小時候讀過的《紅樓夢》和《西方哲學史》。他說,從文學的書籍裡,可以看到雕塑的美和建築的美,而那些優美的詩句更像是一種壓縮的「美」——「信息的極端壓縮」,在很少的篇幅裡面描繪出偌大的風景出來。這些都在默默地影響著他,直至對科研題目的把握。

資料圖片

如果沒有讀過愛因斯坦和狄拉克,他可能不會提出拓撲絕緣體理論的材料實現方案,更不會因此獲得「狄拉克獎」——國際理論物理學領域的最高獎。

有同行這樣評價他的研究成果:張首晟的想法不僅得益於美學的薰陶,更受到前人的啟發。

張首晟至今還能清晰地描述出英國理論物理學家、量子力學的奠基者之一狄拉克預言正電子,給他帶來對物理世界的「興奮和神往」。

多年前,狄拉克建立一個量子力學的方程,其特別之處在於,既包括正能態,也包括負能態。狄拉克由此作出了存在正電子的預言,認為正電子是電子的一個鏡像,它們具有嚴格相同的質量,但是電荷符號相反。

這一探索的過程包括很多繁冗的步驟,不過,就思路而言,可以這樣簡單地解釋:對4開根,絕大多數人想到的結果就是「2」,而狄拉克卻想到了「-2」,因為兩個「2」相乘得「4」,兩個「-2」相乘同樣得4。

狄拉克的想法提出後的第4年,美國物理學家安德森在研究宇宙射線簇射中高能電子徑跡的時候,奇怪地發現強磁場中有一半電子向一個方向偏轉,另一半向相反方向偏轉,經過仔細辨認,這就是狄拉克預言的正電子。後續的實驗則全都印證了狄拉克預言的正確性。

這就是被科學界稱為最美的「對稱」研究思路。事實上,愛因斯坦的相對論也是這個思路。

「這些就像通過數學的智慧預示了這個世界一樣,太美了!」張首晟也因此拜在楊振寧的門下,並希望得到愛因斯坦之美的啟示。

然而,進入到具體的科研過程,這種「美」似乎就有些「空中樓閣」了。事實上,剛開始去柏林讀書時,張首晟有過一段時間的「消沉」。那時,整個學界並不看好理論物理界的就業乃至對科學貢獻的前景,一些相關的研究人員也紛紛「逃離」到諸如電子信息等新興產業。

在面對物質與精神極大的矛盾時,他也困惑了。一次在德國大學城哥廷根旅遊,他來到德國科學家的墓地,張首晟開始問自己:「這一輩子要留下什麼?」

接著,他從這些科學家的墓碑上找到了答案。他發現,這些偉大科學家的墓碑十分簡單,除了名字、出生及死亡的日期,就只有一個他們創造的「公式」。

從那以後,張首晟再也不去考慮「掙多少錢」的問題了。對自己的學生,他常說這樣一句話:「要做科研,就要憑藉最原始的動力。」

張首晟常常向自己的學生講起他的原始動力。「大家常問我,創新的靈感何在?隨著年齡的增長,知識也在增長,但是創意往往是在下降。因為知識越多,看到新生事物時,就總是想能不能用老套的辦法來解決。年輕人則不同,他們雖然知識不足,但創意很多。」

作為科學工作者,作為教授,張首晟認為知識傳授給本科生,而他們則可以給自己提供很多新鮮創意,「這是一個雙贏的方法」。

從這個角度來說,張首晟十分感謝生命中「沒有高中的日子」:或許,正是刨去了「高中3年」這樣的一個知識積累的「真空期」,才給他留下更大的「想像」空間。

儘管不否認自己的成長經歷很特殊,不管是美國還是中國的教育體制都難以再造另外一個自己,但張首晟還是對中國的教育環境發展抱有很大的期待。

張首晟說,在哈佛大學,最近有一門針對本科一年級學生的課程非常受歡迎,這門課叫做「把烹調解剖到分子」。有些學生可能覺得化學很枯燥,要背很多分子式,但可能因為喜歡美食和烹調,就會有很強的動機來上這門化學課,也許將來這名學生就會成為一名化學家。

張首晟這樣告訴自己的學生,「對一個人來說,最可貴的是要有好奇心伴隨一生」。

為了保持這種好奇心,張首晟還專門養成一個獨特的生活習慣——遊泳。在他看來,遊泳是最好的放鬆方式,就像科研工作中最需要的發散型思維一樣。同樣,在遊泳之後,他一定會去趟桑拿房,如同科研工作中所需要的專注,他選擇在思維打開之後去集中想一件事,這時,很多靈感就會不自覺地「蹦出來」。

中國青年報出品

- END -

相關焦點

  • 張首晟:「拓撲絕緣體」讓電腦運算加速
    史丹福大學終身教授、美籍華人科學家張首晟,入選原因是對量子自旋霍爾效應與拓撲絕緣體的理論與實驗研究。
  • 祁曉亮: 我的拓撲絕緣體之路
    從這篇論文開始,我開始在張首晟老師的指導下,一步步走入拓撲絕緣體這個全新的領域。在這個領域中,拓撲學和簡單的絕緣體物理的結合即將帶來許多奇妙的新發現。期間,我在張老師指導下系統地研究了拓撲絕緣體的物理性質,並進一步把拓撲絕緣體推廣到拓撲超導體等新的拓撲量子態。   當時,我們研究的一個主要目的是要找到拓撲絕緣體之所以區別於其他材料的獨特性質。經過半年多的努力,我和張老師以及張老師的學生休斯(Taylor L. Hughes)終於從拓撲絕緣體的微觀理論中得到了正確的拓撲量子場論描述。
  • 拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、天使粒子和量子計算機,張首晟科普經典等及簡歷(公號回復「張首晟」下載PDF資料,歡迎轉發讚賞支持)
    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。因為人類是由原子和分子組成的奇妙物種,我們要找到普適於宇宙與人類的第一性原理,必須從最基本概念出發,那就是能量、信息與時空。它們的結合,產生了能量密度與信息密度的概念。(值得注意的一點是,物理學家引進了熵的概念,後來發現熵的統計意義就是信息,兩者是等價的。)
  • 物理學家張首晟因抑鬱症意外去世,曾發現天使粒子 | 獨家視頻
    12月6日,張首晟家人發布聲明,確認了華裔科學家張首晟於12月1日去世的消息。張首晟是因抑鬱症意外去世。張首晟家人在訃告中稱,「在與抑鬱症鬥爭後,我們深愛的首晟於12月1日(上周六)意外離世。」根據他的家人和史丹福大學物理系的電子郵件,張首晟一直在和抑鬱症作鬥爭。斯坦福校方周一就請了公關專家來處理此事了。警方認為是自殺,已經結案。
  • 著名華裔物理學家張首晟去世,楊振寧曾稱其早晚拿諾貝爾獎
    據《麻省理工科技評論》官方微博12月6日消息,著名物理學家張首晟去世,享年55歲。據透露,張首晟生前患有抑鬱症。張首晟(Shou-Cheng Zhang),美籍華裔物理學家,美國史丹福大學終身教授、美國文理科學院院士、美國國家科學院院士、中國科學院外籍院士,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:拓撲絕緣體讓電腦運算加速
    四位華裔科學家張首晟、楊培東、鄧青雲、錢澤南成奪獎熱門人選。   根據湯森路透的預測,2014預測名單包含來自9個不同國家、27個不同學術和研究組織的27位研究人員,並首次同時出現四位華裔科學家。因已成功預測了35位諾貝爾獎得主,湯森路透的「引文桂冠獎」頗受關注。上年更是成功預測了11位諾獎得主中的8位。
  • 張首晟去世 曾發現「天使粒子」有望是下一個華人諾貝爾獎獲得者
    【環球網快訊】《麻省理工科技評論》雜誌官方微博6日消息,著名物理學家張首晟去世,享年55歲。另據《文匯報》6日消息,根據他的家人和物理系的電子郵件得知,他一直在和抑鬱症作鬥爭。斯坦福校方周一就請了公關專家來處理此事了。
  • 關於張首晟離世的四個謠言
    騰訊《深網》作者 馬關2018年12月6日,華裔物理學家、史丹福大學教授張首晟的家人發布聲明,確認55歲的張首晟在與抑鬱症鬥爭後,於12月1日(上周六)意外離世。因在拓撲絕緣體方面的貢獻,張首晟一度被譽為「最接近諾貝爾物理學獎的華人科學家」。
  • 華人科學家張首晟,再也無法獲得諾獎的遺憾……
    提出「電子高速公路」方案張首晟對量子自旋霍爾效應、拓撲絕緣體進行了開創性研究,被認為是最有希望獲得諾貝爾物理獎的華人科學家之一。他在上海科學會堂的報告中預言,擁有「電子高速公路」的拓撲絕緣體將進入應用階段,為人類帶來新的半導體材料、能源材料,解決摩爾定律即將失效的難題。
  • 55歲華裔物理學家張首晟驟然離世:師從楊振寧,曾是諾獎熱門人選
    張首晟生前對拓撲絕緣體研究作出了重大貢獻,又因為「天使粒子」陷入爭議;他也是投資圈的活躍人物,參與創立丹華資本並出任董事長。其家人發布聲明稱,張首晟是因抑鬱症意外去世。張首晟的主要貢獻包括對拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、自旋電子學、高溫超導等領域的研究。2007 年,他發現的「量子自旋霍爾效應」被《科學》(Science)雜誌評為當年的「全球十大重要科學突破」之一。
  • 曝張首晟12月1日跳樓自殺,前一晚與孟晚舟共同參加晚宴
    但隨後有人在微信群裡稱,張首晟是上周六(12月1日)在史丹福大學跳樓自殺的。據鳳凰科技報導,根據張首晟家人和物理系的電子郵件通信得知,他此前一直在和抑鬱症作做鬥爭。Wood講座教授,其主要貢獻包括對拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、自旋電子學、高溫超導等領域的研究,2017年7月,張首晟與其他幾位華人科學家宣布發現「天使粒子」,這是繼「上帝」粒子、中微子、引力子之後量子物理的又一裡程碑發現,一時間在國內外名聲大噪。楊振寧曾預測,張首晟獲得諾貝爾獎只是時間問題。
  • 知名物理學家張首晟獲「影響世界華人大獎」提名
    中新網3月16日電 他是全球最為知名的華人物理學家之一,因為對拓撲絕緣體和量子自旋霍爾效應的開創性研究,他幾乎攬括了物理學界所有重量級獎項,導師楊振寧曾評價「他獲得諾貝爾獎只是時間問題」。他也是一位資本創始人,作為科學家VC第一人,他堅持用科學思維做投資,用大數據和科學理論來解讀人類歷史。
  • 張首晟歸去:也無風雨也無晴丨人物
    史丹福大學終身教授、著名華人科學家、美國科學院院士、富蘭克林獎章獲得者張首晟教授於當地時間12月1日在美國意外去世,享年55歲。根據張首晟家屬發表的聲明,「張首晟在與抑鬱症鬥爭後意外去世。」張首晟以及其名下的丹華資本專注於投資最具顛覆性的創新科技和商業模式。
  • 天才張首晟:逮到天使粒子,錯過國酒茅臺
    然而,在絕大多數人眼裡,這位牛人早已攀上了人生的巔峰——這人就是張首晟。下面這張照片中,右下方第二位中國人就是美國科學院院士、著名華裔物理學家張首晟教授。當他跟朋友聚餐時,別人都在美滋滋地享用"外熟裡生"的烤肉,他竟然能從中領悟到"有種材料是裡面絕緣、外面導電的",繼而獲得靈感,取得了拓撲絕緣體研究的重大突破。
  • 物理學家張首晟去世 出生於上海,15歲考入復旦大學
    物理學家張首晟去世曾被楊振寧評價「獲得諾貝爾獎只是時間問題」上觀新聞客戶端消息,在沙粒中看到世界,在野花中看到天堂,把無限放在手掌中,在一小時內獲得永恆。這是張首晟最喜歡的一首詩。
  • 美國華人教授張首晟獲尤裡基礎物理學獎前沿獎
    3月20日晚,瑞士日內瓦,美國史丹福大學華人物理學教授張首晟(右)獲尤裡基礎物理學前沿獎。中新社發 張首晟 提供   中新社舊金山3月20日電 (記者 劉丹)尤裡基礎物理學獎20日晚間在瑞士日內瓦舉行頒獎典禮,英國物理學家史蒂芬·霍金與歐洲核子研究組織的7名科學家分獲特別獎,美國史丹福大學華人物理學教授張首晟獲前沿獎。
  • 科學家張首晟驟然離世:曾包攬物理界多個重量級獎項
    聽從楊振寧建議從事凝聚態研究1983年,張首晟獲得德國柏林自由大學學士學位,4年後,又順利拿到紐約州立大學石溪分校博士學位。1993年,張首晟受聘於史丹福大學物理系。張首晟不僅僅是史丹福大學物理系講席教授,同時他還是中國科學院外籍院士。他的研究領域主要集中在凝聚態物理,其中重點是拓撲絕緣體。
  • 55歲華裔科學家張首晟去世 曾發現「天使粒子」
    【環球網快訊】《麻省理工科技評論》雜誌官方微博6日消息,著名物理學家張首晟去世,享年55歲。另據《文匯報》6日消息,根據他的家人和物理系的電子郵件得知,他一直在和抑鬱症作鬥爭。斯坦福校方周一就請了公關專家來處理此事了。當地警方認為是自殺,已經結案。
  • 拓撲絕緣體材料突破登上《自然》
    他們發明了一種全新材料,既具有強相關性電子相互作用,同時還具有拓撲特性的材料。這意味著,科學家們探索物理世界有了新平臺,更重要的是,他們為更穩定的量子計算鋪平了道路。這項研究和拓撲絕緣體有關,發表在了《自然》的子刊《自然-物理學》上。簡單科普一下拓撲絕緣體的概念。首先,拓撲本身是個數學概念,它研究的是「不連續」的特徵。
  • 與張首晟的三面半之緣:10月底稱正與上海科大合作量子計算
    張首晟 資料圖12月6日,華裔物理學家、史丹福大學物理學教授張首晟的家人發布聲明,確認55歲的張首晟於12月1日因抑鬱症意外去世。因在拓撲絕緣體方面的貢獻,張首晟一度被譽為「最接近諾貝爾物理學獎的華人科學家」。2013年9月,張首晟與自己的學生谷安佳一起,創立了丹華資本(Danhua Capital)。