神秘宇宙的探尋者

文丨■秋 瑟

2018年12月1日，美國(guó)華裔物理學(xué)家、斯坦福大學(xué)物理系、電子工程系和應(yīng)用物理系終身教授、美國(guó)科學(xué)院院士、中科院外籍院士張首晟離世，享年55歲。

1963年出生于上海的張首晟，多年來(lái)，一直在拓?fù)浣^緣體、量子自旋霍爾效應(yīng)、自旋電子學(xué)、高溫超導(dǎo)等領(lǐng)域做研究，2007年，張首晟發(fā)現(xiàn)的“量子自旋霍爾效應(yīng)”被《科學(xué)》雜志評(píng)為當(dāng)年的“全球十大重要科學(xué)突破”之一。2017年，張首晟及其團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了手性馬約拉納費(fèi)米子，使得有效的量子計(jì)算成為可能。

張首晟先后獲得了物理界重量級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，包括歐洲物理獎(jiǎng)、美國(guó)物理學(xué)會(huì)巴克萊獎(jiǎng)、國(guó)際理論物理學(xué)中心狄拉克獎(jiǎng)、尤里基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)等，更是2017年度中華人民共和國(guó)國(guó)際科學(xué)技術(shù)合作獎(jiǎng)獲得者。

曾發(fā)現(xiàn)“天使粒子”

1980年，年僅17歲的張首晟前往德國(guó)柏林自由大學(xué)學(xué)習(xí)，專業(yè)為理論物理，“用一個(gè)公式概括整個(gè)世界”成為張首晟的夢(mèng)想。

通過(guò)努力，1996年，年僅33歲的張首晟就被評(píng)為斯坦福大學(xué)終身教授。隨后，憑借拓?fù)浣^緣體和量子自旋霍爾效應(yīng)兩項(xiàng)理論的發(fā)現(xiàn)，張首晟于2010年獲得歐洲物理獎(jiǎng)；2012年獲得美國(guó)奧利弗巴克利獎(jiǎng)和狄拉克獎(jiǎng)；2014年獲得美國(guó)富蘭克林獎(jiǎng)。此外，張首晟榮獲“2016年度華人經(jīng)濟(jì)人物”殊榮。

2017年7月21日，張首晟及其團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)：在整個(gè)物理學(xué)界歷經(jīng)80年的探索之后，他們終于發(fā)現(xiàn)了手性馬約拉納費(fèi)米子的存在，并將其命名為“天使粒子”，為物理界的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

“天 使粒子”，即手性馬約拉納費(fèi)米子，是物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納在1937年提出的，埃托雷·馬約拉納發(fā)表論文假想這種粒子存在，因此而命名。

埃托雷?馬約拉納一生只發(fā)表了三篇論文，且在文章泄露馬約拉納費(fèi)米子“天機(jī)”之后不久，就從此銷聲匿跡了。因此相較其他粒子而言，馬約拉納費(fèi)米子顯得更加神秘，自從1937年埃托雷·馬約拉納做出以上猜測(cè)開始，尋找這一神奇粒子也就成了物理學(xué)中許多領(lǐng)域研究工作的崇高目標(biāo)。

手性馬約拉納費(fèi)米子得以被發(fā)現(xiàn)，源于來(lái)自張首晟的理論團(tuán)隊(duì)和加州大學(xué)洛杉磯分校和UC Irvine的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通力協(xié)作七年得來(lái)的成果。

七年前，張首晟的團(tuán)隊(duì)開始系統(tǒng)的提出實(shí)驗(yàn)方案，在2010到2015年期間，張首晟與其團(tuán)隊(duì)連續(xù)發(fā)表三篇論文，精準(zhǔn)預(yù)言了在哪里能夠找到手性馬約拉納費(fèi)米子，繼而指出哪些實(shí)驗(yàn)信號(hào)能夠作為鐵證如山的證據(jù)。

此前，不少科學(xué)家的推測(cè)，在粒子物理中，標(biāo)準(zhǔn)模型范疇之外的中微子可能是手性馬約拉納費(fèi)米子；這一猜測(cè)有可能被無(wú)中微子的beta雙衰變實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。

遺憾的是，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所要求的精度在今后的10年到20年以內(nèi)都難以達(dá)到。而在凝聚態(tài)物理中，手性馬約拉納費(fèi)米子有可能作為某些新奇量子基態(tài)上的準(zhǔn)粒子或元激發(fā)而存在。

張首晟及其團(tuán)隊(duì)預(yù)言，手性馬約拉納費(fèi)米子存在于一種由量子反?；魻栃?yīng)薄膜和普通超導(dǎo)體薄膜組成的混合器件中，并做出相關(guān)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證。

在以往的量子反常霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，隨著調(diào)節(jié)外磁場(chǎng)，反常量子霍爾效應(yīng)薄膜呈現(xiàn)出量子平臺(tái)，對(duì)應(yīng)著1，0，-1倍基本電阻單位e2/h。張首晟及其團(tuán)隊(duì)選擇把普通超導(dǎo)體置于反常量子霍爾效應(yīng)薄膜之上，臨近效應(yīng)使之能夠?qū)崿F(xiàn)手性馬約拉納費(fèi)米子，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中會(huì)多出全新的量子平臺(tái)，對(duì)應(yīng) 1/2 倍基本電阻單位e2/h。這半個(gè)基本電阻來(lái)源于手性馬約拉納費(fèi)米子沒(méi)有反粒子，因此某種意義上它可以視為半個(gè)傳統(tǒng)粒子。所以，這多出來(lái)的半整數(shù)量子平臺(tái)就提供了有力的證據(jù)，證明在時(shí)空中傳播的手性馬約拉納費(fèi)米子的存在。

根據(jù)這一理論預(yù)言，來(lái)自UCLA和UC Irvine的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)對(duì)該理論十分贊同，并與張首晟的理論團(tuán)隊(duì)緊密合作，最終探測(cè)到了張首晟團(tuán)隊(duì)預(yù)言的半整數(shù)量子平臺(tái)，在張首晟團(tuán)隊(duì)所提出的器件中實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了手性馬約拉納費(fèi)米子。隨后的強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與三端電阻測(cè)量進(jìn)而有力的排除了其他可能的實(shí)驗(yàn)噪聲與假象。

2017年，這一重大發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在這一期的科學(xué)雜志上。

七年的研究終于畫上了圓滿的句號(hào)。上帝粒子被發(fā)現(xiàn)花費(fèi)了六十多年，引力波被發(fā)現(xiàn)耗時(shí)一百年，而張首晟及其團(tuán)隊(duì)在提出實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ推吣旰蟊泸?yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)此，張首晟曾表示自己非常幸運(yùn)。

專家表示，手性馬約拉納費(fèi)米子被發(fā)現(xiàn)，將從哲學(xué)層面對(duì)挑戰(zhàn)人類對(duì)現(xiàn)有世界的認(rèn)知，即世界不完全是正反對(duì)立的，有陰不一定有陽(yáng)，有天使不一定有魔鬼。除此之外，這一發(fā)現(xiàn)還具有更加現(xiàn)實(shí)的意義——在固體中實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算將成為可能。

張首晟曾說(shuō)，“天使粒子”的發(fā)現(xiàn)“非常非常神奇，這意味著一個(gè)量子比特可以拆成兩個(gè)，對(duì)整個(gè)量子物理有根本的改變”。

據(jù)悉，張首晟團(tuán)隊(duì)所提出的器件同時(shí)還是二維體系，從而允許手性馬約拉納費(fèi)米子的糾纏和編辮，使得有效的量子計(jì)算成為可能。

從基本科學(xué)發(fā)現(xiàn)到技術(shù)應(yīng)用往往需要多年時(shí)間，但是張首晟曾對(duì)于這“天使粒子”巡游的量子天堂充滿了興奮與期待：“拓?fù)淞孔佑?jì)算能夠解決當(dāng)下人類面對(duì)最艱難的一些問(wèn)題，從而迎來(lái)一個(gè)完美世界?！?/p>

天使粒子已被發(fā)現(xiàn)，對(duì)萬(wàn)能理論的探索卻遠(yuǎn)未終結(jié)。接下來(lái)，除了推動(dòng)國(guó)內(nèi)量子計(jì)算的發(fā)展外，張首晟的下一個(gè)目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)磁單極，同列神秘粒子表單的磁單極至今未被人類發(fā)現(xiàn)，留給人類的宇宙之謎還有很多。

然而，深受病魔折磨的張首晟已經(jīng)看不到“天使粒子”應(yīng)用到技術(shù)那一天，但是，張首晟明白，宇宙的謎團(tuán)會(huì)被一個(gè)一個(gè)解開，但人類尋美而求真的沖動(dòng)卻不會(huì)改變，正是這股好奇心驅(qū)動(dòng)著人類不斷去探索宇宙的真相。

生前主投區(qū)塊鏈、金融科技

除了科學(xué)家身份以外，張首晟也是一名投資人，他于2013年創(chuàng)立了丹華投資，專注于投資最具顛覆性的創(chuàng)新科技和商業(yè)模式，并搭建起斯坦福、硅谷和中國(guó)的橋梁。

2013年，張首晟與自己的學(xué)生谷安佳博士聯(lián)合創(chuàng)立丹華資本。據(jù)已公開的數(shù)據(jù)顯示，丹華資本對(duì)外投資113個(gè)項(xiàng)目，包括區(qū)塊鏈、企業(yè)級(jí)應(yīng)用與金融科技等領(lǐng)域。

據(jù)了解，丹華資本一期基金融資9200萬(wàn)美元，投資項(xiàng)目主要集中在大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能等領(lǐng)域的中早期創(chuàng)業(yè)公司。丹華資本通過(guò)兩支基金總共募集4.345億美元資金。

當(dāng)前，丹華資本官網(wǎng)投資項(xiàng)目顯示，基金共投出消費(fèi)與金融科技項(xiàng)目18個(gè)；區(qū)塊鏈項(xiàng)目42個(gè)；大數(shù)據(jù)項(xiàng)目24個(gè)；生命科學(xué)項(xiàng)目16個(gè)。投中網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，丹華資本在區(qū)塊鏈技術(shù)、區(qū)塊鏈應(yīng)用和數(shù)字貨幣領(lǐng)域共計(jì)投資事件金額達(dá)到約1.88億元。

跨界風(fēng)投創(chuàng)業(yè)5年來(lái)，張首晟始終堅(jiān)信，科學(xué)和金融是相通的?！坝行┛茖W(xué)家比較牛，主要就是眼光準(zhǔn)確，那么多可以選的題目中如何選對(duì)題目并朝這個(gè)方向走下去，從而開辟一片新天地，這個(gè)是關(guān)鍵的。而投資也是同樣的道理，所以需要把兩者之間打通。”

在丹華資本的團(tuán)隊(duì)中，張首晟是斯坦福的三系教授，還有創(chuàng)始合伙人谷安佳和來(lái)自斯坦福本科的畢業(yè)生，有著完善的投資發(fā)掘渠道。當(dāng)然，張首晟在學(xué)術(shù)界的聲望和地位，是吸引諸多學(xué)生創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的重要基礎(chǔ)。

雖然在資源連接方面有著自己的優(yōu)勢(shì)，但丹華資本的最大特色還是張首晟怎樣用科學(xué)思維方式做投資。

張首晟曾表示，“物理學(xué)里面有個(gè)很大的分支是統(tǒng)計(jì)力學(xué)，主要研究的就是概率和統(tǒng)計(jì)；現(xiàn)在討論大數(shù)據(jù)，很多基本的算法都來(lái)自于物理學(xué)獎(jiǎng)?，F(xiàn)在大熱的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，幾乎所有以人名命名的算法都來(lái)自于物理學(xué)獎(jiǎng)”。

據(jù)了解，張首晟曾多次在公開活動(dòng)或發(fā)言中表示看好區(qū)塊鏈技術(shù)。今年6月，張首晟撰文陳稱，“今天出現(xiàn)的區(qū)塊鏈技術(shù)，也會(huì)導(dǎo)致新的時(shí)代。這個(gè)時(shí)代的革命強(qiáng)度可能是互聯(lián)網(wǎng)革命的十倍、百倍?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代只是信息交換的時(shí)代，而區(qū)塊鏈時(shí)代有了價(jià)值的交換，我們可以產(chǎn)生數(shù)據(jù)的市場(chǎng)，每個(gè)人擁有自己的數(shù)據(jù)，然后在交換的過(guò)程中產(chǎn)生新的價(jià)值”。

張首晟認(rèn)為，區(qū)塊鏈?zhǔn)腔ヂ?lián)網(wǎng)的十倍甚至一百倍，“所謂的泡沫現(xiàn)在很多項(xiàng)目都是完全泡沫，可能帶領(lǐng)大家一個(gè)比較好的路線，一個(gè)項(xiàng)目不要馬上ICO面向大眾，通過(guò)一個(gè)著名的VC來(lái)做投資，有一個(gè)判斷能力?！?/p>

如今，張首晟聯(lián)合創(chuàng)下的丹華投資已初見(jiàn)成效，他所預(yù)言的區(qū)塊鏈時(shí)代也正在向我們走來(lái)。