痛失 | 张首晟：狂读书的神童，消失在了茫茫宇宙中
杰出菁英
张首晟，1963年出生，复旦大学物理系78级，非凡的国际物理学家，生于上海，斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授。他发现的“量子自旋霍尔效应”被《科学》杂志评为“全球十大重要科学突破”之一。基于他对拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应的开创性研究，张首晟已包揽物理界所有重量级奖项，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、尤里基础物理学奖和富兰克林奖。2018年12月1日不幸离世。
杨振宁
他获得诺贝尔奖只是时间问题
1978年，在没有读过高中的情况下，15岁的张首晟直接考入复旦大学物理系。1979年（大二），作为交流学生被送往德国柏林自由大学深造。1983年，获德国柏林自由大学硕士学位，同年赴美国纽约州立大学石溪分校，师从著名物理学家杨振宁教授攻读博士学位，1987年获物理学博士学位。
1987年，他进入加州大学的SantaBarbara分校从事博士后研究。1989年底，结束博士后研究，与妻子余晓帆一起到了SanJose的IBM继续从事科学研究工作。1993年，被评为斯坦福大学物理系副教授。1995年，年仅32岁的张首晟被聘为斯坦福大学物理系教授，成为斯坦福大学最年轻的终身教授之一。
2013年，入选中国科学院外籍院士。2015年，入选美国科学院（USNational Academy of Sciences）院士。
1999年，联合硅谷企业家们共同创办了华源科技协会，并在他家后院开了首次会议。现在华源已成为硅谷最大的华人科技创业社团，会员多为中美之间的技术领导者、投资者和企业家，福布斯40名40岁以下CEO榜单中也屡屡出现会员的身影。此外，他在斯坦福大学任创业导师，帮助多位学生创办公司，并作为天使投资人，成功的投资了VMware(NYSE:VMW)。5年后，VMWare被EMC收购，后来又在纽交所上市，如今市值已达440亿美元。
2013年张首晟与他斯坦福的学生谷安佳博士联合创立丹华资本，意在以斯坦福大学为核心，专注于投资美国最具颠覆性的创新科技及商业模式，连接美国的创新与中国市场。“丹”既代表斯坦福（又译为史丹福），又有“赤子丹心”之意，“华”取自中华。丹华资本目前规模已经达到9000万美元，并且已经投资了12家公司。 他担任丹华资本创始董事长。
张首晟对这个世界的主要贡献包括，对拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应、自旋电子学、高温超导等领域的研究。其代表性工作为高温超导的SO(5) 理论、4维量子霍尔效应、室温无耗散自旋流等等。
张首晟领导的研究团队于2006年提出了“量子自旋霍尔效应”，将其基于芯片业未来提出的新构想——通过控制电子的自旋运动来降低能耗——在理论上完成了预言。2007年，这一理论预言被德国维尔茨堡大学实验小组通过实验证实。同年，张首晟领导的研究团队提出的“量子自旋霍尔效应”被《科学》杂志评为2007年“全球十大重要科学突破”之一。
这项研究计划获得美国能源部与国家科学基金会基金支持，因为是华人，张首晟也多了与亚洲的联系。他透露，量子自旋霍尔效应是新科技研究方向，未来将有机会与中国大陆、台湾与香港地区的学术机构合作发展。
2017年7月21日凌晨，张首晟及其团队在美国科学杂志上发表了一项重大发现：在整个物理学界历经80年的探索之后，他们终于发现了手性Majorana费米子的存在。
这一发现，验证了由意大利理论物理学家Ettore Majorana在80年前提出的预测——存在一类没有反粒子的粒子。同时也证明了存在一种比量子还小的单位，这将对现在的量子理论带来巨大的改变。张首晟将这一新发现称为“天使粒子”。普通群众可能暂时难以理解这一发现，但是对基础物理界来说，这或将开启一个新的时代。
1993年，张首晟获IBM研究部杰出创新奖。2010年7月，荣获德国“古登堡研究奖”。2010年9月，因在“量子自旋霍尔效应”理论预言和实验观测领域的开创性贡献，获欧洲物理学会颁发的欧洲物理奖，成为获得该奖项的首位华人科学家。2011年9月，获香港求是科技基金会“求是杰出科学家奖”。2011年，入选美国艺术与科学院（AmericanAcademyofArtsandSciences）院士。2012年，荣获美国物理学会颁发的凝聚态物理最高奖--奥利弗·巴克利奖（OliverBuckley奖）2012年8月，荣获联合国教科文组织下属的国际理论物理学中心“狄拉克奖”（国际理论物理学领域最高奖）。2013年3月，因在拓扑绝缘体方面的研究获得尤里基础物理学奖前沿奖。2014年11月3日，因在拓扑绝缘体研究领域的开创性贡献，与两位科学家Kane和Mele一起分享了该年度富兰克林物理奖。
故事从祖父讲起
张首晟的祖父张彝，字则民，江苏高邮人。1906年考入复旦公学，是复旦建校后的第二届学生，1909年毕业，同时毕业的共16人。文凭上清晰地记录着张彝先生的国文、法文、伦理、化学、三角、体操等12门功课的毕业考试成绩，总平均分为80分8厘，在校三年他的总平均分达到77分7厘。监督（校长）高凤谦和教务长李登辉签发了该证书。
2004年冬，张首晟先生来复旦讲学时透露，伯父在清理祖父遗物时，发现了这张最早的复旦文凭，2005年时值复旦百年华诞，张首晟先生把珍藏的“宝物”捐献给了母校，目前已陈列于复旦大学校史陈列馆。
他的妻子余晓帆，二人育有一子一女。
天才神童
张首晟在某种意义上是一个“天才”——初中还没毕业，就赶上恢复高考，父亲拿给他一套数理化自学丛书，读了一个暑假，“试了一下”，他就考上了。在15岁那年，他“心安理得”地走进了复旦大学的课堂。16岁时，国家开始公派留学生出国，他被选中派去德国柏林自由大学；接着，他来到美国投到杨振宁的门下攻读物理学博士，32岁时，他被聘为斯坦福大学正教授，成为该校最年轻的终身教授之一。
跳跃读书
张首晟由着“性子”干的第一件事就是读书，“狂读书”。他说话常常被身边的人形容为“跳跃式”的，了解他读书方法的人对此就见怪不怪了。他在小学时基本上把“对自己人生影响较大”的书都读完了，但从来没有从头到尾读完过一本书。在他看来，读书是一个了解思维方式的过程，不是吸纳所有信息，而是有针对性地进行筛选。
张首晟曾介绍，“总的来讲，我们发现了一个新的电子运动规律。电子运动本来是杂乱无章的，但现在我们能让电子的运动就像高速路上的汽车一样，分成不同的车道，各行其道，互不干扰。简单的说，就是使得电子的运动更有效率，而且不会消耗很多的能量”。
拓扑绝缘体有可能将信息社会带到更高层次，甚至会带来一场产业革命。“基础物理与霍金研究的宇宙深处的奥秘一样，跟日常生活没有太大关系，但我们的科学灵感有可能在今后五至十年内真正改变我们的生活。如果有一天，我们的努力从根本上改变了人类社会，那将是对科学家最高的奖励”，张首晟曾说。
张首晟到美国纽约州立大学石溪分校，成为杨振宁的弟子。出乎他意料，杨振宁向他推荐了凝聚态物理。许多年后张首晟怀着感恩之心，长篇描述杨振宁对自己研究的帮助和教诲。
1976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。第二年，高考正式恢复。当时他正在读初三，如果提前参加高考，一旦落榜，就会失去升高中的资格。这是他人生的第一次冒险。
1978年9月，他走进了复旦大学物理系。
张首晟的妻子余晓帆是父亲朋友的女儿，他们是青梅竹马。余晓帆到美国后在石溪纽约州立大学念研究生，曾在IBM工作，后教数学。他们的子女也很优秀，儿子在哈佛念物理，女儿刚上斯坦福的一年级。儿子在数学方面已显示过人的禀赋，还参加过国际物理奥林匹克竞赛。
全家合影
2015年，张首晟这样写道：今夜亲手翻开牛顿首版Principia的千年伟著，深感斯人已去，英魂长存，每句每辞，都在唤醒我少年时代的梦想。今夜手按Principia庄严而立志，为追求大统一的万物理论而贡献。填补先贤们留下的空白，是我们这辈学子们的最神圣使命，也是全人类最崇高的梦想。为实现这个美丽的梦想，我们必须穿越时空，量子纠缠，潜入普朗克长度的万丈深渊，高攀普朗克能量的奇险顶峰。路漫漫其求修远兮，吾将上下而求索！
1987年张首晟博士毕业时与杨振宁的合影
永远保持好奇心
张首晟对国内年轻一代科学家在原创性研究方面寄予厚望。“希望他们不要只是跟风，什么热门就做什么，而是学会独立判断，真正用好奇心来驱动科学研究。”他说，好奇心驱动是做原创性工作最重要的素质之一。
2013年张首晟与学生联合创立丹华资本，他去世之前担任丹华资本的创始董事长。在张首晟看来，无论是做科学家，还是做风险投资人，其共性是做一个好老师，因为两者都需要带团队。这个真正完美的世界是一个量子的世界，就是量子的一个粒子，它的确是百分百可以平行做两件事情的，量子的世界是平行的。“我现在54岁，感觉人生才刚刚开始。”
延伸阅读
阁楼的孤独
作者 | 李斯嘉
来源 | 青塔
张首晟的逝世是国际科学界的巨大损失。
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。
阁楼少年的启蒙教育
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）
张首晟和夫人余晓帆2017年9月14日摄于华东师范大学
2018年10月16日，张首晟与老师杨振宁在一起
张首晟摄于2017年7月
2018年5月，张首晟与郭宇航在上海
华东师范大学校长钱旭红与张首晟夫妇
仰望新三届学长，年轻学子们静静聆听张首晟演讲
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