張首晟去世了，55歲。

如果我們(men) 冒昧地總結他的一生，有一個(ge) 關(guan) 鍵詞，特別醒目：天才的物理學家。

驚豔的物理少年

跟故事裏的很多天才一樣，張首晟有著驚豔的少年時光。

他1963年出生於(yu) 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(shu) 籍很少，所以家裏閣樓裏能找到的任何書(shu) 籍他都會(hui) 看。那裏所有的書(shu) 本都是叔叔們(men) 留下的，他們(men) 研究的是人文科學。所以，盡管他父親(qin) 是工程專(zhuan) 業(ye) 的，但是他早期的童年教育主要是關(guan) 於(yu) 人文科學的。即便後來，他也仍然非常喜歡這些學科。

15歲時恰逢高考恢複，他爸拿一套數理化叢(cong) 書(shu) ，讓他自學。張就這樣讀了一個(ge) 暑假，本想試一下，結果就考上了——複旦物理係。

求學之路對於(yu) 張來說，如同是一部快進的電影：

16歲，在複旦讀了一年，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，卻隻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(men) 輝煌的人生，這讓他感覺到什麽(me) 叫做世界因你而美麗(li) ；

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(ti)

但這還隻是開始；十幾年之後，他將做出自己學術生涯中最重要的發現：找到拓撲絕緣體(ti) 。

也許有人還記得2010年《生活大爆炸》裏謝爾頓為(wei) 了炫耀學識而提到過“拓撲絕緣體(ti) ”。片中一帶而過的名詞，在物理學屬於(yu) 一個(ge) 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(ge) 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(zhong) 多物理學家認為(wei) 張首晟雖是後來者，但做出的貢獻也足以得獎。

“你們(men) 誰熟悉拓撲絕緣體(ti) ？”丨《生活大爆炸》截圖

拓撲學是一個(ge) 數學分支，它研究的是“不連續”的特征。一個(ge) 物體(ti) 身上，大部分我們(men) 熟悉的特征都是連續的：一個(ge) 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(guan) 心這些。但是如果我在長方形上挖洞，那麽(me) 它要麽(me) 沒有洞，要麽(me) 有1個(ge) 、2個(ge) 、3個(ge) ……不會(hui) 有4.5個(ge) 洞或者1.414個(ge) 洞。這樣的特征就是拓撲學關(guan) 注的。

當然現代物理學關(guan) 注的不是一個(ge) 東(dong) 西上有幾個(ge) 洞，而是遠為(wei) 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(ti) ”。

設想一個(ge) 有很多電子的大塊低溫薄膜，給它加上一個(ge) 強磁場，它就會(hui) 表現出一個(ge) 奇妙的特點：隻在薄膜的邊緣導電，但薄膜的中央不會(hui) 導電。如果你拉伸這個(ge) 薄膜，那麽(me) 產(chan) 生的新邊緣也會(hui) 導電，中央依然不導電；就算你往邊緣裏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(ge) 現象的根本原因，就在於(yu) 邊緣被“拓撲保護”起來了；就像長方形上有幾個(ge) 洞不會(hui) 隨意改變一樣，薄膜邊緣的電學特征也不會(hui) 隨便改變。這個(ge) 現象是量子霍爾效應的體(ti) 現，很早就為(wei) 人所知，隻是在不太久之前才得到了拓撲的解釋。

但這個(ge) 效應需要外加一個(ge) 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麽(me) 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，並和德國團隊合作真的把它造了出來。他們(men) 得到的物質，無需外界作用自己就可實現拓撲保護效果，隻在邊緣導電，內(nei) 部則是絕緣體(ti) 。這樣的物質，就是所謂的“拓撲絕緣體(ti) ”。

拓撲絕緣體(ti) 示意圖，中心一層為(wei) HgTe，上下兩(liang) 層為(wei) 絕緣物質丨斯坦福大學官網

這個(ge) 發現在理論和應用裏都有很重要的意義(yi) ，不僅(jin) 創造出了一種全新的物態，為(wei) 後續的眾(zhong) 多研究製造了新工具，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。《科學》雜誌把這項工作評為(wei) 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、尤裏基礎物理學，富蘭(lan) 克林獎等等。

2017年，張首晟還和眾(zhong) 多合作者一起做出了另一個(ge) 重要發現：觀測到了“馬約拉納邊界模”，它具有自己的反麵還是自己的奇妙屬性。被命名為(wei) “天使粒子”的它並非一個(ge) 真正的基本粒子，隻是一群電子表現出了特殊特征，但依然部分驗證了早年關(guan) 於(yu) 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》雜誌幾個(ge) 月前才同時刊發了兩(liang) 篇文章，報道兩(liang) 個(ge) 小組在這個(ge) 領域的最新進展。

沒等到的諾貝爾獎

楊振寧曾經說，“他獲得諾貝爾獎隻是時間問題”。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(yu) 抑鬱症鬥爭(zheng) 後……意外離世”。

我們(men) 不知道最後的時間中，張思考了什麽(me) ，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(men) 似乎生活在一個(ge) 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(ge) 世界的影子，在那裏魔鬼並不存在，天使的反麵依然是天使。

可惜那不是我們(men) 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(nei) 並不可能，他也沒有投身於(yu) 此。