探尋科學(xué)詩(shī)意之美——訪“千人計(jì)劃”國(guó)家特聘專家、清華大學(xué)高等研究院張首晟教授

本刊記者 葉瑞優(yōu) 劉 佳

張首晟榮獲凝聚態(tài)物理最高獎(jiǎng), Oliver Buckley獎(jiǎng)。

2012年8月8日，作為國(guó)際理論物理最高獎(jiǎng)項(xiàng)的“狄拉克獎(jiǎng)”，在本年度授予了出生在上海，并曾就讀于復(fù)旦大學(xué)物理系的華人科學(xué)家張首晟。狄拉克是量子力學(xué)的奠基者之一，因狄拉克方程獲得1933年諾貝爾獎(jiǎng)。狄拉克獎(jiǎng)?wù)率菄?guó)際理論物理中心在1985年為紀(jì)念英國(guó)物理學(xué)家狄拉克而設(shè)置的年度性獎(jiǎng)項(xiàng)，它是國(guó)際理論物理和數(shù)學(xué)物理領(lǐng)域的最高榮譽(yù)。

張首晟是第一個(gè)以理論預(yù)言拓?fù)浣^緣體材料的學(xué)者，他的理論和實(shí)踐將為信息技術(shù)帶來(lái)革命性發(fā)展。這一成果讓他在2010年獲歐洲物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的歐洲物理獎(jiǎng)，2012年獲美國(guó)物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的凝聚態(tài)物理最高獎(jiǎng)奧利弗·巴克利獎(jiǎng)，加上今天獲得的狄拉克獎(jiǎng)，張首晟已經(jīng)榮獲國(guó)際物理學(xué)界的三大頂級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。

一粒砂里有一個(gè)世界，

一朵花里有一個(gè)天堂。

把無(wú)窮無(wú)盡握于手掌，

永恒寧非是剎那時(shí)光。

張首晟很欣賞18世紀(jì)英國(guó)浪漫主義詩(shī)人威廉·布萊克的這幾行詩(shī)句。

盡管在大多數(shù)人眼中，理論物理是高深莫測(cè)的，甚至是枯燥的。但是在他的口中道來(lái)，卻如同在讀著一首優(yōu)美的詩(shī)，在欣賞氣勢(shì)恢弘的交響樂(lè)。如一枚硬幣的兩面，科學(xué)和藝術(shù)都源于人類活動(dòng)最高尚的部分，都追求著深刻性、普適性、永恒和富有意義。即便它們?cè)谏侥_下沒(méi)有交集，然而在山頂上，它們必然殊途同歸，無(wú)數(shù)大師執(zhí)著地攀登，只為領(lǐng)略到頂峰上科學(xué)與藝術(shù)交匯所生的無(wú)限江山。

張首晟——這位15歲入讀復(fù)旦大學(xué)，16歲只身赴德留學(xué)，32歲成為美國(guó)斯坦福大學(xué)終身教授的物理學(xué)家——更像是藝術(shù)家。一路走來(lái)，他深深地沉醉在物理學(xué)這個(gè)廣袤無(wú)垠的世界，他無(wú)時(shí)無(wú)刻不在思考探尋著物理學(xué)的美、物理學(xué)的意義和物理學(xué)的未來(lái)；他像一位詩(shī)人, 飄逸灑脫地領(lǐng)悟宇宙的永恒與時(shí)光的剎那。這一切，就像他用帶著虔誠(chéng)的語(yǔ)氣所說(shuō)的那樣：“真理往往是美的，那蘊(yùn)藏于自然界中的真理之美，吸引著我不斷地探究?！?/p>

美在旅途：從小閣樓到斯坦福

“日月光華，旦復(fù)旦兮”，百年學(xué)府復(fù)旦大學(xué)從誕生之日起就屹立在新舊時(shí)代嬗變的潮頭。見(jiàn)證過(guò)它第一聲高亢的啼鳴，見(jiàn)證過(guò)革命與學(xué)術(shù)的火種在復(fù)旦生生不息的人們?cè)缫央x我們而去。而歷史終會(huì)留下印記，能讓我們從中讀出那段輝煌。2005年，在復(fù)旦大學(xué)迎來(lái)百年華誕之際，張首晟向母校捐獻(xiàn)了祖父張彝先生珍藏的百年文憑。這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最早的一張復(fù)旦大學(xué)畢業(yè)文憑，也是目前國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最早的大學(xué)畢業(yè)文憑。

張首晟就成長(zhǎng)在這樣一個(gè)彌漫著書(shū)香的家庭。

他的少年時(shí)代是不幸的，因?yàn)槟鞘且粋€(gè)不能夠讀書(shū)的時(shí)代；他的少年時(shí)代也是最幸運(yùn)的，因?yàn)榧依镉幸粋€(gè)藏書(shū)閣。那是一幢堆藏著舊書(shū)的閣樓，在那里，除了有祖父和伯父?jìng)兊拇髮W(xué)留言冊(cè)之外，更有數(shù)不清的書(shū)。

那時(shí)候，他一有空就鉆進(jìn)閣樓，讀了很多書(shū)，東西方文學(xué)藝術(shù)、哲學(xué)、科學(xué)他都有所涉獵。通過(guò)這些書(shū)，他接觸到了西方世界許多最偉大的哲學(xué)家、科學(xué)家和文學(xué)藝術(shù)家：柏拉圖，康德，黑格爾；迦利略，牛頓，愛(ài)因斯坦；歌德，海涅，以及瓦格那……這些偉大的靈魂把藏書(shū)閣變成了思想的天堂，藝術(shù)與科學(xué)在他身上實(shí)現(xiàn)了最初的交匯，他也由此擁抱了比外面更廣闊的世界。

所以，可以說(shuō)，正是在那時(shí)，他便對(duì)科學(xué)作出了終生選擇；小閣樓，成了將他引向科學(xué)的起點(diǎn)。終于，“讀書(shū)無(wú)用”的時(shí)代結(jié)束了，科學(xué)的春風(fēng)雨露催生著埋藏在厚土之下的種子，等著它們破土而出。張首晟便是那顆早已積聚了營(yíng)養(yǎng)、蓄勢(shì)待發(fā)的種子。1978年，在沒(méi)有上過(guò)高中的情況下，剛剛初中畢業(yè)的他就以遙遙領(lǐng)先的考分破格考上了復(fù)旦大學(xué)物理系。

帶著15歲少年特有的青澀與激揚(yáng)，張首晟走出了小閣樓，走進(jìn)了大學(xué)校園。他的優(yōu)秀再一次使他脫穎而出，不到一年，他就意外地獲得國(guó)家教育部消息：他已經(jīng)被選拔為國(guó)家派往西方國(guó)家的留學(xué)生。1983年，年僅20歲的張首晟獲得了柏林自由大學(xué)物理碩士學(xué)位。

張首晟在美國(guó)紐約州立大學(xué)石溪分校師從楊振寧攻讀博士學(xué)位。

接下來(lái)的一切也都顯得那么順利：1983年，他進(jìn)入美國(guó)紐約州立大學(xué)物理系攻讀博士學(xué)位，師從著名物理學(xué)家楊振寧教授；1987年，他獲得博士學(xué)位。同年，進(jìn)入加州大學(xué)的圣芭芭拉分校從事博士后研究；1989年底，他結(jié)束了博士后研究，與妻子一起到IBM繼續(xù)從事科學(xué)研究工作；1993年，他被斯坦福大學(xué)物理系聘為副教授。

從此，他進(jìn)入了現(xiàn)代物理學(xué)研究的前沿。

斯坦福大學(xué)物理系在現(xiàn)代物理學(xué)研究領(lǐng)域中居于領(lǐng)先地位，這個(gè)系的教授們?cè)B續(xù)四年每年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)，這在諾貝爾獎(jiǎng)歷史中極為少見(jiàn)的傳奇。

歷史把年輕的張首晟放到了這個(gè)特殊的位置，注定了他要?jiǎng)?chuàng)造屬于自己的傳奇。1994年張首晟重新進(jìn)入了現(xiàn)代物理學(xué)的尖端領(lǐng)域——超導(dǎo)性研究。這項(xiàng)研究他四年前年就開(kāi)始了，但時(shí)有間斷。到斯坦福大學(xué)之后，他再一次將他研究的鋒芒集中到這個(gè)前沿領(lǐng)域。超導(dǎo)性是指導(dǎo)電材料的電阻和體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度在溫度和磁場(chǎng)都小于一定數(shù)值的條件下突然變?yōu)榱愕男再|(zhì)。在超導(dǎo)態(tài)中，物體的熱、電、磁等性質(zhì)都與正常態(tài)迥異，超導(dǎo)體的奇特性質(zhì)激發(fā)了很多科學(xué)家的研究興趣，這項(xiàng)研究的每一個(gè)進(jìn)步都與造福人類有密切關(guān)聯(lián)。

1995年，年僅32歲的張首晟以他出色的研究能力獲得了斯坦福大學(xué)物理系終生教授的位置。

同一時(shí)期他的超導(dǎo)研究也進(jìn)入了關(guān)鍵——他期待著一個(gè)重大突破。但這突破卻遇到了極大阻力：他沒(méi)有辦法提出一個(gè)合理的理論來(lái)解釋超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的眾多復(fù)雜現(xiàn)象，對(duì)這些現(xiàn)象許多物理學(xué)家都試圖給出解釋，但卻沒(méi)有一個(gè)人可以提供令人滿意的答案。

張首晟捐贈(zèng)祖父的復(fù)旦畢業(yè)文憑。

1996年春，就在他一籌莫展之際，他想起了當(dāng)年在藏書(shū)閣里的閱讀時(shí)光，他想起了從愛(ài)因斯坦以及其它科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的科學(xué)原理中總結(jié)出的較高層次原理，那時(shí)，他就覺(jué)得那些原理的傾向具有共性的美，那就是：Simplicity（簡(jiǎn)潔）和Universality（包羅萬(wàn)象）。當(dāng)他憑信心站到這個(gè)更高層次上的時(shí)候，他苦苦尋求的原理經(jīng)出乎意料清晰地呈現(xiàn)了出來(lái)——他只用了一個(gè)簡(jiǎn)潔的、對(duì)稱性原理 (后被稱為SO(5)理論) 就解釋清楚了超導(dǎo)性研究中那許多科學(xué)家無(wú)法解釋的復(fù)雜現(xiàn)象。從此，這個(gè)經(jīng)由張首晟自己總結(jié)出來(lái)的審美定義就成了他衡量一切科學(xué)理論的標(biāo)準(zhǔn)。

1997年2月21日出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志刊登了張首晟的這篇重要論文。張首晟所提出的這個(gè)理論是超導(dǎo)研究中的重要突破，這個(gè)突破成為張首晟人生中一個(gè)標(biāo)志性的起點(diǎn)——這個(gè)起點(diǎn)把他引入了更美、更廣闊、更深遠(yuǎn)的科學(xué)旅程。

美在創(chuàng)新：拓?fù)浣^緣體的自旋舞步

上世紀(jì)60年代，英特爾公司創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出：集成電路上可容納的晶體管數(shù)目約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，而性能也將提升一倍。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，這一定律見(jiàn)證了人類信息技術(shù)前進(jìn)的步伐。但是，隨著晶體管越小越密集，發(fā)熱問(wèn)題也就越突出，晶體管電路已逐漸接近性能極限。由此，業(yè)界驚呼：摩爾定律將死！

能否在室溫條件下，不用加上強(qiáng)磁場(chǎng)也能達(dá)到讓電子規(guī)律運(yùn)動(dòng)的方式呢？2003年，為應(yīng)對(duì)摩爾定律即將失效的問(wèn)題，張首晟等人組建了“IBM——斯坦福自旋電子研究中心”，并于2006年將其基于芯片業(yè)未來(lái)提出的新構(gòu)想——通過(guò)電子的自轉(zhuǎn)來(lái)降低其能耗——在理論上完成了預(yù)言。

那么，什么是電子的自旋？

張首晟形象地介紹：導(dǎo)體是能量運(yùn)輸?shù)拿}，電子是導(dǎo)體中的能量搬運(yùn)工，它除了負(fù)有電荷以外還具有一種自旋性質(zhì)，就如同地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，而地球本身也在自轉(zhuǎn)一樣。而在一般條件下，電子的運(yùn)動(dòng)是無(wú)序的，這就好比很多人在跳舞，每個(gè)人的舞步都不一樣，毫無(wú)規(guī)律可循。

“這種無(wú)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)不可避免地會(huì)發(fā)生碰撞，碰撞就會(huì)導(dǎo)致能量的損耗。所以我們一直在思考，大自然是否可能存在一種比較漂亮的跳舞方式讓電子在里面運(yùn)動(dòng)，即電子是否能有一種更有序的運(yùn)動(dòng)形式。如果能找到，就意味我們能更好地控制熱量或根本不會(huì)有熱量散出來(lái)，因?yàn)殡娮硬恍杞?jīng)常碰來(lái)碰去就不會(huì)有很多熱量消耗?！痹趶埵钻傻慕忉屜拢@個(gè)聽(tīng)上去艱深晦澀的理論變得通俗易懂。

2006年，張首晟提出了一個(gè)大膽的預(yù)言：“我們預(yù)言了一些材料，它們有非常奇妙的性質(zhì)。如果把這些材料變成二維體系，那你會(huì)看到：電子全部行走在邊緣上，并且各行其道、互不干擾?！痹谶@個(gè)預(yù)言里，他設(shè)定了具體的現(xiàn)象，預(yù)言了哪些材料在哪種情況下采用何種方法才會(huì)實(shí)現(xiàn)哪種效應(yīng)。由此誕生了“量子自旋霍爾效應(yīng)”理論。

“量子自旋霍爾效應(yīng)”找到了一個(gè)新的規(guī)律，即電子自轉(zhuǎn)方向與電流方向之間的規(guī)律。利用這個(gè)規(guī)律可以使電子以新的姿勢(shì)非常有序地舞蹈，從而使能量耗散很低。張首晟說(shuō)：“利用‘量子自旋霍爾效應(yīng)’，有可能研制出新一代的電腦，延長(zhǎng)摩爾定律的生命。”

2007年，實(shí)驗(yàn)證明了張首晟提出的量子自旋霍爾效應(yīng)理論，《科學(xué)》雜志把這一成果評(píng)為2007年十大科學(xué)進(jìn)展之一?！犊茖W(xué)》這樣評(píng)價(jià)說(shuō)：“理論和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)的量子自旋霍爾效應(yīng)，這是電子從某些材料中流過(guò)時(shí)在無(wú)外加磁場(chǎng)作用下的新奇行為。如果這一效應(yīng)在室溫下工作，它可能導(dǎo)致新的低功率的‘自旋電子學(xué)’計(jì)算的設(shè)備。”

大膽的設(shè)想，勇敢的創(chuàng)新，讓張首晟用電子的自旋舞步在拓?fù)浣^緣體的前沿研究領(lǐng)域書(shū)寫了濃墨重彩的一筆。

美在情懷：用“中國(guó)芯”演繹“中國(guó)心”

一條是擁擠不堪的馬路，一條是暢通無(wú)阻的筆直大道，張首晟給我們展示了兩張圖片，分別代表今天芯片內(nèi)的信息阻塞和未來(lái)芯片中的信息高速公路。

“對(duì)中國(guó)，這是一個(gè)千載難逢的戰(zhàn)略機(jī)遇期，引領(lǐng)創(chuàng)新，并超越其他國(guó)家！”張首晟所言及的這個(gè)機(jī)會(huì)就是通過(guò)拓?fù)浣^緣體的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，搶占科研的制高點(diǎn)，促進(jìn)中國(guó)信息電子工業(yè)的自主創(chuàng)新，引導(dǎo)世界潮流。

過(guò)去幾十年中，信息技術(shù)一直按照“摩爾定律”保持著驚人的快速發(fā)展，很少有哪個(gè)產(chǎn)業(yè)能夠匹敵。目前來(lái)看，“摩爾定律”在未來(lái)幾十年中可能很難一直繼續(xù)奏效。對(duì)此，張首晟指出，這雖是一種危機(jī)，“但對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)也意味著一個(gè)更加激動(dòng)人心的時(shí)代，可以有機(jī)會(huì)通過(guò)創(chuàng)新打破以前的框架，開(kāi)辟新的天地?！?/p>

雖然“量子自旋霍爾效應(yīng)”的研究成果離真正投入應(yīng)用還有一定距離，但這種新奇的物理現(xiàn)象有可能給未來(lái)的信息革命帶來(lái)重大影響，電腦甚至量子計(jì)算都將隨之發(fā)生巨大改變。他說(shuō)：“科學(xué)界和工業(yè)界已達(dá)成共識(shí)，信息革命下一步的發(fā)展，一定要把‘信息高速公路’建到芯片的層次。這已經(jīng)是全世界范圍的一個(gè)大趨勢(shì)。而‘量子自旋霍爾效應(yīng)’的理論研究以及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，對(duì)科學(xué)界和信息產(chǎn)業(yè)界來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)全球重新洗牌機(jī)會(huì)。人類芯片史上有以下幾個(gè)革命：真空管、晶體管和集成電路，但其實(shí)從集成電路到現(xiàn)在，一直都沒(méi)有一個(gè)大的變化，這一機(jī)遇的重要性可能相當(dāng)于當(dāng)年集成電路的發(fā)明，相當(dāng)于在在白紙上面畫(huà)最新的圖案?！?/p>

為了讓中國(guó)在這張白紙上畫(huà)出最美的圖案，張首晟一直關(guān)注國(guó)內(nèi)的研究動(dòng)態(tài)，并與國(guó)內(nèi)研究人員展開(kāi)了多種形式的合作。2009年，張首晟入選國(guó)家“千人計(jì)劃”，受聘成為清華大學(xué)高等研究院的教授，并與清華大學(xué)物理系開(kāi)展了緊密的合作研究。他與清華和中科院合作，對(duì)拓?fù)浣^緣體的研究取得了前所未有的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了能在室溫中保持良好性能的新材料，并做成半導(dǎo)體器件，使拓?fù)浣^緣體的理論進(jìn)一步得到證實(shí)。

桃李滿天下。

2011年，張首晟與清華大學(xué)薛其坤院士、中國(guó)科學(xué)院物理所方忠研究員等合作者獲得求是杰出科技成就集體獎(jiǎng)，而之前，“求是杰出科學(xué)家獎(jiǎng)”曾多次授于中國(guó)兩彈一星的元?jiǎng)??！白鳛橐粋€(gè)中國(guó)人，能夠在國(guó)內(nèi)得到這么高的榮譽(yù)，能夠與為國(guó)家作出過(guò)突出貢獻(xiàn)的前輩們得到同一個(gè)獎(jiǎng)，真的是莫大的鼓舞。另一方面，個(gè)人和集體同時(shí)獲獎(jiǎng)，更是對(duì)團(tuán)隊(duì)的肯定和認(rèn)可。”張首晟強(qiáng)調(diào)，不可否認(rèn)，正是因?yàn)槔碚撆c實(shí)驗(yàn)兩個(gè)團(tuán)隊(duì)在研究過(guò)程中進(jìn)行了廣泛而深入的合作，才使得他們能夠在較短時(shí)間內(nèi)取得一系列重要進(jìn)展。這種創(chuàng)新性的合作模式，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，充分發(fā)揮了不同專長(zhǎng)研究人員的優(yōu)勢(shì)，能夠拓寬研究者的視野，更容易激發(fā)出科技創(chuàng)新的火花，為今后科研工作的開(kāi)展提供了很好的借鑒。

可以說(shuō)，在每個(gè)海外學(xué)子心中都有一個(gè)“中國(guó)夢(mèng)”。猶記60多年前，一批又一批海外科學(xué)家響應(yīng)祖國(guó)的召喚，放棄國(guó)外先進(jìn)的科研條件和優(yōu)厚的待遇，紛紛回歸投身祖國(guó)建設(shè)，為發(fā)展新中國(guó)的工業(yè)、科研、教育和國(guó)防建設(shè)事業(yè)建立了卓越功勛，他們的歸國(guó)選擇改變了整個(gè)中國(guó)科技的發(fā)展歷程。如今，我國(guó)進(jìn)入了科學(xué)發(fā)展的新階段，從科技是第一生產(chǎn)力到科學(xué)發(fā)展觀，科學(xué)成了時(shí)代的最強(qiáng)音，“祖國(guó)需要你們，祖國(guó)歡迎你們，祖國(guó)寄希望于你們”是新時(shí)代的召喚。

2012年6月，胡錦濤主席在兩院大會(huì)上重點(diǎn)提到了張首晟最近開(kāi)創(chuàng)的新領(lǐng)域拓?fù)浣^緣體，充分肯定了其圍繞國(guó)家發(fā)展重大戰(zhàn)略需求，瞄準(zhǔn)世界科技前沿，銳意創(chuàng)新的精神。中國(guó)知識(shí)分子歷來(lái)就有以天下興亡為己任的傳統(tǒng)，“千人計(jì)劃”的平臺(tái)給了海外學(xué)者一個(gè)圓夢(mèng)報(bào)效祖國(guó)的機(jī)會(huì)，在人才與科技的強(qiáng)勁支撐下，張首晟衷心地希望在自己這一代身上看到中華民族的偉大復(fù)興。

美在講臺(tái)：綻放璀璨的師道光芒

2012年6月，在恩師楊振寧先生的90大壽慶祝會(huì)上，作為楊先生的高足，張首晟作了飽含深情的發(fā)言，尤其振奮人心的是他自信的宣言：“我可能在學(xué)術(shù)上超不過(guò)您，但是我培養(yǎng)的學(xué)生一定會(huì)超過(guò)您的學(xué)生。”

張首晟說(shuō)，除了學(xué)術(shù)成果，讓他同時(shí)自豪的是培養(yǎng)出了一批已成長(zhǎng)為世界級(jí)的研究人才的清華學(xué)子。

一家的校園生活。

從踏上講臺(tái)的那一天開(kāi)始，張首晟就一直在思索，大學(xué)最重要的究竟是什么？從多年海外求學(xué)和教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，他認(rèn)為，有一個(gè)理念在國(guó)內(nèi)還不是非常普遍，譬如美國(guó)的大學(xué)，前兩年是不分專業(yè)的，兩年之后再分專業(yè)。大學(xué)一開(kāi)始不要太專，要有創(chuàng)新精神，首先知識(shí)面一定要廣。而大學(xué)非常可貴的是融聚了各行各業(yè)非常杰出的老師和人才。

“所以，在開(kāi)始的兩年，重要的是把普及教育工作做好?！彼膭?lì)清華物理系的學(xué)生，在開(kāi)始的兩年，多學(xué)一些別的知識(shí)，后面兩年足夠?qū)９ノ锢怼?duì)別的專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)也一樣，大學(xué)時(shí)期，最好能夠發(fā)掘出新的愛(ài)好，因?yàn)榭赡芫褪悄骋婚T課，就讓你產(chǎn)生了興趣，進(jìn)而就成了這方面的人才。

同時(shí)，他認(rèn)為，大學(xué)應(yīng)該產(chǎn)生新的思想引領(lǐng)社會(huì)，而這關(guān)鍵在于擁有自由的環(huán)境。美國(guó)幾所好的大學(xué)，就是能夠真正起到領(lǐng)導(dǎo)性的作用，通過(guò)一些新的思想帶動(dòng)社會(huì)，而不是僅僅提供社會(huì)當(dāng)下需要的人才?！拔覀兛吹降纳鐣?huì)需求，肯定不是特別超前。而大學(xué)，是在一種非常自由的環(huán)境下，可以探討和摸索，才能夠真正創(chuàng)造出帶動(dòng)社會(huì)發(fā)展的超前思想和技術(shù)?！逼┤鐝埵钻伤诘乃固垢４髮W(xué)，就是因?yàn)樗羞@種自由的環(huán)境，才能誕生出Google和Yahoo這樣的公司來(lái)。超越了社會(huì)的需求，提出了引領(lǐng)社會(huì)的概念，這只有在比較寬松的環(huán)境中才能誕生。

這也正是中國(guó)大學(xué)需要培養(yǎng)的人才素質(zhì)，“現(xiàn)在中國(guó)大學(xué)講得出、寫得下來(lái)的東西都能做得到，關(guān)鍵是現(xiàn)在寫不出來(lái)、還想不到的事情?！倍趺礃觿?chuàng)造出這種環(huán)境，讓學(xué)生能夠去思考這些還想不到的事情，毫無(wú)疑問(wèn)，這是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

在張首晟的團(tuán)隊(duì)里，他特別注重本科生的培養(yǎng)，因?yàn)槟贻p人有創(chuàng)意。知識(shí)和創(chuàng)意，是人類智慧的體現(xiàn)。知識(shí)可以通過(guò)時(shí)間和年齡的增加而積累；而創(chuàng)意，卻往往跟年輕聯(lián)系在一起，年輕人的創(chuàng)業(yè)激情和好奇心會(huì)帶來(lái)更多的靈感。因此，他更注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)意意識(shí)，他強(qiáng)調(diào)，不能只是做一個(gè)會(huì)聽(tīng)話、會(huì)聽(tīng)指令做事的人，一定要做一個(gè)有自己想法的人。

說(shuō)到這里，你不要以為張首晟是一個(gè)不茍言笑的“嚴(yán)師”。用他的話說(shuō)，“嚴(yán)師”不一定要板著面孔，在清華任教期間，除了上課，他也常通過(guò)和本科生一起吃午飯“打在一起”，主張跨學(xué)科融合的他認(rèn)為，“這也是一種融合”。他相信，他的知識(shí)加上年輕人的創(chuàng)意可以達(dá)到雙贏，團(tuán)隊(duì)的成功才能達(dá)到全球性的成功。

“從現(xiàn)在整個(gè)世界的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，我們需要新的人才，世界發(fā)展變化很快，不要只是適合當(dāng)時(shí)發(fā)展的需要，重要的是能夠隨時(shí)看到形勢(shì)的變化，并利用形勢(shì)的變化，創(chuàng)造出新的知識(shí)和技術(shù)。”正是從這一點(diǎn)出發(fā)，張首晟以國(guó)際化的理念培養(yǎng)學(xué)生、打造團(tuán)隊(duì)，為世界物理學(xué)界不斷輸送著具備突出研究能力、國(guó)際化研究視野、強(qiáng)烈自主創(chuàng)新精神和合作意識(shí)的優(yōu)秀研究人才。

正是這樣的為師理念,使他桃李滿天下,張首晟的學(xué)生們己成為世界名校的教授,包括Harvard, Stanford,Princeton，UIUC，UCSD與清華等。他自己的兒子張晨波，也榮獲了2011年國(guó)際奧林匹克物理競(jìng)賽金牌，現(xiàn)正在哈佛大學(xué)攻讀本科。

美在科學(xué)：心靈的浪漫之旅

法國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家龐加萊曾說(shuō)過(guò)：“如果自然不美，它就不值得去探求?！?/p>

那么，在張首晟執(zhí)著探求的物理世界里，藏著怎樣的美好呢？

牛頓的運(yùn)動(dòng)方程、麥克斯韋方程、愛(ài)因斯坦狹義跟廣義相對(duì)論方程、狄拉克方程、海森伯方程，以及另外的五六個(gè)方程，合在一起就是整個(gè)物理學(xué)的理論架。這些平常人看來(lái)干巴巴的方程，在物理學(xué)家眼里無(wú)疑是最美的，他們甚至稱之為“造物者的詩(shī)篇”，因?yàn)檫@些方程用非常濃縮的語(yǔ)言把廣大的宇宙之間包羅萬(wàn)象的物理現(xiàn)象都準(zhǔn)確地描述出來(lái)，并且隨著物理學(xué)的發(fā)展，時(shí)間的推移，它的內(nèi)涵會(huì)產(chǎn)生新的當(dāng)初完全沒(méi)有想到的意義。

在清華大學(xué)演講。

“這與詩(shī)有著類似的地方。”張首晟這樣解讀物理方程式。如果你能將許多復(fù)雜的現(xiàn)象簡(jiǎn)化概括為一些方程式的話，那的確是一種美。詩(shī)歌是什么？詩(shī)歌是一種高度濃縮的思想，是思想的精粹。寥寥數(shù)行就道出了自己內(nèi)心的聲音，袒露出自己的思想。而科學(xué)研究的成果，也是一首很美麗的詩(shī)歌。我們所探求的方程式就是大自然的詩(shī)歌。這是一首很美的詩(shī)。當(dāng)我們遇到這些濃縮精粹的結(jié)構(gòu)時(shí)，我們就會(huì)有美的感受；當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)自然界的一個(gè)秘密時(shí)，一種敬畏之情就會(huì)油然而生；當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、自然現(xiàn)象等等客觀因素與科學(xué)家的主觀情感在一個(gè)更高層次上達(dá)到和諧統(tǒng)一的時(shí)候，科學(xué)就和藝術(shù)一樣獲得了美感。

聽(tīng)著這詩(shī)一般的語(yǔ)言，我們不禁心馳神往。也許這些深?yuàn)W的科學(xué)定理或者定律，我們不能在自然現(xiàn)象中直接見(jiàn)到，而只有掌握了一定科學(xué)理論的人才能更深刻地感受到，但是，我們能從他的講述中感受到的是，這些理論之美就是科學(xué)家們最神往的美，并且正是這些美使得他們?cè)谌唛L(zhǎng)沉悶的工作中得到愉悅、欣慰，并成為研究科學(xué)巨大的動(dòng)力之一。

所以張首晟說(shuō)：“大自然很神奇，尋找果實(shí)的過(guò)程本身帶來(lái)的樂(lè)趣就是無(wú)限的。”正是帶著這樣的心態(tài)，忙碌著的他并沒(méi)有讓生活被工作占滿，他深信“科藝一家”：游泳、網(wǎng)球、歌劇、芭蕾……在生活中，他也在不斷地發(fā)現(xiàn)著美。如今，他也把這種信念傳授給自己的學(xué)生：不要整天把自己關(guān)在實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)研究也要來(lái)源于生活的靈感。

在科學(xué)與藝術(shù)的共同追求中，美一同構(gòu)成了張首晟心靈的浪漫之旅。這段旅程正如他描摹的自己的科研夢(mèng)想那般美好：

我在海邊尋找貝殼，在沙灘上留下了無(wú)數(shù)的腳印之后，在無(wú)數(shù)次浪潮褪去之后，一個(gè)貝殼突然出現(xiàn)在眼前，彎腰拾起貝殼的剎那，心里涌起的欣喜，真是人生的至高境界……