发现天使粒子逼近诺贝尔物理奖 张首晟:我以为我会成为一名文科生

2017年08月01日 美国中文网


提示点击上方"美国中文网"↑订阅本微信推广平台


导读


7月20日,《科学》杂志发表的一篇文章让物理学界大为振奋,也让斯坦福大学华裔物理学教授张首晟的名字被全球华人广泛熟知。在“天使粒子”发现者之外,这位享誉世界的物理学家还有另外一个身份——天使投资人。7月27日,张首晟在位于硅谷帕拉阿图市的投资基金办公室内接受了美国中文网访问,谈及他作为物理学家、投资人和教育者的多重人生角色。

张首晟在丹华资本办公室接受美国中文网专访

美国中文网贺天摄


不熟悉张首晟的人听他讲起话来,会觉得他更像个文人。


比如,他最近在读的一本书名叫《De Rerum Natura》,这是古希腊诗人提图斯·卢克莱修·卡鲁斯(Titus Lucretius Carus)代表性的哲学长诗,英译名为《De Rerum Natura》,中文翻译成《物性论》。这本在1473年整理出版的长诗,是现存唯一系统阐述古希腊罗马的原子唯物论的著作。


虽说喜好古诗文学,但一本书到底显露了他真实的身份——理论物理学家。这位被杨振宁认为“早晚会获诺贝尔奖”的当代著名物理学家,最近因为“天使粒子”的发现成了媒体争相报道的对象。


凭借在“量子自旋霍尔效应”和“拓扑绝缘体”两大研究中的重要贡献,张首晟已经囊括了除诺贝尔奖之外的几乎所有物理学顶级奖项。最近,在他的理论指导下,全球物理学界追捕了近80年的神秘粒子马约拉纳(Majorana)费米子被发现,将他与诺贝尔物理学奖的距离又拉近了一步。


“天使粒子”是张首晟对于手性马约拉纳费米子的别称,命名源自张首晟喜爱的一部文学作品,丹·布朗(Dan Brown)的《天使与魔鬼》。在这本小说中,布朗描述了正反粒子湮灭爆炸的场景。“过去我们认为有粒子必有其反粒子,正如有天使必有魔鬼。但今天,我们找到了一个没有反粒子的粒子,一个只有天使,没有魔鬼的完美世界。”张首晟告诉美国中文网,他折服于大自然的完美,在理论物理学的研究之路上也一直力求“寻美而求真”。


《天使与魔鬼》同名电影由汤姆·汉克斯主演


很少有人知道,如今站在全球理论物理学研究这一金字塔顶尖的张首晟竟曾因为热爱学习让父母颇为苦恼。


1963年,祖籍江苏高邮的张首晟(Shoucheng Zhang)在上海出生。因为历史原因,少年时代的张首晟上学不多,但书读不少。家里的三楼阁间是张首晟至今依然深刻的回忆,“那里存着不少祖父辈喜爱的书籍,多是文学、哲学、历史类”,唯一的理科书则是父亲在暑假买给他的一套数理化自学手册。


张首晟爱读书,这让父母有些苦恼。“反正是要上山下乡的,书读不多也到罢了,读多了真要上山下乡时反倒可能更痛苦”。事实证明,父母的担心最终成了多虑,1978年,在中国大陆恢复高考的第二年,没上过一天高中的张首晟靠着自学掌握的知识顺利考入了复旦大学。


那一年,他15岁。


天性浪漫的理论物理学家


当年沉浸在阁楼大量文学作品当中的张首晟一直觉得自己以后可能会成为一个文科生,没曾想到,日后竟成了一位科学家,走上了理论物理学的研究之路。


“之所以选择物理系,是因为华人物理学家杨振宁和李政道获得诺贝尔奖的消息鼓舞了那个时代的年轻人”,张首晟解释称,自己走上物理学研究之路,是受杨振宁的极大影响。1957年,因为共同提出宇称不守恒理论,美籍华裔物理学家杨振宁和李政道一同分享了当年的诺贝尔物理学奖。1983年,20岁的张首晟成了杨振宁在纽约州立大学石溪分校的博士学生。


杨振宁(右)与李政道

年轻时的张首晟(左)与杨振宁


在那之前,张首晟在读大二时获得公派资格赴德国柏林自由大学留学,并在那里获得了学士和硕士学位(德国正规大学的Diplom学位相当于本硕连读)。1987年,从纽约州立大学石溪分校毕业之后,张首晟又在加州大学圣塔芭芭拉分校进行了两年的博士后研究,并在IBM继续了四年的科学研究工作。1993年,张首晟受聘于斯坦福大学,并很快以33岁的“低龄”获得该校终身教职。现在,张首晟是美国文理科学院院士、美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士,同时担任斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系讲座教授。


最近一些年,张首晟常常被路透社等媒体评为最有可能获得诺贝尔物理学奖的优秀理论学家,他的恩师杨振宁更是在接受媒体采访时断言他得诺贝尔奖“只是早晚”。


这一切的开端要追溯到十多年前。


2006年,张首晟率先提出“拓扑绝缘体”概念,并在次年由德国实验团队验证,成为2007年《科学》杂志评选出的十大重要发现之一。在此基础上,他领导的理论团队又在2008年提出“量子自旋霍尔效应”概念。这些理论贡献陆续在《科学》和《自然》这两份顶级学术期刊上发表。张首晟也因此在随后的几年当中包揽了物理界几乎所有重量级奖项,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章。其中,“拓扑绝缘体”的概念还被热门美剧《生活大爆炸》的编剧们写进了第四季第14集的剧本当中。


《生活大爆炸》第四季第14集片段


据张首晟介绍,在“拓扑绝缘体”和“量子自旋霍尔效应”之后,其领导的理论研究团队又在2010年至2015年间陆续发表了数篇论文,“这些文章精准预言了观测到‘天使粒子’的实验条件和数据指征,并被由UCLA、UC Davis和UC Irvine华人教授领衔的联合实验小组采纳,且最终成功验证”。


“这次‘天使粒子’的发现是理论与实验紧密结合的结晶”,张首晟在微信朋友圈中写下这句话,并表示,需要“对实验物理学家的辛勤工作保持崇高的敬意!”


《科学》杂志当期封面(上)及文章相关内容


天性浪漫的张首晟将“天使粒子”的发现过程比喻成做蛋糕,拓扑绝缘体是蛋糕基底,磁性物质是草莓,超导体是奶油。在拓扑绝缘体的蛋糕基础上添加磁性物质便形成了量子自旋霍尔效应,再加上超导体便可观察到马约拉纳费米子的迹象。蛋糕、草莓和奶油的层层叠加就产生了一道物理学的成果大餐,而这一切被张首晟形容为“灵机一动”。


“就如同牛顿被苹果砸中后,想到了万有引力一样,理论物理学家们平时的工作往往像在做梦,需要一些灵机一动的瞬间”,不过,“砸出万有引力的不是苹果本身,而是牛顿的好奇心”。在张首晟看来,一位理论物理学家应该具备两个重要特质就是好奇心和浪漫。“如果只盯着一个奖项,是很难做出成就的,也会很煎熬,因为得奖的概率实在是太小了。”在张首晟看来,真正指引着科学研究前进的不是得奖的荣誉,而是一种源源不断的好奇心——科学就是在好奇心指引下的一场冒险


张首晟已经囊括了除诺奖外的主要物理学大奖

张首晟将成果发现的首个演讲地选在浪漫的德国新天鹅宫


当然,冒险也需要方向。


进入杨振宁的研究所之前,张首晟的学术理想是统一物理学四大力——引力、电磁力、强力和弱力,这是爱因斯坦生前的努力方向,也是杨振宁的主要学术领域。不过,在师从杨振宁之后,张首晟的攻坚重点却发生了变化。那时,杨振宁认为自己所处的领域想要突破已经很难,而凝态物理刚刚兴起发展很快,于是鼓励张首晟去研究凝聚态物理。正是受到恩师的指引,如今,张首晟在凝态物理学领域成了一方泰斗。


在狭义的学术指引之外,张首晟同样感谢恩师的美学灌输。在张首晟看来,“爱因斯坦和杨振宁这些理论物理学的先知们毕生都在寻美而求真”,这种美学的表象是浪漫的美,其精髓则是简练的真。


这种思想在张首晟留学德国时就有了萌芽。17岁初到德国时,张首晟也曾因为理论物理学的就业面太窄而有过担心,这种担心因为一片墓地的启发而烟消云散。在德国留学期间的一日,张首晟来到位于德国西北部的哥廷根大学(University of Göttingen)附近的一块墓地,那里埋葬一些著名的物理学家,而他们的墓志铭则都其生前发现的公式。这深深震撼了张首晟,自此,用一个公式概括整个世界的梦想埋在了这位不到二十岁的年轻人心中,也让他决定将毕生的精力都贡献给物理学研究。在张首晟看来,这种洞察宇宙的方式可以用一句中国哲学思想来概括,那就是大道至简


物理大师的方程往往极其精炼


2009年,因“拓扑绝缘体”和“量子自旋霍尔效应”而荣誉加身的张首晟入选中国“千人计划”,并被清华大学特聘为教授。2013年,他成为中科院外籍院士。现在,常常往返于中美两地进行讲学和交流工作的张首晟希望把从杨振宁那里受到的指引,带给更多中国学生。“我希望自己能培养中浪漫又不失好奇新的学生”,张首晟现在最大的梦想之一,就是自己的学生有一天会超越杨振宁的学生。


看见未来的天使投资人


在科学家和教育者的身份之外,张首晟还是一位天使投资人,目前担任丹华资本的创始董事长。与全球其它知名学府不同,斯坦福大学有着标志性的创业文化。斯坦福教授参与创投的案例比比皆是,张首晟最初进入投资圈同样也是因为斯坦福的氛围影响。参与创投,于张首晟来说,是一种偶然当中的必然。


很多年前,张首晟和斯坦福计算机系教授孟德尔·罗森博格(Mendel Rosenblum)正好是邻居。一天,两家孩子在一起踢球时,罗森博格和张首晟闲聊起自己的创业项目,张首晟很快看到了其中的机遇,并决定投资入股。这家公司成为今天我们所熟知的VMware,市值达到377亿美元。


张首晟执教的斯坦福大学是现今硅谷的重要发源地


在投资VMware之外,张首晟还陆续投资了其它四五个项目,并成功退出。2013年,他和自己曾经的学生谷安佳博士创办了丹华资本。其中,“丹”取自斯坦福大学的别译“史丹福大学”,同时兼具“赤子丹心”之意,“华”取自中华,这一基金意在连接斯坦福大学和中国。成立四年,丹华资本已经投资了超过30家公司。


做投资和做研究一样,要能预见未来”,张首晟告诉美国中文网,做投资不能投资取巧,也是要理论和实践相结合,用理论指导实践,用实践验证理论,而他目前主要专注的投资就是人工智能领域,投资的多家公司都与此有关。


张首晟在丹华资本办公室接受美国中文网专访

美国中文网贺天摄


对于一个投资公司来说,未来是可预见的商业增长点。对于国家来说,未来则在年轻人身上。


“咱们多谈谈年轻人吧”——张首晟在接受采访的一开始,这样说道。做学问、做教授、做投资、做企业,将富兰克林视作标杆的张首晟一直在z人生的丰富度。作为在美华裔,张首晟则更愿意将自己锻造成桥梁,为中国的科学教育和双创事业贡献力量。


“我的一生就是中国改革开放和不断发展的受益者”,张首晟告诉美国中文网:“这一次中国大众对于科学发现表现出的极大关注让我深受感动”。在张首晟看来,从引力波的发现到“天使粒子”被证实,中国普通受众对科学发现所表现的关注度已经达到历史性的高水平,也超出同期美国国内的反应,这令人激动。


今年54岁的张首晟已经开始筹划自传,将自己在学术研究、创业投资以及教学育人方面的新的体会整理成书,“数名大致而大道至简有关”。这位被物理学理论研究耽误的文学爱好者,终于有了施展才华的机会。






(转载请注明美国中文网)

微信号:美国中文网
长按指纹扫描关注“ 美国中文网”


收藏 已赞