思维之碑永久留念我的教师张首晟教授

2019-12-10 05:39:55作者:责任编辑NO。卢泓钢0469

2018年12月1 日,闻名华人物理学家张首晟教授意外谢世。张教授生前不只在学术上颇有成果,也影响了许多优异的年青人。在他谢世一周年之际,张教授曾经的博士后,现在斯坦福大学物理系任教的祁晓亮教授写下了这篇留念文字。

撰文 | 祁晓亮(斯坦福大学物理系教授)

上一年的12月1日是周六,我带着孩子在Redwood city参与圣诞节点灯的活动,现在还能明晰地记住华灯初上的时分,节日气氛弥漫在振奋的孩子脸上。后来回想时,却总想起空气中飘动的肥皂泡,美丽的背面有着无声的哀痛,由于就在那天,我的教师张首晟教授离开了咱们。转眼间又一年曩昔了,有的时分忙了一天下班坐在车里的时分,脑中还会遽然有个声音问自己,张教师真的走了吗?总觉得他只是在travel,在某个很远的当地,持续充溢热心的奋斗着。一年来一向想写点什么,却一向不知道怎么动笔。今日(编注:指2019年12月1日 )跟从师母和家人一同去上坟,芳草萋萋,冷雨纷繁,咱们的鲜花簇拥着石碑。一年曩昔了,大约已到了可以长歌当哭的时分吧。期望写下一点回想和感触,共享给同样在今日想念着张教师的咱们。

我初识张教师是在本科的时分,大约2002年左右,听张教师在清华讲四维量子霍尔效应。现在回想起来,其时肯定是听不懂的,可是却觉得陈述勾画的蓝图特别激动人心。我第一次仔细读张教师的论文,是他和Shuichi Murakami 和Naoto Nagaosa关于内禀自旋霍尔效应的文章。其时是2004年,我在高级研讨院跟翁征宇教师读博士,研讨的方向是高温超导理论。其时在强相关电子系统这一范畴的大多数研讨者,往往把半导体和自旋电子学当作一个“没什么意思”的范畴,觉得里边没什么新的物理,只是有应用上的价值。张教师的文章却阐明晰自旋轨道耦合的物理和非阿贝尔标准场的深化联络,给咱们供给了研讨自旋轨道耦合问题的一个簇新的视角。几年后拓扑绝缘体范畴的大打破,正是来自于强相关系统和量子霍尔效应与传统半导体理论这两大范畴的一次大交融,而张教师关于内禀自旋霍尔效应的文章正是这次革新的导火线。我很走运在那个要害的时刻点接触到这个范畴,又刚好赶上拓扑物理学专家吴咏时教师正好拜访清华。我和吴教师一同跟张教师开端了协作,对量子自旋霍尔效应和量子失常霍尔效应进行了一些前期的理论模型研讨。张教师对咱们协作的这个标题十分振奋,我一向明晰地记住咱们作业中各种热切的评论,特别是在作业完结的那天咱们skype通话,张教师振奋地说“晓亮,你这个作业真是太棒了!”关于我和许多其他年青学生来说,张教师这样的热心鼓舞都影响了咱们终身。

2006年1月,我到张教师组里做了三个月交流学生。在这段阅历中,有一件事让我形象特别深化。在那年新年的时分张教师带着全组一同开了一整天组会,会后他又给咱们发了一封邮件,热心弥漫地写道:“咱们这个团队有最优异的一批年青人,我十分自傲咱们接下来可以做很重要的作业,不能满足于完结几篇在本年看起来很好的论文,更应该做出打破性(groundbreaking)的作业。”后来果然在几个月后,张教师就和他的学生Andrei Bernevig和Taylor Hughes做出了关于第一个量子自旋霍尔效应资料(HgTe/CdTe 量子阱)的理论预言。这个作业让量子自旋霍尔效应从理论模型阶段正式走进实践,并敏捷获得试验验证。其实在更早的时分,张教师也主张过我研讨HgTe这个资料,我却由于对半导体这个范畴不了解,没有做下去。后来看来,这个系统的物理并不是那么杂乱,本质上的原因是短少决心——哪有那么恰巧,理论家提出的一些简略的模型正好就能在实践资猜中完结呢?其实其时张教师和Andrei,Taylor也并非半导体专家,但他们经过不懈的尽力,敏捷跨过了范畴的壁垒,实在搞懂了这个资料和完结拓扑绝缘体的要害机制,总算功夫不负有心人。“上士闻道,勤而行之,中士闻道,若存若亡”,这件事让我十分敬佩张教师的敏锐直觉和仔细精力,也深化领会到自己的缺乏。后来张教师和协作者在拓扑物态的预言和完结方面不断获得重大发展,如Bi2Te3系列三维拓扑绝缘体、量子失常霍尔效应等,与张教师这种坚决的信仰和不懈的尽力是分不开的。

我从2007年到2009年跟张教师做博士后,走运地参与了拓扑绝缘体理论和资料预言方面的一些前期作业。我博士后期间最主要的作业是拓扑绝缘体的场论描绘,以及提出了相应的物理效应——拓扑磁电效应。2007年头,张教师主张我和Taylor Hughes研讨这样的一个问题,一开端咱们发展比较慢。我记住到了五六月份的时分咱们在Monterey Bay有一个小会,我那天遽然有了一些新的主意,我跟张教师说了今后他很有爱好,咱们连夜在酒店大堂评论。一开端咱们只是想推导出三维拓扑绝缘体的拓扑场论描绘,成果在了解这个推导的过程中,逐渐发现其实各种拓扑绝缘体的描绘都可以统一在陈-赛蒙斯(Chern-Simons)理论的大框架下,由此看出拓扑绝缘体不是一两个孤立的系统,而是在各种空间维度和对称性的系统中都存在的一大类物理系统。完结这个作业花了大半年,那是一段十分愉快的阅历,在张教师办公室进行过无数次火热的评论,那种感觉如同一开端穷途末路,不料山穷水尽之后,江面越来越开阔,风光眼花缭乱,转眼间轻舟已过万重山。

图1 2009年4月,我(左)和张首晟教师(右)在加州的Fallen Leaf Lake开会留影

从2010年以来,我留在斯坦福大学做faculty,因而一向可以有许多时机倾听张教师的教导,也遭到他全面的协助和支撑,让我一向觉得我是他的学生中最走运的一个。记住仍是我博士后的时分,有一次出去开会,正好我和张教师坐同一班飞机回来,他的车在机场,就自动约请我坐他的车回家。路上咱们聊起科研的选题问题,我问张教师:“您换了好几次研讨方向(四维量子霍尔效应、高温超导、自旋电子学、拓扑绝缘体),都十分成功,您是怎么正确的挑选这些方向的呢?”张教师说:“这就像冲浪相同,要看到一个wave(一个研讨的潮流),可是不要只是去跟从它,而是要把它引导到新的方向。”

这个比方多年来一向在我心中,它深化地归纳了张教师一同的战略思维。他不是书斋中闭门研讨的独行者,而是引领年代乐章的指挥家。我觉得张教师带学生的风格也和这种眼光有关。他对每个学生都可以敏锐地判别出他的爱好和优缺点,然后经过发问和一些简略清晰的课题来让学生敏捷生长起来,找到自己的路。他从不手把手教学生东西,让学生获益最多的反而是他不教咱们的东西——假如你给他解说一个概念讲清楚了80%,他必定不会教给你剩余的20%,而是要求你再回去把它弄懂,直到百分之百地讲清楚停止。张教师十分长于把问题清晰化。在评论中,他总是着重要找到explicit的问题,防止不置可否。他的这种思维方法不只仅用于物理问题。比方他在教学生怎么做陈述的时分,不会泛泛地说“你要讲得清楚一点”,而是说“你预备陈述的时分要关于你的听众选定一个model(选一个你了解的人,常识布景跟听众中大多数人附近的,作为代表),想象你在给他讲。”这样就知道从什么视点讲才干清楚。几年前有一次他跟我说:他找到了一个挑选好问题的新判据,便是挑选一个像开普勒三规则那样的问题——开普勒总结出的行星三规则如此简练,意味着背面必定有深化的规则,这便是理论家可以大有用武之地的大问题。相比之下,假如不能总结出简练的唯象规则,只要杂乱的现象,那么它后边就不必定有深化的理论问题可以研讨。

张教师历来都鼓舞咱们不要给思维设置条条框框,要没有鸿沟地把不同范畴联络起来考虑。他和他的学生吃饭的时分,总是会问咱们最近有什么crazy idea吗?所以当他第一次告诉我他要树立一个风险投资基金的时分,我肯定没惊奇,由于我觉得这件工作很契合他的爱好——他会很快乐听许多年青人来给他讲不同的idea,而且会用一种新的方法来以他的思维影响这样一个世界。在那之后的这几年中,我的研讨爱好也逐渐发生着改变,更多地探究量子信息和量子引力的问题。咱们依然持续着拓扑绝缘体和拓扑超导体方面的协作,但也会评论各种新的方向中的风趣问题。我从张教师那里学到了许多关于加密核算、区块链等方面的常识。就在上一年八月,咱们还在他办公室和几个学生一同评论数学问题到很晚,然后一同去吃披萨。一切有张教师参与的聚餐都是十分愉快的,由于历来不会短少“有营养”的论题。不论同去的人是物理学家、数学家仍是历史学家、艺术家、企业家,他总有许多问题要问,总有许多新的领会跟咱们共享。无论是在办公室、饭馆仍是在走路的时分,他的思维总是不停地在探究,在寻求。张教师对德国文明有很深化的了解。他的这种永不停歇的寻求让我想到歌德的《浮士德》。很惋惜咱们没有聊过这个论题,不知道他对这部著作是怎样的观点。

图2 2012年,张首晟教师在清华高级研讨院评论问题。这是我特别喜爱的一张相片。

张教师的突然离去,关于一切爱戴他的人是一个极大的悲惨剧。所幸物理学是关于永久,张教师的思维早已逾越生命的边界。爱因斯坦在他朋友的葬礼上说:“对咱们笃信物理学的人来说,曩昔、现在和未来之间的差异只是是一种固执的错觉。”记住上一年刚听到凶讯的那天,我夜不能寐,就打倒闭教师的一个陈述视频,跟着他的思路考虑物理数学的各种问题,心境很快就平复了许多。本年五月,咱们在斯坦福组织了留念张教师的学术评论会,张教师的许多朋友和学生都从世界各地赶来。咱们在会上共享了许多关于张教师的回想,也交流了许多学术思维,在这种关于永久的表达和考虑中,咱们为张教师的离去而伤心不安的心又找到了支点。别的,师母Barbara和她的孩子们的刚强和达观,也让我遭到了许多鼓舞和感谢。在最困难的时分,师母依然想着咱们这些张教师的学生们,常常请咱们去她家里一同集会,和咱们共享张教师留下的手稿,以及许多其他的宝贵回想。衷心期望她和孩子们可以顺畅安全,信任张教师在天有灵,看着他们必定会很欣喜吧。对咱们这些张教师的学生而言,最好的留念便是承继张教师独特的科学思维,永不停歇的立异精力,和对自然规则的实在与美丽的不懈寻求。

愿张教师的精力与咱们同在!

祁晓亮

2019年12月1日

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