楊振寧首度發(fā)聲憶愛徒：張首晟是第一流的物理學(xué)家

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2018-12-09 21:21

12月6日，美籍華裔物理學(xué)家張首晟的家人發(fā)布聲明，確認(rèn)55歲的張首晟于12月1日意外去世。作為張首晟在美國紐約州立大學(xué)石溪分校攻讀博士時的老師，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎得主楊振寧9日獨(dú)家致信光明日報，回顧張首晟的科研歷程和卓越成就，表達(dá)對愛徒的無限懷念和哀悼。

以下為楊振寧先生親撰文章：

張首晟是第一流的物理學(xué)家

凝聚態(tài)物理研究的對象是物質(zhì)的各種性質(zhì)：銅為什么能導(dǎo)電，而橡皮就不能？為什么水會結(jié)冰，會變成蒸汽？等等。這個領(lǐng)域與應(yīng)用，與世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展，與人類的日常生活都有密切關(guān)系，所以是物理學(xué)中特別重要的領(lǐng)域。張首晟在此領(lǐng)域做出多項(xiàng)重要工作。其中最重要的是：關(guān)于自旋霍爾效應(yīng)（QuantumSpin Hall Effect，QSH）的震驚物理學(xué)界的工作。

2005-2006年，美國賓州大學(xué)（University of Pennsylvania）的C.L. Kane和張首晟獨(dú)立發(fā)表理論論文，指出有些復(fù)合物在適當(dāng)條件下可能有表面導(dǎo)電現(xiàn)象。這兩篇文章立刻引起所有凝聚態(tài)物理工作者的注意。可是哪些化合物，在何種條件下，才會有此奇特的表面導(dǎo)電現(xiàn)象是一個大難題。

首晟告訴我，他和幾位半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家于2006年計(jì)算了多種半導(dǎo)體中的量子井（Quantum Well）的性質(zhì)，于2006年11月15日發(fā)表了一篇文章，預(yù)言一種特別的汞-碲-鎘（Hg-Te-Cd）半導(dǎo)體量子井會有表面導(dǎo)電及其他重要現(xiàn)象。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？我認(rèn)為回答是：他們有深入的物理直覺。

2007年德國Würzburg大學(xué)Molenkamp的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，根據(jù)此建議調(diào)試了一個HgTe/(HgCd)Te量子井，最后發(fā)現(xiàn)果然有導(dǎo)電和其他現(xiàn)象。那年12月莫倫坎普團(tuán)隊(duì)與張首晟和他的學(xué)生祁曉亮聯(lián)合發(fā)表了一篇文章，公布實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此文章是近年來最最震驚物理學(xué)界的文章。

物理學(xué)界普遍認(rèn)為張、Kane和Molenkamp一定會得諾貝爾獎，現(xiàn)在張不幸逝世，我相信Kane和Molenkamp早晚會得到諾貝爾獎。

兩位物理學(xué)大家的師生情緣

沉淀了幾日之后，96歲的楊振寧發(fā)出的這封信，克制卻包含深情，抹不去的是他對愛徒的欣賞與懷念。

“對他來說，獲得諾貝爾獎只是時間問題。”早在此前，楊振寧就毫不諱言地表達(dá)對張首晟科研成就的認(rèn)可。這不只是老師對學(xué)生的偏愛。基于對拓?fù)浣^緣體和量子自旋霍爾效應(yīng)的開創(chuàng)性研究，張首晟包攬了物理界所有重量級獎項(xiàng)；而國際理論物理學(xué)中心狄拉克獎、尤里基礎(chǔ)物理學(xué)獎、富蘭克林獎等獎項(xiàng)的得主，通常是諾貝爾物理學(xué)獎的候選人。

而就在今年的10月16日，在華東師范大學(xué)建校67周年校慶日時，楊振寧和張首晟還師生同臺，共同做客該校大師講堂首講，寄語年輕學(xué)子“要在書本外多動一下腦筋”，留下了師生同臺的一段佳話。

“楊先生是我的偶像，他改寫了我一生的研究方向。一切偉大的科學(xué)靈感和被驗(yàn)證的過程就來自于‘尋美求真’的理念。”在當(dāng)天的演講中，張首晟圍繞“尋美求真”主題，回顧了自己如何在楊振寧先生指引下從高能物理轉(zhuǎn)向凝聚態(tài)物理并取得成功的科研之路，認(rèn)為自己深受恩師尋美求真風(fēng)格以及飲水思源愛國精神的影響。

而再往前追溯，這段兩位物理名家之間的師生情緣則在張首晟少年時期就已經(jīng)埋下了種子。

在一次會議中張首晟曾回憶，早在中學(xué)時代，已了解楊振寧的科學(xué)事跡，并深受鼓舞努力學(xué)習(xí)物理學(xué)科；到石溪深造也是受到楊振寧朋友影響，因?yàn)闂钤谠撔?zhí)教。

公開信息顯示，1983年，獲德國柏林自由大學(xué)碩士學(xué)位之后，張首晟去了美國的紐約州立大學(xué)石溪分校，師從物理學(xué)大師楊振寧，攻讀博士學(xué)位，研究方向是楊老用心推薦卻又不為人知的凝聚態(tài)物理。

在紐約州立大學(xué)石溪分校，楊振寧用心教導(dǎo)張首晟，并且不支持張首晟走自己的老路——從事基本粒子物理研究。張首晟曾回憶，兩人第一次見面，他告訴老師，自己的興趣是追逐愛因斯坦的夢想，將引力和其他力統(tǒng)一起來。楊振寧則直接回應(yīng)，不贊成追求這樣一種目標(biāo)，物理學(xué)是一門寬泛的學(xué)科，隨處可以找到有趣的問題。

張首晟一開始并不明白老師的用心，但日后，他領(lǐng)悟到了楊老的遠(yuǎn)見，因?yàn)楫?dāng)時的楊振寧就篤定凝聚態(tài)物理在今天的物理學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展最快。

癡迷“美與簡潔”的天才

更讓張首晟得益匪淺的是，楊振寧，這位有著詩人氣質(zhì)的科學(xué)家，帶領(lǐng)著他領(lǐng)略到了不一般的科研境界。

在楊振寧為研究生新生開設(shè)的“理論物理問題選”課程上，張首晟明白老師所言，“自然的復(fù)雜性可以統(tǒng)一于理論的美與簡潔之中，而理論物理學(xué)的意義正在于此。”

“他告訴我，詩歌追求的境界是用兩句話將復(fù)雜的感情說清楚，科學(xué)也是追求用一個簡單的公式去描寫大自然的所有萬千現(xiàn)象。藝術(shù)和科學(xué)是相通的，F(xiàn)=ma’、‘E=MC2’就是描寫大自然的最美麗的詩句。”

導(dǎo)師的話，激活了張首晟對于藝術(shù)的啟蒙記憶。

“為美所驅(qū)追求科學(xué)，真是一種最高的境界，楊振寧先生帶領(lǐng)我進(jìn)入的境界，在書本上是學(xué)不到的。”張首晟感慨。后來，張首晟展望物理學(xué)發(fā)展的未來，覺得隨著學(xué)科越來越專業(yè)化，隔行如隔山，而如要真正做出創(chuàng)新，科學(xué)家還需更高的視野。

他舉例說，牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力，說明了三大力學(xué)定理，但當(dāng)時理論物理根本沒有這個名詞，他那本奠定物理學(xué)基礎(chǔ)的書叫Mathematical Principles of Natural Philosophy，這是歷史上最成功的用數(shù)學(xué)語言來描寫大自然，體現(xiàn)著無與倫比的的美。“因?yàn)樵谧罡叩木辰缟希茖W(xué)跟藝術(shù)，科學(xué)跟美，主觀、客觀是統(tǒng)一在一起的。”

在這一點(diǎn)上，張首晟頗得導(dǎo)師的精神。師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個人，從基本粒子物理突然轉(zhuǎn)向凝聚態(tài)物理并非一件輕而易舉之事，好學(xué)而刻苦的張首晟做成了。而對于“美與簡潔”的追求，不僅僅影響他的學(xué)術(shù)研究，在后來的投資中同樣有所體現(xiàn)。

幾年前，張首晟斯坦福的同事準(zhǔn)備了茅臺酒，準(zhǔn)備等張首晟獲得諾貝爾物理學(xué)家之后把酒高歌，慶祝一番。可惜，張首晟的人生休止符最終停留在了2018年12月1日。