杨振宁首度发声忆爱徒张首晟
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杨振宁首度发声忆爱徒张首晟

2018年12月09日 21:21:00
来源:澎湃新闻

原标题:杨振宁首度发声忆爱徒:张首晟是第一流的物理学家

12月6日,美籍华裔物理学家张首晟的家人发布声明,确认55岁的张首晟于12月1日意外去世。作为张首晟在美国纽约州立大学石溪分校攻读博士时的老师,著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁9日独家致信光明日报,回顾张首晟的科研历程和卓越成就,表达对爱徒的无限怀念和哀悼。

以下为杨振宁先生亲撰文章:

张首晟是第一流的物理学家

凝聚态物理研究的对象是物质的各种性质:铜为什么能导电,而橡皮就不能?为什么水会结冰,会变成蒸汽?等等。这个领域与应用,与世界经济发展,与人类的日常生活都有密切关系,所以是物理学中特别重要的领域。张首晟在此领域做出多项重要工作。其中最重要的是:关于自旋霍尔效应(QuantumSpin Hall Effect,QSH)的震惊物理学界的工作。

2005-2006年,美国宾州大学(University of Pennsylvania)的C.L. Kane和张首晟独立发表理论论文,指出有些复合物在适当条件下可能有表面导电现象。这两篇文章立刻引起所有凝聚态物理工作者的注意。可是哪些化合物,在何种条件下,才会有此奇特的表面导电现象是一个大难题。

首晟告诉我,他和几位半导体实验物理学家于2006年计算了多种半导体中的量子井(Quantum Well)的性质,于2006年11月15日发表了一篇文章,预言一种特别的汞-碲-镉(Hg-Te-Cd)半导体量子井会有表面导电及其他重要现象。半导体有许多种,量子井的结构有许多可能,他们如何选定了Hg-Te-Cd量子井?我认为回答是:他们有深入的物理直觉。

2007年德国Würzburg大学Molenkamp的实验团队,根据此建议调试了一个HgTe/(HgCd)Te量子井,最后发现果然有导电和其他现象。那年12月莫伦坎普团队与张首晟和他的学生祁晓亮联合发表了一篇文章,公布实验结果。此文章是近年来最最震惊物理学界的文章。

物理学界普遍认为张、Kane和Molenkamp一定会得诺贝尔奖,现在张不幸逝世,我相信Kane和Molenkamp早晚会得到诺贝尔奖。

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两位物理学大家的师生情缘

沉淀了几日之后,96岁的杨振宁发出的这封信,克制却包含深情,抹不去的是他对爱徒的欣赏与怀念。

“对他来说,获得诺贝尔奖只是时间问题。”早在此前,杨振宁就毫不讳言地表达对张首晟科研成就的认可。这不只是老师对学生的偏爱。基于对拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应的开创性研究,张首晟包揽了物理界所有重量级奖项;而国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基础物理学奖、富兰克林奖等奖项的得主,通常是诺贝尔物理学奖的候选人。

而就在今年的10月16日,在华东师范大学建校67周年校庆日时,杨振宁和张首晟还师生同台,共同做客该校大师讲堂首讲,寄语年轻学子“要在书本外多动一下脑筋”,留下了师生同台的一段佳话。

“杨先生是我的偶像,他改写了我一生的研究方向。一切伟大的科学灵感和被验证的过程就来自于‘寻美求真’的理念。”在当天的演讲中,张首晟围绕“寻美求真”主题,回顾了自己如何在杨振宁先生指引下从高能物理转向凝聚态物理并取得成功的科研之路,认为自己深受恩师寻美求真风格以及饮水思源爱国精神的影响。

而再往前追溯,这段两位物理名家之间的师生情缘则在张首晟少年时期就已经埋下了种子。

在一次会议中张首晟曾回忆,早在中学时代,已了解杨振宁的科学事迹,并深受鼓舞努力学习物理学科;到石溪深造也是受到杨振宁朋友影响,因为杨在该校执教。

公开信息显示,1983年,获德国柏林自由大学硕士学位之后,张首晟去了美国的纽约州立大学石溪分校,师从物理学大师杨振宁,攻读博士学位,研究方向是杨老用心推荐却又不为人知的凝聚态物理。

在纽约州立大学石溪分校,杨振宁用心教导张首晟,并且不支持张首晟走自己的老路——从事基本粒子物理研究。张首晟曾回忆,两人第一次见面,他告诉老师,自己的兴趣是追逐爱因斯坦的梦想,将引力和其他力统一起来。杨振宁则直接回应,不赞成追求这样一种目标,物理学是一门宽泛的学科,随处可以找到有趣的问题。

张首晟一开始并不明白老师的用心,但日后,他领悟到了杨老的远见,因为当时的杨振宁就笃定凝聚态物理在今天的物理学领域中发展最快。

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痴迷“美与简洁”的天才

更让张首晟得益匪浅的是,杨振宁,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。

在杨振宁为研究生新生开设的“理论物理问题选”课程上,张首晟明白老师所言,“自然的复杂性可以统一于理论的美与简洁之中,而理论物理学的意义正在于此。”

“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。后来,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。而对于“美与简洁”的追求,不仅仅影响他的学术研究,在后来的投资中同样有所体现。

几年前,张首晟斯坦福的同事准备了茅台酒,准备等张首晟获得诺贝尔物理学家之后把酒高歌,庆祝一番。可惜,张首晟的人生休止符最终停留在了2018年12月1日。

阁楼上的孤独小孩、少年大学生、杨振宁的得意门生、最年轻的斯坦福终身教授、最接近诺奖的科学家……

张首晟留下很多。而他与杨振宁这段动人的师生情缘,也足以给我们、给今天的教育更多启迪。