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鈦媒體注：美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月1日，美國(guó)華裔物理學(xué)家，美國(guó)斯坦福大學(xué)終身教授、美國(guó)科學(xué)院院士、中科院外籍院士，2017年度中華人民共和國(guó)國(guó)際科學(xué)技術(shù)合作獎(jiǎng)獲得者張首晟教授去世，終年55歲。張首晟一生與物理相伴，他的主要貢獻(xiàn)包括對(duì)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)域的研究。2007年，他發(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。張首晟對(duì)公式有著異乎尋常的熱愛和執(zhí)著。下文用五個(gè)公式總結(jié)了張首晟先生的這一生，文章來源于量子學(xué)派（quantumschool），作者：十七進(jìn)制，鈦媒體獲授權(quán)轉(zhuǎn)載。
張首晟對(duì)公式有著異乎尋常的熱愛和執(zhí)著，他年青的時(shí)候曾經(jīng)去過德國(guó)一個(gè)叫哥廷根的大學(xué)城，除了欣賞那里的名勝古跡之外，也去參觀了當(dāng)?shù)氐哪沟�。這個(gè)小小的城市里有很多偉大科學(xué)家在那里工作過，也有許多著名的物理學(xué)家都長(zhǎng)眠于此。
到了墓地之后張首晟被眼前的景象震撼了，每個(gè)人的墓碑上，都鐫刻著他們生前發(fā)現(xiàn)的一道公式，如海森堡的墓志銘是舉世聞名的“測(cè)不準(zhǔn)原理”，奧托·哈恩的墓碑上是一道核反應(yīng)公式，波恩是對(duì)波函數(shù)概率的一個(gè)分析……
這些都是物理黃金時(shí)代的頂尖人物呵，每個(gè)人生前在自己的領(lǐng)域內(nèi)都叱咤風(fēng)云，但不管他們?cè)?jīng)如何與眾不同，只需要一個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單公式，就可以總結(jié)他們輝煌的人生。
因?yàn)殓澘淘谶@些墓碑上的公式，任何一個(gè)都可與日月同輝。
是的，萬(wàn)物速朽，唯有公式永恒！
這些由數(shù)字、字母、符號(hào)組成的公式激發(fā)了張首晟內(nèi)心對(duì)理論物理學(xué)研究的熱愛，這個(gè)時(shí)候，他感覺到什么叫做世界因你而美麗。
以下5個(gè)公式組成的世界，正是張首晟經(jīng)歷的人生。
一、靈魂深處的“楊-米爾斯方程”
張首晟就是標(biāo)準(zhǔn)的父母口中“別人家的孩子”。14歲，初中還沒畢業(yè)的他收到父親給的一套數(shù)理化自學(xué)叢書，張首晟花了一個(gè)暑假時(shí)間學(xué)習(xí)，抱著“試一試”的心態(tài)，考上復(fù)旦大學(xué)。
16歲時(shí)，國(guó)家開始公派他出國(guó)，20歲投到楊振寧的門下，攻讀物理學(xué)博士學(xué)位。1989年，他在完成博士后研究后，楊振寧先生建議他將研究凝聚態(tài)物理作為研究的方向，這個(gè)方向，正是張首晟一生成就的起點(diǎn)。
凝聚態(tài)物理的研究方向，也是楊振寧先生“楊-米爾斯方程”統(tǒng)治的領(lǐng)地。這是一個(gè)非常偉大的公式，也是銘刻在張首晟先生靈魂深處的方程，以“楊-米爾斯方程”為基石的“規(guī)范場(chǎng)論”是描述亞原子世界的最成功的物理框架，不論在計(jì)算能力還是在概念覆蓋范圍上都是無與倫比的。它對(duì)電子跟光子之間相互作用的預(yù)計(jì)精確到10分之一，目前沒有從標(biāo)準(zhǔn)模型中推導(dǎo)不出的已知實(shí)驗(yàn)。
也就是說，如果沒有特別變態(tài)的粒子出現(xiàn)，“規(guī)范場(chǎng)論”就是粒子物理的基石。
從某種意義上講，這一決定讓張首晟沒有走太多彎路，張首晟在楊-米爾斯方程方程的構(gòu)架體系里，完成了一個(gè)又一個(gè)人生的突破。
2006年，張首晟領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)提出“量子自旋霍爾效應(yīng)”，將其基于芯片業(yè)未來提出的新構(gòu)想在理論上完成了預(yù)言。
2007年，這一理論預(yù)言被德國(guó)維爾茨堡大學(xué)實(shí)驗(yàn)小組通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)。這讓張首晟成為全球首個(gè)提出拓?fù)浣^緣體“的物理學(xué)者。
張首晟多年被湯森路透預(yù)測(cè)會(huì)得到諾貝爾獎(jiǎng)，楊振寧則評(píng)價(jià)“他獲得諾貝爾獎(jiǎng)只是時(shí)間問題”，“楊-米爾斯方程”是人生的燈塔。
二、最大的對(duì)手“狄拉克公式”
張首晟一生最大的對(duì)手，是讓他魂?duì)繅?mèng)縈的“狄拉克公式”。
1928年，偉大理論物理學(xué)家狄拉克從他的“狄拉克公式”里預(yù)言，世界上每一個(gè)粒子必然有反粒子存在，他非常自信地說，我的公式非常美麗，你們努力去找吧。如同我們的宏觀世界有兩邊對(duì)立，有粒子必然有反粒子，就像有天使必然有魔鬼一樣。
1937年，物理天才馬約拉納（Ettore Majorana）挑戰(zhàn)狄拉克提出的“宇宙中粒子必有其反粒子的理論，他猜想有這樣一類沒有反粒子的粒子，或者說它們自身就是自己的反粒子？后來，Majorana本人神秘消失，但從那開始，尋找這一顆神奇粒子也就成為物理學(xué)中許多領(lǐng)域研究工作的崇高目標(biāo)。
從2010年開始，張首晟就開始與“狄拉克公式”較勁，希望能破解狄拉克的魔咒，找到Majorana費(fèi)米子。
整整七年，張首晟和他的團(tuán)隊(duì)一直在探索這個(gè)世界。2017年，張首晟宣布發(fā)現(xiàn)“天使粒子”，這是繼“上帝”粒子、中微子、引力子之后量子物理的又一里程碑發(fā)現(xiàn)。張首晟將這個(gè)神秘粒子命名為“天使粒子”，他認(rèn)為“天使粒子”是一個(gè)完美的世界，只有天使，沒有魔鬼。
至此，在物理學(xué)界，科學(xué)家苦苦追尋了80年的“Majorana費(fèi)米子”被發(fā)現(xiàn)，五大神秘粒子的表單可以再減少一個(gè)，而量子物理世界將因?yàn)榇税l(fā)現(xiàn)產(chǎn)生根本性的變化。不僅如此，古典哲學(xué)所建立的“正反對(duì)立的世界”：有陰必有陽(yáng)，有天使必有惡魔”的世界觀將不復(fù)存在。
只是讓人沒有想到的是，他找到“上帝粒子”后這么快就離開了這個(gè)世界。
三、最心儀的“質(zhì)能方程”
用一個(gè)公式概括整個(gè)世界，一直是張首晟一生的夢(mèng)想。
當(dāng)年在柏林自由大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)，張首晟一直將大統(tǒng)一理論當(dāng)成自己的學(xué)術(shù)目標(biāo)，這是愛因斯坦努力一生的事業(yè)。
張首晟曾經(jīng)說過，千年思想，最精華的都是大道至簡(jiǎn)。你看宇宙美妙在哪兒？E=mc這樣一個(gè)公式，能夠描寫小到原子，大到宇宙的世界。
1905年，愛因斯坦用三紙論文寫下了著名的E=mc，光速的平方緊緊地將能量與質(zhì)量聯(lián)系了起來，能量和質(zhì)量開始合為一個(gè)整體——“質(zhì)能”。
一眼看去，E=mc這個(gè)公式實(shí)在太過樸實(shí)，但就像大智者往往若愚，簡(jiǎn)潔無華的它其實(shí)也是深藏不露的。毫不夸張地說，它徹底打破了我們以往的認(rèn)知。
在E=mc中，E為能量，單位是焦耳（J）；M為質(zhì)量，單位是千克（Kg）；C為真空中的光速（m/s），c=299792458m/s。整體表述為：能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。
這個(gè)等式意味著，能量和質(zhì)量其實(shí)是相互聯(lián)系、不可分割的。質(zhì)量是內(nèi)斂的能量，能量是外顯的質(zhì)量，這是史無前例的一個(gè)創(chuàng)新。
張首晟一生反復(fù)談到過這個(gè)公式，它大道化簡(jiǎn)地統(tǒng)一了物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)，用一個(gè)E=mc把在經(jīng)典力學(xué)中彼此獨(dú)立的質(zhì)量守恒和能量守恒定律結(jié)合了起來，成了統(tǒng)一的“質(zhì)能守恒定律”。質(zhì)量就是能量，能量就是質(zhì)量，就像在浩渺的宇宙中，時(shí)間就是空間，空間就是時(shí)間。
當(dāng)能夠用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式，描寫小小的原子到整個(gè)宏偉宇宙的時(shí)候，在張首晟的世界，這個(gè)空間無與倫比地美麗。
四、最信任的“橢圓曲線方程”
在所有知名科學(xué)家中，只有張首晟對(duì)區(qū)塊鏈表達(dá)出了他的強(qiáng)烈興趣。
不管外界如何看待，區(qū)塊鏈?zhǔn)撬松苤匾囊粋�(gè)標(biāo)簽。
張首晟曾經(jīng)說過我要用一句話來描寫這個(gè)偉大時(shí)代，就是「 In Math We Trust 」。
在他的眼中，區(qū)塊鏈肯定不僅僅是炒幣，他認(rèn)為這個(gè)世界能夠達(dá)成共識(shí)的不是經(jīng)濟(jì)學(xué)，不是法律學(xué)，不是政治學(xué)，不是化學(xué)，不是生物，甚至也不是物理，最容易達(dá)到共識(shí)的是數(shù)學(xué)。
在他的眼中，區(qū)塊鏈?zhǔn)菙?shù)學(xué)，用數(shù)學(xué)作為信任的機(jī)制，是最自然的做法。而區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲墓�和私鑰的組合，就是建立在數(shù)論上面，而且是建立在更高層的數(shù)論上面，即橢圓曲線方程。
這是一個(gè)看起來很簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方程，但它卻是證明費(fèi)馬大定理的關(guān)鍵，也是區(qū)塊鏈的基石。
區(qū)塊鏈?zhǔn)澜缱畹讓拥臉?gòu)架是數(shù)學(xué)，這才是張首晟最看好的。
以比特幣為例，兩大基石保證了比特幣在數(shù)學(xué)上的合法性。一個(gè)是ECC橢圓曲線方程，它是比特幣錢包的生成方法。一個(gè)是SHA256安全散列算法，它是獲得數(shù)學(xué)資產(chǎn)的方法。ECC橢圓曲線方程保證了資產(chǎn)的安全性。SHA256安全散列算法保證了獲取資產(chǎn)的合法性。
張首晟可能有他們自己的標(biāo)準(zhǔn)：他并不在乎區(qū)塊鏈引發(fā)的爭(zhēng)議，他想要的是數(shù)學(xué)上的合法性。他信任的不是人類，而是公式。
五、情有獨(dú)鐘的“熵+”
張首晟說，對(duì)信息的認(rèn)識(shí)，正是人類對(duì)大自然最重要的認(rèn)識(shí)。
而在他看來，這個(gè)描寫和衡量了信息的公式，正是熵的公式：S=-p log p。這個(gè)公式并不如E=mc那樣眾人皆知，但眾人無時(shí)無刻不可避免地參與其中。
張首晟曾經(jīng)引用愛因斯坦的話，來表達(dá)他對(duì)熵+定律的看法：人類的知識(shí)再往前推進(jìn)，牛頓力學(xué)可能不對(duì)，量子力學(xué)可能不對(duì)，相對(duì)論可能也不對(duì)，但信息熵的公式是永恒的。
那么熵+是什么？
1854年，一位叫克勞修斯的德國(guó)物理學(xué)家，首次提出了“熵”的概念�？藙谛匏拐J(rèn)為“在孤立的系統(tǒng)內(nèi)，分子的熱運(yùn)動(dòng)總是會(huì)從原來集中、有序的的排列狀態(tài)逐漸趨向分散、混亂的無序狀態(tài)，系統(tǒng)從有序向無序的自發(fā)過程中，熵總是增加”。
有人說熵+是最絕望的公式。也有人說，因?yàn)殪卦龅拇嬖冢钪娴哪康木拖褚粓?chǎng)精心策劃、情節(jié)波瀾壯闊的自殺。無論你是誰(shuí)，就算龐大如宇宙，最終都會(huì)走向“寂滅”。
張首晟一生鐘情于熵+這個(gè)公式，并認(rèn)為它是宇宙無可爭(zhēng)議的真理，這與他的抑郁癥是不是有某種命運(yùn)的連接呢？總有一天，無序會(huì)到達(dá)頂點(diǎn)，不會(huì)再有生命和意識(shí)，無論是脆弱的人類、還是宏大的宇宙，都將走向死亡。
或許這是一個(gè)悲劇，但正如每個(gè)悲劇里都有一位英雄，他以他的天才探尋這個(gè)世界，他追求真理，追求大道，即使這一切終是悲劇，也在所不辭。
結(jié)語(yǔ)：萬(wàn)物速朽，唯有公式永恒
張首晟曾說，如果世界末日來臨，他會(huì)帶這些公式登上諾亞方舟。如今，當(dāng)他去往天國(guó)，或許也會(huì)捎上這些公式。
從14歲開始自學(xué)數(shù)理，到55歲的驟然離去，在這短暫的四十年中，他眼中的世界，因這些公式散發(fā)出無與倫比的美麗。
張首晟的一生，一直在追求一個(gè)萬(wàn)物理論，他曾說：“我差點(diǎn)要離開理論物理，后來想到這個(gè)夢(mèng)想之后就沒有離開了。”然而這一夢(mèng)想還未實(shí)現(xiàn)，他卻永遠(yuǎn)地離開了。
失去這樣一位人類驕子，我們也不必過于悲傷。在他的數(shù)理世界里，生命也許并非最高存在，他更在意的是以下四句話：
萬(wàn)物速朽，唯有公式永恒人間虛妄，數(shù)學(xué)是唯一真實(shí)存在即數(shù)，0和1統(tǒng)治一切大道至簡(jiǎn)，數(shù)是最美的語(yǔ)言
