那個讓所有人驚為天人的物理鬼才和投資高手,已經離開我們一年了

在上海復旦大學校史館,有一張現存最早的復旦畢業文憑。

這是1909年復旦公學頒發給一位名叫張彝的高郵籍學生的畢業證。

在復旦建校後的第二屆16位學生中,張彝以國文、法文、倫理、化學、三角、體操等12門功課的畢業考試總平均分為80分8釐的第一名成績畢業。

那個讓所有人驚為天人的物理鬼才和投資高手,已經離開我們一年了

俗話說“詩書傳世長”,一張百年前復旦學霸的畢業證書,是由張彝的後人在2005年復旦百年校慶之際捐贈給復旦的。捐贈者名叫張首晟,正是張彝的孫子。他比祖父更厲害的是,考上覆旦的時候,還是位15歲的少年。

他叫張首晟。誰都沒意識到的是,這個翩翩而來的白衣少年,卻能在物理領域拿到除了諾貝爾獎之外所有的獎項,而且還能在科研之外把風險投資做得風生水起。

但似乎的天妒英才,他因為抑鬱離開我們已經一年了。可他給整個世界留下的傳奇,早已寫入歷史。

這是一個普通不能再普通的清晨,舊金山的雨季剛剛過去,斯坦福大學校園裡迎來了充滿朝氣的一天。

然而,隨著2017年7月最後一週的《科學》雜誌被送到世界各家大學、研究所、跨國公司、知名科學家的案頭,“上帝啊”的呼聲此起彼伏,一個從斯坦福發出的劃時代重磅發現震驚了世界物理學界。

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“他帶領團隊提出天使粒子的發現方法,被幾個研究團隊的不同實驗予以證實,這解決了物理學上的馬約拉納難題,將上帝關上的門打開了一條縫。”斯坦福物理學院在第一時間更新了終身教授張首晟的網站首頁。

“你會獲得諾貝爾獎的,我堅信。”作為張首晟導師的楊振寧,不遠萬里從悶熱的中國上海向心愛的弟子打來祝賀電話。

而將張首晟帶到斯坦福,並排除各種困難,給他爭取到物理系終身教授職位的前美國聯邦政府科技部長、斯坦福大學物理學院前院長、張首晟的第一個伯樂朱棣文,當日在自己的臉書上驕傲的說:“五年前我就說過,我已經將未來三十年物理學最燦爛的星辰帶到了斯坦福。”

張首晟到底發現了什麼?為什麼他帶領團隊提出找到“天使粒子”的方法以及隨後的實驗證實會引發全球科學界這樣的轟動?

要弄懂這個問題,需要追根溯源到量子力學的奠基者之一狄拉克身上。

1928年,量子物理學奠基人保羅·狄拉克研究數學時,對開根號有正根負根的結論突發奇想,因此做出了一個驚人的預測:宇宙中的每個基本粒子都有一個與其對應的反粒子——電荷相反的“雙胞胎”。當粒子與反粒子相遇時,它們會湮滅,同時釋放出一股能量。這一預測隨後被“正電子”實驗證明,從此打開了粒子研究的大門。

1937年,意大利理論物理學家埃託雷·馬約拉納(Ettore Majorana)在他的論文中提供了另一種預測:在一類被稱為“費米子”的粒子(包括了質子、中子、電子、中微子和夸克)中,應該有一些粒子,自己就是自己的反粒子,並可以用一個波動方程來描述。

這就是馬約拉納費米子,即物理界常說“天使粒子”的由來。在馬約拉納看來,這種費米子是基礎粒子,不能再拆分,將會成為粒子物理學的基礎。

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頗讓人無奈,就像數學的哥德巴赫猜想一樣,馬約拉納的費米子猜想也成為物理學的未解之謎。

數學家哥德巴赫在筆記中表示自己已經想到怎麼證明這個猜想,但是沒地方書寫;而物理學家馬約拉納表明自己設計了相關的實驗準備找到這種費米子,但他卻在一個清晨神秘的消失在湖邊。

有時候科學家表現得也挺讓人無語,可能他們的腦回路異於常人。

從那時開始到現在,一代一代的物理學家都沒放棄對馬約拉納費米子的找尋。在物理學界看來,找到馬約拉納費米子這種最基礎的粒子,就能從基礎上證明量子力學的正確,也能為建立在相對論上的現在物理學指明發展方向。

有消息稱,巨型電子對撞機的建立,有大部分因素是用來找尋馬約拉納費米子。而在這些年物理學家追尋馬約拉納費米子過程中,

有5項諾貝爾物理學獎與之相關。

可想而知,張首晟領導的團隊這個發現,對整個物理學界會有什麼樣的衝擊。

張首晟發現找到馬約拉納費米子的方法,看似是一個偶然的機會,但如果離開他不走尋常路的研究思路,也不會成功。

張首晟之前研究領域是凝態物理,拓撲絕緣體理論的材料實現方案和量子自旋霍爾效應是他最傑出的研究成果,也為張首晟帶來了物理學的幾乎除了諾貝爾獎之外全部的獎項。

這兩項研究都是在凝態物理領域,解釋起來非常艱澀難懂,但正由於這樣的兩個研究成果,2010年以來,以往僅僅處於科學猜想和科幻小說中的量子通信和量子計算機,不論是遨遊太空的中國“墨子號”衛星,還是美國NASA的實驗室量子計算機,都取得了重大突破。

基於他對凝態物理方面的研究,在領導團隊尋找馬約拉納費米子大的過程中,他沒有采用物理學界通用的電子對撞的高能模式,反而在自己熟悉的拓撲絕緣體領域加強實驗。

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張首晟在發表拓撲絕緣體理論相關論文中曾預言,如果想發現馬約拉納費米子,在不採用高能研究方法的基礎上,只能在拓撲絕緣體邊緣才有可能。

而且他跟他的團隊,一口氣在2010到2015年間,針對這個問題發佈了三篇論文,從多維度、多系統精準預言了在哪裡能夠找到馬約拉納費米子,繼而指出哪些實驗信號能夠作為可靠的證據。

這是很牛的成果。打個不恰當的比方,就像數學的哥德巴赫猜想,現在突然有人發佈了三篇論文,教你怎麼找到猜想的答案,怎麼論證,用什麼方法,然後還把如何驗證的手段說了個遍。最恐怖的是,你照著做還真的就把這個猜想解決了。

但這個發現的過程並不是一帆風順。

張首晟和他的團隊,當然也想用傳統方法找到“天使粒子”。在粒子物理中,標準模型範疇外的中微子被認為最可能是馬約拉納費米子,而且這一猜測有可能被“無中微子的beta雙衰變”實驗所驗證。

然而,為了完成這個實驗所需要的精度,研究小組時不時要動用高能粒子對撞機,高額的成本讓只是斯坦福學校贊助的張首晟團隊望而卻步。

張首晟不死心,他在想,有沒有其餘的方法找到“天使粒子”?他把目光放到了自己熟悉的凝態物理學中。

根據一些前輩的推測,在凝聚態物理中,馬約拉納費米子有可能作為某些新奇量子基態上的準粒子或元激發而存在。

因此,找到一些能保證準粒子或者元激發出現的新奇量子基態就十分重要。

在帶領團隊重複實驗上萬次,添加幾千種磁性材料和超導材料後,一個下午,吃完午飯回到實驗室的張首晟偶然在拓撲絕緣體邊緣觀察到了散射的粒子現象。

他發現,在拓撲絕緣體中放置鉻這種磁性的摻雜劑後,本來是普通的絕緣體的拓撲絕緣體材料表面,就會形成一個超導體,粒子在這裡會發生散射。而散射的就成為半粒子,就是“天使粒子”

談及這個發現時刻的心情,張首晟曾在接受採訪時表示:”如果你把科學探索想成一個探險,把大自然想成一個藝術品,你的預言,大自然居然都幫你實現了,那你每天都會過得非常享受。”

誰也不知道,這個在物理學界被稱為發現“天使粒子”的方法,差一點就出不來。

因為很年輕,也因為剛到斯坦福就提出拓撲理論跟量子力學結合的研究方案,一開始,張首晟的研究計劃並沒有通過美國科技部科研基金的審批。

“當年來到斯坦福大學,我就想追求一個全新的研究領域,我的想法是把數學裡面非常美妙的一個想法叫拓撲學和一個非常實用的一個材料學,能夠把它緊密的結合在一起。但是負責基金審批的專家看來看去都看不懂,認為這是根本沒用的一個研究。”若干年後,回憶起當時的窘境,張首晟還記憶猶新。

1994年7月,當張首晟收到退回來的科研開題報告時,感到異常的憤怒。美國國家科研基金審查委員會的人在他的報告上寫了個類似“白痴”的回覆。

不死心的張首晟向能找到的所有私立基金會都寄出了申請,結果11家基金都拒絕了他,申請書全被退回來了。

那段時間從不喝酒的張首晟,曾頻繁出入酒吧。這讓聘他到學校任職的物理學院院長朱棣文看在眼裡,急在心裡。

“說實話,朱棣文他是我的伯樂。沒有他的努力,我的成果不可能出現”張首晟一談起朱棣文,總愛用這句話開頭。

朱棣文為了張首晟的科研項目,親自到校董會,一個一個遊說校董。終於說服校董會同意動用學校自有資金支持張首晟的項目。

“我還記得那是一個下午,當朱棣文給我電話說幹吧的時候,我的眼淚刷一下就留下來了。”從此以後,斯坦福“讓自由的空氣在飄揚”的校訓,深深紮根在張首晟心中。

張首晟在成為物理學最頂尖的研究者之前,是一個名副其實的學霸。

幼年的張首晟,也曾經經歷過一段混亂年代的餘波,本來父母擔心他的前途會被時代耽擱。但由於受祖上的影響,他從小就痴迷群書,貪婪地遊覽知識的海洋。

1976年高考恢復,為了發現、選拔人才,省裡面向高中沒畢業的年輕人破格提供了10個高考名額。

父親看到成天埋頭讀書的兒子,便給他找來一套數理化自學資料,動員正在讀初中他去試試。結果15歲的“初中生”在考場揮斥方遒,一舉過關。

15歲的學霸走進復旦的時候,神閒氣定——大學對他來說,充其量就是個大一點的課堂罷了。唯一的“誠惶誠恐”,就是感到百年前的祖父“學長”在冥冥中注視著自己。

學霸的腦回路我們不一定能懂。接近張首晟的人都說,他看書跟別人不同,博覽群書是他的標籤,但是每本書都不讀完就是他的特色了。

在他看來,讀書就是一個把厚書讀“薄”,從中瞭解作者的思維方式的過程。讀書不是要吸納所有信息,而是有針對性地對信息進行篩選。

就這樣讀書,他大學第一學年的成績居然名列年級前茅。而且,他的學習範圍早已超越了大學教材。

正因為此,沒有高中文憑,更沒有讀完大學幾十門課程的張首晟,在大一結束的時候就接到學校通知,作為公派留學生去德國柏林大學深造。

張首晟的留學生涯,從德國開始徹底“開掛”,從此變成了很多家長口中的“別人家孩子”。

先是在古老的充滿學究氣氛的柏林自由大學,張首晟用跟國內相同的學習方法,用3年修完了別人6、7年才能獲得的學分。之後他前往美國紐約州立大學石溪分校,如願以償師從自己的偶像楊振寧,僅用4年就順利獲得物理學博士學位。

到了1995年,33歲的張首晟就已經成為斯坦福大學最年輕的終身教授。

張首晟有很多標籤,除了知名物理學家、斯坦福大學最年輕的終身教授、各大物理學獎獲得者以外,斯坦福知名的風險投資人也是他的重要屬性。

張首晟涉足風險投資,來自他的偶像——集科學家、外交家、發明家、企業家、政治家於一身的富蘭克林的啟發。

“富蘭克林是跨界的曠世奇才,在眾多不同的領域都做出了卓越貢獻,為科學帶來了真正的榮耀。在今天這個偉大時代,用科學的精神來做投資肯定也會給科學帶來榮耀。但是達成科學和投資的結合卻是難上加難的。”在張首晟看來,富蘭克林是天才,不會被複制。

張首晟接觸風險投資的伊始,說起來也頗具戲劇性。

斯坦福大學有自己的員工子女學校,斯坦福的教授們每年都捐款,贊助這個學校的美式足球隊參加比賽。

別看張首晟是個學霸,他可不是“書呆子”,各種球類都能玩幾下。在斯坦福每次員工子女學校的球隊比賽,他都會到現場觀看。

這一天,在球場觀看比賽的張首晟,突然接到個電話,他要回到實驗室查看計算機上的一個數據。

可球場離學校還有110英里,趕回去就不能看完比賽。正糾結間,跟他同來的一位計算機系教授戴安娜·格琳聽說此事,告訴張首晟有辦法讓他不回學校也能查看計算機數據。

張首晟非常驚訝,這位女教授先是讓學生到張首晟實驗室計算機上安裝了個小程序,接下來指導張首晟用自己隨身的筆記本打開一個網址,輸入密碼,就神奇般進入實驗室電腦的桌面。

比賽結束後,張首晟追著這個女教授瞭解軟件情況。這個當時還是斯坦福計算機系學生和教授私下流傳的小軟件,就是未來大名鼎鼎的虛擬機程序VMvare。而張首晟就在那天晚上,把獲得的部分獎金投入進來,成為VMvare的天使投資人。

那個讓所有人驚為天人的物理鬼才和投資高手,已經離開我們一年了

兩年後VMvare成功上市,這家公司最高的時候市值達到480億美元。

張首晟在第一次投資成功後,有過認真的思索。他發現,絕大部分科學家還是喜歡在象牙塔裡生活,不想出去冒險。而很多做投資的,用的也只是金融和投資的一些概念,沒有根本地去理解科學技術的原理。科學和投資結合的難,就在於人才的稀缺。

他認為自己的研究思路與眾不同——就是跨界做研究。他最重要的發現拓撲絕緣體理論就是基於數學理論——拓撲理論,馬約拉納費米子也是在這個理論基礎上找到的。

在張首晟眼中,跨界可能是他成功的重要因素。於是,他決定進一步跨界——做風險投資。

2013年9月,張首晟與自己的學生谷安佳一起,在斯坦福創立了丹華資本(Danhua Capital)。這可以看作張首晟推廣自己物理指導投資理念的源始。

一個基本粒子,它要通過兩個孔,在孔的背後形成一個干擾的條紋,一個經典的粒子要麼從左邊穿過,要麼從右邊穿過,但是量子的粒子同時穿過兩個孔,便是非常神奇的一個量子的世界。

這就說明量子世界有一種平行性。這就是張首晟的投資理念。

張首晟喜歡用量子力學的第一性原理做風投:簡單(simplicity),普適(universality)。在他看來,衡量一個項目的好壞,不在於市場份額和產品技術,而在於創業者自身的邏輯和對行業與技術的把握。

根據他最喜歡的物理公式,張首晟總結出成功融資團隊的選樣標準:成功的創業公司=優秀團隊+創新性技術或商業模式+廣闊市場。

目前,丹華資本發展良好,以斯坦福和硅谷為核心,丹華資本專注於投資美國最具顛覆性和影響力的科技成果和商業創新。儘管成立才4年,根據crunchbase資料,丹華資本已經對58家公司進行了77筆投資。而根據PitchBook的資料顯示,丹華資本的投資組合中的“獨角獸”已有9個。

楊振寧曾說:“在最高的境界上,科學跟藝術,科學跟美,主觀、客觀是統一在一起的,F=ma、E=mc²就是描寫大自然的最美麗的詩句。”

張首晟最喜歡導師這句話。

他感到驕傲的,不是讓物理學界驚訝的發現,也不是可能很快會獲得的諾貝爾物理學獎,而是自己通過努力,用物理學理論,尤其是凝態物理學理論,影響社會測程度逐漸加深。

當時很多國內媒體給這個儒雅的男人一個標籤,就是:不畏浮雲遮望眼,風物長宜放眼量。

可是,非常可惜。

屬於張首晟的傳奇,才剛剛開始就已經結束。

2018年12月1日,長期患抑鬱症的張首晟,用一個頗為意外的方式結束了自己的生命。

跟歷史上很多偉大的科學家一樣,化作一顆照亮人類天空的流星。

他的音容笑貌,至今還留存在斯坦福很多學生的腦海中。但他留給人類的財富,卻用不會被人遺忘。

因為,那些已經變成人類科學史的一部分,緊密相連不可分割。

這真的是一個悲傷的天才故事。


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