張首晟去世了，55歲。
如果我們冒昧地總結他的一生，有一個關鍵詞，特別醒目：天才的物理學家。
驚艷的物理少年
跟故事里的很多天才一樣，張首晟有著驚艷的少年時光。
他1963年出生于上海，早在童年的時候，張首晟就深受啟發。小學期間正值“文化大革命”，那時候科學類書籍很少，所以家里閣樓里能找到的任何書籍他都會看。那里所有的書本都是叔叔們留下的，他們研究的是人文科學。所以，盡管他父親是工程專業的，但是他早期的童年教育主要是關于人文科學的。即便后來，他也仍然非常喜歡這些學科。
15歲時恰逢高考恢復，他爸拿一套數理化叢書，讓他自學。張就這樣讀了一個暑假，本想試一下，結果就考上了——復旦物理系。
求學之路對于張來說，如同是一部快進的電影：
16歲，在復旦讀了一年，他被國家選中，公派留學；
1980年，他赴德國柏林自由大學留學，當時他有五年的獎學金，卻只花了三年就完成了物理學位；
20歲，取得了德國碩士。一次在德國大學城哥廷根參觀科學家墓地時，墓碑上都刻著的公式吸引了他的注意。這些簡單的公式總結了科學家們輝煌的人生，這讓他感覺到什么叫做世界因你而美麗；
接著，他赴美國紐約州立大學石溪分校深造，到楊振寧的門下攻讀物理學博士，24歲那年獲博士學位；
32歲，他成了斯坦福大學正教授，是這所頂級學府最年輕的終身教授之一。
年輕的張首晟丨斯坦福大學官網
找到拓撲絕緣體
但這還只是開始；十幾年之后，他將做出自己學術生涯中最重要的發現：找到拓撲絕緣體。
也許有人還記得2010年《生活大爆炸》里謝爾頓為了炫耀學識而提到過“拓撲絕緣體”。片中一帶而過的名詞，在物理學屬于一個重要領域：如何使用拓撲學的數學工具來理解特殊場景下的物理世界。這個領域最初的開創者戴維·索利斯等人獲得了2016年的諾貝爾物理學獎，眾多物理學家認為張首晟雖是后來者，但做出的貢獻也足以得獎。
“你們誰熟悉拓撲絕緣體？”丨《生活大爆炸》截圖
拓撲學是一個數學分支，它研究的是“不連續”的特征。一個物體身上，大部分我們熟悉的特征都是連續的：一個長方形可以變大一點點，變小一點點，粗一點點，細一點點。拓撲學不關心這些。但是如果我在長方形上挖洞，那么它要么沒有洞，要么有1個、2個、3個……不會有4.5個洞或者1.414個洞。這樣的特征就是拓撲學關注的。
當然現代物理學關注的不是一個東西上有幾個洞，而是遠為抽象的特征，但這些特征同樣不連續。張首晟在研究這些特征的時候，成功創造出了 “拓撲絕緣體”。
設想一個有很多電子的大塊低溫薄膜，給它加上一個強磁場，它就會表現出一個奇妙的特點：只在薄膜的邊緣導電，但薄膜的中央不會導電。如果你拉伸這個薄膜，那么產生的新邊緣也會導電，中央依然不導電；就算你往邊緣里添加了本來足以阻斷電流的雜質，結果依然是邊緣繼續導電。出現這個現象的根本原因，就在于邊緣被“拓撲保護”起來了；就像長方形上有幾個洞不會隨意改變一樣，薄膜邊緣的電學特征也不會隨便改變。這個現象是量子霍爾效應的體現，很早就為人所知，只是在不太久之前才得到了拓撲的解釋。
但這個效應需要外加一個大磁場才能實現，這太麻煩了，而且在很多場合非常不切實際，無法應用。不用磁場能不能有這么厲害的特征？
也有，那就是理論預言的所謂“量子自旋霍爾效應”——用電子自己的自旋軌道耦合，來代替磁場的效果。而張首晟預言可以在HgTe量子阱實現這一點，并和德國團隊合作真的把它造了出來。他們得到的物質，無需外界作用自己就可實現拓撲保護效果，只在邊緣導電，內部則是絕緣體。這樣的物質，就是所謂的“拓撲絕緣體”。
拓撲絕緣體示意圖，中心一層為HgTe，上下兩層為絕緣物質丨斯坦福大學官網
這個發現在理論和應用里都有很重要的意義，不僅創造出了一種全新的物態，為后續的眾多研究制造了新工具，而且它的獨特屬性也讓它有望在量子計算等領域大展身手?！犊茖W》雜志把這項工作評為2007年的“全球十大重要科學突破”之一；這些成就也讓張首晟贏得了幾乎所有物理學界的榮譽：歐洲物理獎、巴克萊獎、狄拉克獎、尤里基礎物理學，富蘭克林獎等等。
2017年，張首晟還和眾多合作者一起做出了另一個重要發現：觀測到了“馬約拉納邊界模”，它具有自己的反面還是自己的奇妙屬性。被命名為“天使粒子”的它并非一個真正的基本粒子，只是一群電子表現出了特殊特征，但依然部分驗證了早年關于馬約拉納費米子的理論預言，也對量子計算有重大啟示。這一發現引發了學界的激烈討論和繼續跟進，《自然》雜志幾個月前才同時刊發了兩篇文章，報道兩個小組在這個領域的最新進展。
沒等到的諾貝爾獎
楊振寧曾經說，“他獲得諾貝爾獎只是時間問題”。然而，張首晟卻沒有等到那一天。2018年12月1日，著名物理學家張首晟突然去世。南華早報公布了其家人的郵件片段，稱他是在“與抑郁癥斗爭后……意外離世”。
我們不知道最后的時間中，張思考了什么，又做了怎樣的抉擇。由人類巨大未知組成的夜空中，這顆流星，耀眼地劃過。
張首晟說起過，他將他的發現叫做“天使粒子”的原因：“根據以往的認知，我們似乎生活在一個充滿正反對立的世界。有正數必有負數，有陰必有陽，有善必有惡，有天使必有惡魔。”觀測到馬約拉納費米子準粒子，就像是瞥見了另一個世界的影子，在那里魔鬼并不存在，天使的反面依然是天使。
可惜那不是我們的世界。
張教授12月1日離世，12月6日消息公開，很快網上充滿了各種明顯不符合事實的陰謀論。
張首晟教授獲得的“歐洲物理獎”是在2010年，獎勵的是純粹的基礎物理成果。他的成就長期而言有可能在量子計算或芯片領域得到應用，但短期內并不可能，他也沒有投身于此。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
