2018年12月1 日，著名華人物理學(xué)家張首晟教授意外辭世。張教授生前不僅在學(xué)術(shù)上頗有成就，也影響了許多優(yōu)秀的年輕人。在他辭世一周年之際，張教授以前的博士后，現(xiàn)在斯坦福大學(xué)物理系任教的祁曉亮教授寫下了這篇紀(jì)念文字。

撰文 | 祁曉亮（斯坦福大學(xué)物理系教授）

去年的12月1日是周六，我?guī)е⒆釉赗edwood city參加圣誕節(jié)點(diǎn)燈的活動(dòng)，現(xiàn)在還能清晰地記得華燈初上的時(shí)候，節(jié)日氣氛洋溢在興奮的孩子臉上。后來回憶時(shí)，卻總想起空氣中飛舞的肥皂泡，美麗的背后有著無聲的悲傷，因?yàn)榫驮谀翘欤业睦蠋煆埵钻山淌陔x開了我們。轉(zhuǎn)眼間又一年過去了，有的時(shí)候忙了一天下班坐在車?yán)锏臅r(shí)候，腦中還會(huì)忽然有個(gè)聲音問自己，張老師真的走了嗎？總覺得他只是在travel，在某個(gè)很遠(yuǎn)的地方，繼續(xù)充滿激情的奮斗著。一年來一直想寫點(diǎn)什么，卻一直不知道如何動(dòng)筆。今天（編注：指2019年12月1日 ）跟隨師母和家人一同去掃墓，芳草萋萋，冷雨紛紛，我們的鮮花簇?fù)碇贡?。一年過去了，大概已到了可以長歌當(dāng)哭的時(shí)候吧。希望寫下一點(diǎn)回憶和感想，分享給同樣在今天想念著張老師的大家。

我初識(shí)張老師是在本科的時(shí)候，大約2002年左右，聽張老師在清華講四維量子霍爾效應(yīng)?，F(xiàn)在回想起來，當(dāng)時(shí)肯定是聽不懂的，但是卻覺得報(bào)告勾畫的藍(lán)圖特別激動(dòng)人心。我第一次認(rèn)真讀張老師的論文，是他和Shuichi Murakami 和Naoto Nagaosa關(guān)于內(nèi)稟自旋霍爾效應(yīng)的文章。當(dāng)時(shí)是2004年，我在高等研究院跟翁征宇老師讀博士，研究的方向是高溫超導(dǎo)理論。當(dāng)時(shí)在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)這一領(lǐng)域的大多數(shù)研究者，往往把半導(dǎo)體和自旋電子學(xué)看成一個(gè)“沒什么意思”的領(lǐng)域，覺得里面沒有什么新的物理，只是有應(yīng)用上的價(jià)值。張老師的文章卻闡明了自旋軌道耦合的物理和非阿貝爾規(guī)范場的深刻聯(lián)系，給我們提供了研究自旋軌道耦合問題的一個(gè)嶄新的視角。幾年后拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域的大突破，正是來自于強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和量子霍爾效應(yīng)與傳統(tǒng)半導(dǎo)體理論這兩大領(lǐng)域的一次大融合，而張老師關(guān)于內(nèi)稟自旋霍爾效應(yīng)的文章正是這次革命的導(dǎo)火索。我很幸運(yùn)在那個(gè)關(guān)鍵的時(shí)間點(diǎn)接觸到這個(gè)領(lǐng)域，又恰好趕上拓?fù)湮锢韺W(xué)專家吳詠時(shí)老師正好訪問清華。我和吳老師一起跟張老師開始了合作，對(duì)量子自旋霍爾效應(yīng)和量子反?；魻栃?yīng)進(jìn)行了一些早期的理論模型研究。張老師對(duì)于我們合作的這個(gè)題目非常興奮，我一直清晰地記得我們工作中各種熱切的討論，特別是在工作完成的那天我們skype通話，張老師興奮地說“曉亮，你這個(gè)工作真是太棒了！”對(duì)于我和很多其他年輕學(xué)生來說，張老師這樣的熱情鼓勵(lì)都影響了我們一生。

2006年1月，我到張老師組里做了三個(gè)月交換學(xué)生。在這段經(jīng)歷中，有一件事讓我印象特別深刻。在那年春節(jié)的時(shí)候張老師帶著全組一起開了一整天組會(huì)，會(huì)后他又給我們發(fā)了一封郵件，熱情洋溢地寫道：“我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)有最優(yōu)秀的一批年輕人，我非常自信我們接下來能夠做很重要的工作，不能滿足于完成幾篇在今年看起來很好的論文，更應(yīng)該做出突破性（groundbreaking）的工作?！焙髞砉辉趲讉€(gè)月后，張老師就和他的學(xué)生Andrei Bernevig和Taylor Hughes做出了對(duì)于第一個(gè)量子自旋霍爾效應(yīng)材料（HgTe/CdTe 量子阱）的理論預(yù)言。這個(gè)工作讓量子自旋霍爾效應(yīng)從理論模型階段正式走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，并迅速獲得實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其實(shí)在更早的時(shí)候，張老師也建議過我研究HgTe這個(gè)材料，我卻因?yàn)閷?duì)半導(dǎo)體這個(gè)領(lǐng)域不熟悉，沒有做下去。后來看來，這個(gè)系統(tǒng)的物理并不是那么復(fù)雜，本質(zhì)上的原因是缺乏信心——哪有那么湊巧，理論家提出的一些簡單的模型正好就能在實(shí)際材料中實(shí)現(xiàn)呢？其實(shí)當(dāng)時(shí)張老師和Andrei，Taylor也并非半導(dǎo)體專家，但他們通過不懈的努力，迅速跨越了領(lǐng)域的壁壘，真正搞懂了這個(gè)材料和實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣^緣體的關(guān)鍵機(jī)制，終于功夫不負(fù)有心人?！吧鲜柯劦溃诙兄?，中士聞道，若存若亡”，這件事讓我非常欽佩張老師的敏銳直覺和認(rèn)真精神，也深刻體會(huì)到自己的不足。后來張老師和合作者在拓?fù)湮飸B(tài)的預(yù)言和實(shí)現(xiàn)方面不斷取得重大進(jìn)展，如Bi2Te3系列三維拓?fù)浣^緣體、量子反?；魻栃?yīng)等，與張老師這種堅(jiān)定的信念和不懈的努力是分不開的。

我從2007年到2009年跟張老師做博士后，幸運(yùn)地參與了拓?fù)浣^緣體理論和材料預(yù)言方面的一些早期工作。我博士后期間最主要的工作是拓?fù)浣^緣體的場論描述，以及提出了相應(yīng)的物理效應(yīng)——拓?fù)浯烹娦?yīng)。2007年初，張老師建議我和Taylor Hughes研究這個(gè)問題，一開始我們進(jìn)展比較慢。我記得到了五六月份的時(shí)候我們?cè)贛onterey Bay有一個(gè)小會(huì)，我那天忽然有了一些新的想法，我跟張老師說了以后他很有興趣，我們連夜在酒店大堂討論。一開始我們只是想推導(dǎo)出三維拓?fù)浣^緣體的拓?fù)鋱稣撁枋?，結(jié)果在理解這個(gè)推導(dǎo)的過程中，逐步發(fā)現(xiàn)其實(shí)各種拓?fù)浣^緣體的描述都可以統(tǒng)一在陳-賽蒙斯（Chern-Simons）理論的大框架下，由此看出拓?fù)浣^緣體不是一兩個(gè)孤立的系統(tǒng)，而是在各種空間維度和對(duì)稱性的體系中都存在的一大類物理體系。完成這個(gè)工作花了大半年，那是一段非常愉快的經(jīng)歷，在張老師辦公室進(jìn)行過無數(shù)次熱烈的討論，那種感覺好像一開始山窮水盡，不料柳暗花明之后，江面越來越開闊，景色目不暇接，轉(zhuǎn)眼間輕舟已過萬重山。

從2010年以來，我留在斯坦福大學(xué)做faculty，因此一直能夠有很多機(jī)會(huì)聆聽張老師的教誨，也受到他全面的幫助和支持，讓我一直覺得我是他的學(xué)生中最幸運(yùn)的一個(gè)。記得還是我博士后的時(shí)候，有一次出去開會(huì)，正好我和張老師坐同一班飛機(jī)回來，他的車在機(jī)場，就主動(dòng)邀請(qǐng)我坐他的車回家。路上我們聊起科研的選題問題，我問張老師：“您換了好幾次研究方向（四維量子霍爾效應(yīng)、高溫超導(dǎo)、自旋電子學(xué)、拓?fù)浣^緣體），都非常成功，您是如何選擇這些方向的呢？”張老師說：“這就像沖浪一樣，要看到一個(gè)wave（一個(gè)研究的潮流），但是不要僅僅去跟隨它，而是要把它引導(dǎo)到新的方向?！?/span>

這個(gè)比喻多年來一直在我心中，它深刻地概括了張老師獨(dú)特的戰(zhàn)略思維。他不是書齋中閉門研究的獨(dú)行者，而是引領(lǐng)時(shí)代樂章的指揮家。我覺得張老師帶學(xué)生的風(fēng)格也和這種眼光有關(guān)。他對(duì)每個(gè)學(xué)生都能夠敏銳地判斷出他的興趣和優(yōu)缺點(diǎn)，然后通過提問和一些簡單明確的課題來讓學(xué)生迅速成長起來，找到自己的路。他從不手把手教學(xué)生東西，讓學(xué)生受益最多的反而是他不教我們的東西——如果你給他解釋一個(gè)概念講清楚了80%，他一定不會(huì)教給你剩下的20%，而是要求你再回去把它弄懂，直到百分之百地講清楚為止。張老師非常善于把問題明確化。在討論中，他總是強(qiáng)調(diào)要找到explicit的問題，避免模棱兩可。他的這種思維方式不僅僅用于物理問題。比如他在教學(xué)生如何做報(bào)告的時(shí)候，不會(huì)泛泛地說“你要講得清楚一點(diǎn)”，而是說“你準(zhǔn)備報(bào)告的時(shí)候要對(duì)于你的聽眾選定一個(gè)model（選一個(gè)你熟悉的人，知識(shí)背景跟聽眾中大多數(shù)人相近的，作為代表），設(shè)想你在給他講?！边@樣就知道從什么角度講才能清楚。幾年前有一次他跟我說：他找到了一個(gè)選擇好問題的新判據(jù)，就是選擇一個(gè)像開普勒三定律那樣的問題——開普勒總結(jié)出的行星三定律如此簡潔，意味著背后一定有深刻的規(guī)律，這就是理論家可以大有用武之地的大問題。相比之下，如果不能總結(jié)出簡潔的唯象規(guī)律，只有復(fù)雜的現(xiàn)象，那么它后面就不一定有深刻的理論問題可以研究。

張老師從來都鼓勵(lì)我們不要給思維設(shè)置條條框框，要沒有邊界地把不同領(lǐng)域聯(lián)系起來思考。他和他的學(xué)生吃飯的時(shí)候，總是會(huì)問大家最近有什么crazy idea嗎？所以當(dāng)他第一次告訴我他要建立一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)投資基金的時(shí)候，我完全沒有驚訝，因?yàn)槲矣X得這件事情很符合他的興趣——他會(huì)很高興聽很多年輕人來給他講不同的idea，并且會(huì)用一種新的方式來以他的思想影響這個(gè)世界。在那之后的這幾年中，我的研究興趣也漸漸發(fā)生著變化，更多地探索量子信息和量子引力的問題。我們?nèi)匀焕^續(xù)著拓?fù)浣^緣體和拓?fù)涑瑢?dǎo)體方面的合作，但也會(huì)討論各種新的方向中的有趣問題。我從張老師那里學(xué)到了很多關(guān)于加密計(jì)算、區(qū)塊鏈等方面的知識(shí)。就在去年八月，我們還在他辦公室和幾個(gè)學(xué)生一起討論數(shù)學(xué)問題到很晚，然后一起去吃披薩。所有有張老師參加的聚餐都是非常愉快的，因?yàn)閺膩聿粫?huì)缺少“有營養(yǎng)”的話題。不管同去的人是物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家還是歷史學(xué)家、藝術(shù)家、企業(yè)家，他總有很多問題要問，總有很多新的體會(huì)跟我們分享。無論是在辦公室、餐館還是在走路的時(shí)候，他的思想總是不停地在探索，在追求。張老師對(duì)德國文化有很深入的了解。他的這種永不停歇的追求讓我想到歌德的《浮士德》。很遺憾我們沒有聊過這個(gè)話題，不知道他對(duì)這部作品是怎樣的看法。

圖2  2012年，張首晟老師在清華高等研究院討論問題。這是我特別喜歡的一張照片。

張老師的驟然離去，對(duì)于所有敬愛他的人是一個(gè)莫大的悲劇。所幸物理學(xué)是關(guān)于永恒，張老師的思想早已超越生命的界限。愛因斯坦在他朋友的葬禮上說：“對(duì)于我們篤信物理學(xué)的人來說，過去、現(xiàn)在和未來之間的區(qū)別只不過是一種頑固的幻覺?！庇浀萌ツ陝偮牭截牡哪翘?，我夜不能寐，就打開張老師的一個(gè)報(bào)告視頻，跟著他的思路思考物理數(shù)學(xué)的各種問題，心情很快就平復(fù)了很多。今年五月，我們?cè)谒固垢＝M織了紀(jì)念張老師的學(xué)術(shù)討論會(huì)，張老師的很多朋友和學(xué)生都從世界各地趕來。我們?cè)跁?huì)上分享了許多關(guān)于張老師的回憶，也交流了很多學(xué)術(shù)思想，在這種關(guān)于永恒的表達(dá)和思考中，我們?yōu)閺埨蠋煹碾x去而難過不安的心又找到了支點(diǎn)。另外，師母Barbara和她的孩子們的堅(jiān)強(qiáng)和樂觀，也讓我受到了很多鼓勵(lì)和感激。在最艱難的時(shí)候，師母仍然想著我們這些張老師的學(xué)生們，經(jīng)常請(qǐng)我們?nèi)ニ依镆黄鹁蹠?huì)，和我們分享張老師留下的手稿，以及很多其他的珍貴回憶。衷心希望她和孩子們能夠順利平安，相信張老師在天有靈，看著他們一定會(huì)很欣慰吧。對(duì)于我們這些張老師的學(xué)生而言，最好的紀(jì)念就是繼承張老師獨(dú)到的科學(xué)思想，永不停歇的創(chuàng)新精神，和對(duì)自然規(guī)律的真實(shí)與優(yōu)美的不懈追求。

愿張老師的精神與我們同在！

祁曉亮

2019年12月1日