張首晟：科學家的探險與浪漫

錢煒

2014年9月，記者通過電子郵件詢問張首晟對自己獲得當年諾獎的前景有何看法，他在回復中簡單而平和地說：“如果是那樣，我很愿意接受你的采訪。”

此時正臨近諾貝爾獎宣布的日子，張首晟被視為諾貝爾物理學獎獲得者的大熱門。張首晟在郵件中所說的“那樣”，就是獲得諾獎這個愿望。盡管張首晟在2014年沒有實現這個愿望，但有人說，他獲得諾貝爾物理學獎只是個時間問題。對此，他回答說，“我認為諾貝爾獎是可遇而不可求的。對于一名科學家來說，新發現降臨的那一刻才是最大的獎勵。”

燒烤時產生的靈感

2014年11月3日，美國富蘭克林學會宣布授予張首晟本杰明·富蘭克林獎，以獎勵他在拓撲絕緣體領域的突破。可是，這個有幾分“小眾”的科學獎項似乎不足以讓普通人認識張首晟。而實際上，從富蘭克林獎章設立以來，有許多科學巨匠曾榮獲此獎，其中包括家喻戶曉的愛因斯坦、居里夫人、愛迪生等。而張首晟則是繼楊振寧之后第二位獲此殊榮的華裔科學家。

在獲得富蘭克林獎之前，張首晟已經獲得過物理學界的眾多榮譽，包括歐洲物理獎、奧利弗·巴克利獎、狄拉克獎以及物理前沿獎等國際頂級獎項。然而，富蘭克林獎于他而言似乎更有意義。

“我感到十分榮幸和激動，不單單是因為這是我所獲獎項里面歷史最悠久的一個。也因為這是我首次和偶像愛因斯坦獲得的共同獎項。”在得到獲獎的消息后他表示，“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家、發明家、商人、慈善家和政治家，也是美國的開國元勛之一。我渴望以他為榜樣，除了科學本身以外，還能夠更多為社會做出貢獻。所以，獲得此獎對我來說意義非凡。”

凝聚態物理、拓撲絕緣體，張首晟的研究領域令普通人聽起來高深莫測。有一次，他和地產大亨潘石屹一起做一個電視訪談節目——這個節目專門以這種混搭的方式來邀請訪談嘉賓。

面對一臉迷茫的“潘總”，張首晟解釋說：在常規半導體中，電子受隨機散射的影響而損失能量。這就好像雖然你有一輛名車，但是它卻運行在擁擠的集市上，發揮不出名車的效果來。而在拓撲絕緣體中，電子就像運行在高速公路上的汽車，相反方向的運動在空間上是分離的，只要電子在拓撲絕緣體線路內運動就不會有電阻，與普通材料連接的時候才會有一些電阻。

名車、集市，這樣通俗的比喻讓潘石屹連連點頭。緊接著，張首晟又解釋了這種新材料的應用前景：很多國家已經在大力對拓撲絕緣體進行投資了。拓撲絕緣體能夠用來制造消耗能量很少的半導體芯片，這也意味著將來手機能夠待機更長時間。

熟悉美國喜劇《生活大爆炸》的人都記得，劇中那個天才謝爾頓就是理論物理學家，他在其中一集還特別用拓撲絕緣體的知識來炫耀自己的無所不知。在文藝作品中，科學家往往都被描寫成不懂生活的“呆子”，而張首晟則不是那樣，他有豐富的個人愛好和自己的朋友圈。據他介紹，拓撲絕緣體理論的材料實現方案，就是在一次與朋友的燒烤聚會上提出來的。

那是2006年的7月26日，因為研究進入瓶頸期，張首晟被困擾了很久。在那一天的燒烤聚會上，張首晟為朋友烤著肉，聽著大家閑聊，“有那么一剎那，完全不相干的線索完全串聯了起來”——至此，拓撲絕緣體這一將在信息學中得到重要應用的科學預言，有了轉為技術應用的可能。

美國舊金山當地時間2012年8月8日，美國斯坦福大學華人物理學家張首晟以拓撲絕緣體理論獲國際理論物理學中心頒發的物理最高獎“狄拉克獎”，他與普林斯頓大學鄧肯·霍爾丹和賓州大學查爾斯·凱恩3位教授共享這一殊榮。

物理之美及其他

對于選擇物理學作為自己終生的事業，張首晟表示，這主要是好奇心和對美的追求使然。“物理學是所有自然科學中最基本的學科，我們試圖把物質分割成最小的單元，再從中了解萬物是如何從這些最基本單元構建而成的。”

在他看來，“物理學非常優美，是描繪自然的詩篇。在詩歌中，我們試圖用簡單的語言抒發復雜的情感，在物理學中，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，他癡迷于物理學，就是因為能夠用簡單、普適、美麗的方式來描繪大自然的規律。

“中國現在正在從生產大國成為一個發明、發現的大國，這需要更多的年輕人對科學有濃厚的興趣和鉆研的勇氣。”如今，張首晟不僅僅在斯坦福大學任教和進行科研，作為清華大學教授，他和許多海外高端人才一樣，每年往返于中美兩地進行教學和科研合作。

“值得注意的是，現在越來越多的華人選擇回到中國工作。其中有很多年輕人，就是在美國讀完博士學位，有一兩年在國外做研究的經驗之后，回到中國做科研或者任教，我覺得中國的未來就是靠這些年輕人”。

除了在清華與中國年輕的科學家緊密合作，張首晟在斯坦福也有很多中國學生，他說，“從他們身上，我看到了中國科學界未來的希望”。

張首晟認為，對年輕人來說，培養對科學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，還堅持教授本科生的原因所在。無論是在美國，還是在中國，張首晟接觸到很多優秀的中國學生，他認為這些年輕人有很好的基礎和很強的學習能力。

張首晟在中國接受了基礎教育，而后又赴德國和美國深造，因而在中國與西方教育的對比方面很有體會。他坦言，中國學生的基礎教育扎實，但在研究生階段創意還比較缺乏。他認為，中國的高等教育還處于從“蘇聯式”向“美國式”過渡當中。

在清華大學的教學，張首晟并沒有安排專業課，而是講他自己設計的《科學創新》課程，“因為在清華以及中國頂尖高校，更重要的是點燃學生對科學的興趣”。除此之外，張首晟認為科學也需要人類觀，科學的方向也非常重要，“所以我也會選擇一些題目講解，讓大家在科學的路口選擇時有一些方向”。

生于“書香門第”的張首晟喜歡藝術、文學，在其任教的斯坦福大學附近，有羅丹雕塑的藝術館，張首晟在研究沒有思路的時候，就會散步到羅丹的雕塑前。他最喜歡的是《思想者》，他說看著那專注沉思雕塑，會給他很大動力。

在北京授課、做研究的間隙，他經常去國家大劇院看話劇、聽歌劇。他笑稱自己是個“很會生活的人”，張首晟覺得這些個人愛好與科學都是相通的。

在獲得富蘭克林獎之后，張首晟又翻出了富蘭克林的傳記，而他同時在讀的另一本書是德國文學巨匠歌德的《浮士德》，“在德國留學的經歷讓我養成了閑時閱讀德國詩歌的習慣”。

在獲獎感言中，張首晟表示：先賢們給富蘭克林獎創造的燦爛與輝煌不敢直視，只求獎章能使富蘭克林的精神在我求知路上時時相伴。科學的人生充滿著探險的浪漫，科學家的社會使命遠遠超越科學本身。不求生命無盡，只求一生的貢獻，能作為點點滴滴匯入人類文明的長河。

（摘自《中國新聞周刊》）