張首晟：科學(xué)家的探險(xiǎn)與浪漫

錢(qián)煒

提名理由

2014年，張首晟被全球科學(xué)界公認(rèn)為最有實(shí)力獲得本年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家之一。盡管諾獎(jiǎng)的獲得具有很多不確定因素，但張首晟在拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域的突破是物理學(xué)界公認(rèn)的重大成就，而且這一理論上的進(jìn)步有望應(yīng)用于信息技術(shù)中，徹底改變?nèi)祟惖娜粘Ｉ睢Ｕ驗(yàn)槿绱耍绹?guó)富蘭克林獎(jiǎng)委員會(huì)決定將本年度富蘭克林物理獎(jiǎng)授予張首晟，獎(jiǎng)勵(lì)他在拓?fù)浣^緣體研究領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

2014年9月底，《中國(guó)新聞周刊》記者收到華裔物理學(xué)家張首晟發(fā)自美國(guó)斯坦福大學(xué)的電子郵件，他在郵件中簡(jiǎn)單而平和地說(shuō)：“如果是那樣，我很愿意接受你的采訪。”

此時(shí)正臨近諾貝爾獎(jiǎng)宣布的日子，張首晟被視為諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者的大熱門(mén)。為此，記者唯恐這名物理學(xué)家像當(dāng)年的作家莫言那樣，一夜之間名揚(yáng)天下就不再僅僅屬于“科學(xué)圈兒”了，于是提前與他進(jìn)行了采訪的“預(yù)熱”。張首晟在郵件中所說(shuō)的“那樣”，就是獲得諾獎(jiǎng)這個(gè)愿望。

然而，張首晟在2014年里沒(méi)有成為大眾明星。盡管如此，有人說(shuō)，他獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題。對(duì)此，他回答說(shuō)，“我認(rèn)為諾貝爾獎(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)。”

燒烤時(shí)產(chǎn)生的靈感

2014年11月3日，美國(guó)富蘭克林學(xué)會(huì)宣布授予張首晟本杰明·富蘭克林獎(jiǎng)，以獎(jiǎng)勵(lì)他在拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域的突破。可是，這個(gè)有幾分“小眾”的科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)似乎不足以讓普通人認(rèn)識(shí)張首晟。而實(shí)際上，從富蘭克林獎(jiǎng)?wù)略O(shè)立以來(lái)，有許多科學(xué)巨匠曾榮獲此獎(jiǎng)，其中包括家喻戶曉的愛(ài)因斯坦、居里夫人、愛(ài)迪生等。而張首晟則是繼楊振寧之后第二位獲此殊榮的華裔科學(xué)家。

在獲得富蘭克林獎(jiǎng)之前，張首晟已經(jīng)獲得過(guò)物理學(xué)界的眾多榮譽(yù)，包括歐洲物理獎(jiǎng)、奧利弗·巴克利獎(jiǎng)、狄拉克獎(jiǎng)以及物理前沿獎(jiǎng)等國(guó)際頂級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。然而，富蘭克林獎(jiǎng)于他而言似乎更有意義。

“我感到十分榮幸和激動(dòng)，不單單是因?yàn)檫@是我所獲獎(jiǎng)項(xiàng)里面歷史最悠久的一個(gè)。也因?yàn)檫@是我首次和偶像愛(ài)因斯坦獲得的共同獎(jiǎng)項(xiàng)。”在得到獲獎(jiǎng)的消息后他表示，“本杰明·富蘭克林是我心目中的偉大英雄，他是一位非常偉大的科學(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弧Ｎ铱释运麨榘駱樱丝茖W(xué)本身以外，還能夠更多為社會(huì)做出貢獻(xiàn)。所以，獲得此獎(jiǎng)對(duì)我來(lái)說(shuō)意義非凡。”

凝聚態(tài)物理、拓?fù)浣^緣體，張首晟的研究領(lǐng)域令普通人聽(tīng)起來(lái)高深莫測(cè)。有一次，他和地產(chǎn)大亨潘石屹一起做一個(gè)電視訪談節(jié)目——這個(gè)節(jié)目專門(mén)以這種混搭的方式來(lái)邀請(qǐng)?jiān)L談嘉賓。

面對(duì)一臉迷茫的“潘總”，張首晟解釋說(shuō)：在常規(guī)半導(dǎo)體中，電子受隨機(jī)散射的影響而損失能量。這就好像雖然你有一輛名車(chē)，但是它卻運(yùn)行在擁擠的集市上，發(fā)揮不出名車(chē)的效果來(lái)。而在拓?fù)浣^緣體中，電子就像運(yùn)行在高速公路上的汽車(chē)，相反方向的運(yùn)動(dòng)在空間上是分離的，只要電子在拓?fù)浣^緣體線路內(nèi)運(yùn)動(dòng)就不會(huì)有電阻，與普通材料連接的時(shí)候才會(huì)有一些電阻。

名車(chē)、集市，這樣通俗的比喻讓潘石屹連連點(diǎn)頭。緊接著，張首晟又解釋了這種新材料的應(yīng)用前景：很多國(guó)家已經(jīng)在大力對(duì)拓?fù)浣^緣體進(jìn)行投資了。拓?fù)浣^緣體能夠用來(lái)制造消耗能量很少的半導(dǎo)體芯片，這也意味著將來(lái)手機(jī)能夠待機(jī)更長(zhǎng)時(shí)間。

熟悉美國(guó)喜劇《生活大爆炸》的人都記得，劇中那個(gè)天才謝爾頓就是理論物理學(xué)家，他在其中一集還特別用拓?fù)浣^緣體的知識(shí)來(lái)炫耀自己的無(wú)所不知。在文藝作品中，科學(xué)家往往都被描寫(xiě)成不懂生活的“呆子”，而張首晟則不是那樣，他有豐富的個(gè)人愛(ài)好和自己的朋友圈。據(jù)他介紹，拓?fù)浣^緣體理論的材料實(shí)現(xiàn)方案，就是在一次與朋友的燒烤聚會(huì)上提出來(lái)的。

那是2006年的7月26日，因?yàn)檠芯窟M(jìn)入瓶頸期，張首晟被困擾了很久。在那一天的燒烤聚會(huì)上，張首晟為朋友烤著肉，聽(tīng)著大家閑聊，“有那么一剎那，完全不相干的線索完全串聯(lián)了起來(lái)”——至此，拓?fù)浣^緣體這一將在信息學(xué)中得到重要應(yīng)用的科學(xué)預(yù)言，有了轉(zhuǎn)為技術(shù)應(yīng)用的可能。

圖/受訪者提供

物理之美及其他

對(duì)于選擇物理學(xué)作為自己終生的事業(yè)，張首晟表示，這主要是好奇心和對(duì)美的追求使然。“物理學(xué)是所有自然科學(xué)中最基本的學(xué)科，我們?cè)噲D把物質(zhì)分割成最小的單元，再?gòu)闹辛私馊f(wàn)物是如何從這些最基本單元構(gòu)建而成的。”

在他看來(lái)，“物理學(xué)非常優(yōu)美，是描繪自然的詩(shī)篇。在詩(shī)歌中，我們?cè)噲D用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言抒發(fā)復(fù)雜的情感，在物理學(xué)中，像E=MC2這樣的方程式就可以描繪從極小尺度的原子到極大尺度的宇宙，這真是美極了！”他說(shuō)，他癡迷于物理學(xué)，就是因?yàn)槟軌蛴煤?jiǎn)單、普適、美麗的方式來(lái)描繪大自然的規(guī)律。

“中國(guó)現(xiàn)在正在從生產(chǎn)大國(guó)成為一個(gè)發(fā)明、發(fā)現(xiàn)的大國(guó)，這需要更多的年輕人對(duì)科學(xué)有濃厚的興趣和鉆研的勇氣。”如今，張首晟不僅僅在美國(guó)斯坦福大學(xué)任教和進(jìn)行科研。作為“千人計(jì)劃”的科學(xué)家及中國(guó)清華大學(xué)的教授，他和許多海外高端人才一樣，每年往返于中美兩地進(jìn)行教學(xué)和科研合作。

“值得注意的是，現(xiàn)在越來(lái)越多的華人選擇回到中國(guó)工作。其中有很多年輕人，就是在美國(guó)讀完博士學(xué)位，有一兩年在國(guó)外做研究的經(jīng)驗(yàn)之后，回到中國(guó)做科研或者任教，我覺(jué)得中國(guó)的未來(lái)就是靠這些年輕人”。

除了在清華與中國(guó)年輕的科學(xué)家緊密合作，張首晟在斯坦福也有很多中國(guó)學(xué)生，他說(shuō)，“從他們身上，我看到了中國(guó)科學(xué)界未來(lái)的希望”。

張首晟認(rèn)為，對(duì)年輕人來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)對(duì)科學(xué)追求的熱情才是最為可貴的。這也是他在忙于自己研究的同時(shí)，還堅(jiān)持教授本科生的原因所在。無(wú)論是在美國(guó)，還是在中國(guó)，張首晟接觸到很多優(yōu)秀的中國(guó)學(xué)生，他認(rèn)為這些年輕人有很好的基礎(chǔ)和很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。

張首晟在中國(guó)接受了基礎(chǔ)教育，而后又赴德國(guó)和美國(guó)深造，因而在中國(guó)與西方教育的對(duì)比方面很有體會(huì)。他坦言，中國(guó)學(xué)生的基礎(chǔ)教育扎實(shí)，但在研究生階段創(chuàng)意還比較缺乏。他認(rèn)為，中國(guó)的高等教育還處于從“蘇聯(lián)式”向“美國(guó)式”過(guò)渡當(dāng)中。

在清華大學(xué)的教學(xué)，張首晟并沒(méi)有安排專業(yè)課，而是講他自己設(shè)計(jì)的《科學(xué)創(chuàng)新》課程，“因?yàn)樵谇迦A以及中國(guó)頂尖高校，更重要的是點(diǎn)燃學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣”。除此之外，張首晟認(rèn)為科學(xué)也需要人類觀，科學(xué)的方向也非常重要，“所以我也會(huì)選擇一些題目講解，讓大家在科學(xué)的路口選擇時(shí)有一些方向”。

生于“書(shū)香門(mén)第”的張首晟喜歡藝術(shù)、文學(xué)，在其任教的斯坦福大學(xué)附近，有羅丹雕塑的藝術(shù)館，張首晟在研究沒(méi)有思路的時(shí)候，就會(huì)散步到羅丹的雕塑前。他最喜歡的是《思想者》，他說(shuō)看著那專注沉思雕塑，會(huì)給他很大動(dòng)力。

在北京授課、做研究的間隙，他經(jīng)常去國(guó)家大劇院看話劇、聽(tīng)歌劇。他笑稱自己是個(gè)“很會(huì)生活的人”，張首晟覺(jué)得這些個(gè)人愛(ài)好與科學(xué)都是相通的。

在獲得富蘭克林獎(jiǎng)之后，張首晟又翻出了富蘭克林的傳記，而他同時(shí)在讀的另一本書(shū)是德國(guó)文學(xué)巨匠歌德的《浮士德》，“在德國(guó)留學(xué)的經(jīng)歷讓我養(yǎng)成了閑時(shí)閱讀德國(guó)詩(shī)歌的習(xí)慣”。

在授權(quán)“賽先生”（由科學(xué)家饒毅、魯白和謝宇三人發(fā)起的一個(gè)旨在“與科學(xué)同行”的微信平臺(tái)）發(fā)表的獲獎(jiǎng)感言中，張首晟表示：先賢們給富蘭克林獎(jiǎng)創(chuàng)造的燦爛與輝煌不敢直視，只求獎(jiǎng)?wù)履苁垢惶m克林的精神在我求知路上時(shí)時(shí)相伴。科學(xué)的人生充滿著探險(xiǎn)的浪漫，科學(xué)家的社會(huì)使命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越科學(xué)本身。不求生命無(wú)盡，只求一生的貢獻(xiàn)，能作為點(diǎn)點(diǎn)滴滴匯入人類文明的長(zhǎng)河。

張首晟

美籍華裔物理學(xué)家，美國(guó)斯坦福大學(xué)教授、清華大學(xué)高等研究院教授、中國(guó)科學(xué)院外籍院士。因在“量子自旋霍爾效應(yīng)”理論預(yù)言和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)，張首晟與4位歐美科學(xué)家共同榮獲2010年“歐洲物理獎(jiǎng)”，其后，他又獲得物理學(xué)領(lǐng)域眾多的世界性獎(jiǎng)項(xiàng)，包括2014年11月3日獲得富蘭克林物理獎(jiǎng)。