[名人軼事] 知名華裔科學家張首晟跳樓去世：稱科學有永恒局限上帝超越科學

熱5 已有 3827 次閱讀 2018-12-16 18:11

知名華裔科學家張首晟跳樓去世：稱科學有永恒局限上帝超越科學

2018-12-09 08:30

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媒體報道，知名華裔科學家、楊振寧“弟子”張首晟，于12月1日去世，終年僅55歲。張首晟是“天使粒子”和“量子自旋霍爾效應(yīng)”的發(fā)現(xiàn)者，被視為諾貝爾物理學獎的有力人選。

張首晟（Shou Cheng Zhang），漢族，美國華裔科學家。祖籍江蘇高郵，1963年生于上海。

2007年，張首晟發(fā)現(xiàn)的“量子自旋霍爾效應(yīng)”被《科學》雜志評為當年的“全球十大重要科學突破”之一。因在“量子自旋霍爾效應(yīng)”理論預(yù)言和實驗觀測領(lǐng)域的開創(chuàng)性貢獻，張首晟與4位歐美科學家共同榮獲2010年“歐洲物理獎”，他也是獲得該獎項的首位華人科學家�！皻W洲物理獎”是國際著名的物理學獎項，由歐洲物理學會頒發(fā)。

張首晟是斯坦福大學物理系、電子工程系和應(yīng)用物理系終身教授，一直在拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應(yīng)、自旋電子學、高溫超導(dǎo)等領(lǐng)域做研究，他領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊于 2006 年提出的量子自旋霍爾效應(yīng)被《科學》評為 2007 年 “全球十大重要科學突破” 之一，他還被楊振寧認為是下一個華人諾貝爾獎獲得者。所獲物理界重量級獎項包括歐洲物理獎、美國物理學會巴克萊獎、國際理論物理學中心狄拉克獎、尤里基礎(chǔ)物理學獎等。他還于2017年獲得中華人民共和國國際科學技術(shù)合作獎。

在學術(shù)領(lǐng)域之外，張首晟還在2013年與自己的學生谷安佳博士聯(lián)合創(chuàng)立丹華資本，專注于投資美國最具顛覆性和影響力的科技成果和商業(yè)創(chuàng)新。丹華資本介紹稱，其關(guān)注的投資領(lǐng)域涵蓋人工智能、虛擬/增強現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、企業(yè)級應(yīng)用等具有顛覆性的新興技術(shù)。投資階段主要為早期以及成長期。

博士導(dǎo)師克維爾森發(fā)文懷念

張首晟的博士導(dǎo)師史蒂文·克維爾森(Steven Kivelson)在一封郵件中表示，張首晟的離世是物理領(lǐng)域毀滅性損失。

以下是克維爾森的郵件全文：

親愛的同事們：

剛剛過去的這個周六夜晚，我們的同事張首晟驟然離世。

他的離世是物理界的一個毀滅性損失。長期以來，首晟一直是理論物理領(lǐng)域的一位才華橫溢的領(lǐng)導(dǎo)者。他擁有非凡的創(chuàng)造力，對精確高雅數(shù)學抱有信仰，相信它能夠解釋物理界和其他領(lǐng)域甚至更復(fù)雜的現(xiàn)實問題，并精心指導(dǎo)了許多優(yōu)秀的學生和博士后，這些都讓他在學術(shù)界廣受尊敬。他在這一領(lǐng)域的許多開創(chuàng)性貢獻必定會讓大家想念他。

和大家一樣，我失去了一位摯友。他那追求新體驗的熱情充滿感染力，熱愛探索新想法，在各個學科領(lǐng)域取得了學術(shù)成就，這些都難以令人聯(lián)想到他會有這種悲劇性的結(jié)局。了解他的人還記得他與家人所建立的密切、親密的關(guān)系。他對自己的孩子布萊恩(Brian)和斯蒂芬妮(Stephanie)的才華是感到多么地驕傲。當然，他也深愛著青梅竹馬的妻子芭芭拉(Barbara)。

對于我們所有人來說，這都是一個難以置信的損失。如果有進一步的消息，我會通知大家。

我感到十分悲痛。

克維爾森

有一個流傳甚廣的故事：

“張首晟在18歲的時候也曾站在人生的十字路口，猶豫要不要選擇投身學術(shù)。直到有一天，他在哥廷根參觀了一個葬有很多大科學家的墓地，每一個墓碑上都很簡單的刻著一個名字，一個日期還有一個公式。突然間，他明白了人生的意義。肉體終將腐朽，思想永世長存。”

他看見了科學的局限

1978年，“讀書無用”的時代結(jié)束了。張首晟剛剛初中畢業(yè)就以遙遙領(lǐng)先的考分破格考上了復(fù)旦大學物理系。這一年他十五歲。十五歲前，當他在閣樓里通過書籍對自然科學作出終生選擇的時候，他以為這一選擇意味著他正在步向永恒的真理——他相信憑借著人的智能，憑借著日趨進步的實驗條件，總有一天他可以達到對自然以及真理的完全認識。

張首晟對科學的絕對信任主要是來自加里略的影響。加里略對現(xiàn)代科學的最大貢獻并不是發(fā)現(xiàn)了地球的自轉(zhuǎn)，而是發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代科學的研究方法。加里略認為一切知識來自于實驗，而不是來自于人的主觀思想。他相信只要有足夠的時間，足夠精確的實驗儀器，人類就可以測量自然界的一切，了解自然界的一切。張首晟相信他想要知道的東西通過實驗手段最終總能獲得�？墒牵斔嬲M入了現(xiàn)代科學研究，當他真正開始用實驗方法來觀察自然的時候，他才發(fā)現(xiàn)加里略的科學觀包含著多么大的盲點!

首先讓張首晟看見這一點的是物理學上的“測不準原理”。張首晟看到在物理學中，位置與速度是物質(zhì)的最基本性質(zhì)。科學家要描寫物質(zhì)的這種基本性質(zhì)必須依靠實驗手段，但現(xiàn)代科學卻證明觀察物對被觀察物有著毋庸置疑的影響，這影響使得被觀察物在實驗過程中無可避免地被改變了。科學家不得不承認一個事實：當他們以實驗手段測量物質(zhì)的位置與速度的時候，測量過程一定有誤差，這誤差使得他們根本無法準確地了解物質(zhì)的真正位置和速度。

物理學上的這一“測不準原理”令張首晟十分震驚——科學對物質(zhì)最基本性質(zhì)的描寫竟存在著永遠無法改變的局限。物理學上的這一“測不準原理”從根本上推翻了加里略“實驗?zāi)軌蛄私庾匀唤缫磺小钡挠^念。

張首晟清楚地意識到，測量物質(zhì)的位置與速度是一個科學問題，但卻不能通過科學實驗來回答。這就是偉大的愛因斯坦至死都無法超越的痛苦。后來，當張首晟在科學上向更廣闊的領(lǐng)域延伸的時候，他發(fā)現(xiàn)科學的不完備性不但在實驗科學中，在非實驗性的科學中，甚至在最嚴密的數(shù)學領(lǐng)域中，這種不完備性也無法避免。

多年之后，他在一篇探討科學與信仰之關(guān)系的文章中寫到：

“科學實在有永恒的局限，有不能在將來而改變的局限，科學與信仰不但今天沒有矛盾，將來也永遠不會有矛盾。

人類發(fā)展千古至今，科學與信仰的問題一直是一個重大的課題。

宗教信仰超自然的存在，而科學研究的是自然界的客觀規(guī)律。這兩者的關(guān)系到底如何，是一個信徒關(guān)心的問題，也是許多科學家朋友走進信仰之門的必經(jīng)之路。目前的科學與技術(shù)飛速發(fā)展，更使我們有必要深思現(xiàn)代科學與信仰問題的關(guān)系。

伽利略面對教皇的審判

現(xiàn)代科學起始于文藝復(fù)興的歐洲。當時發(fā)生了一件科學與宗教沖突的重大案子，每次論及科學與信仰的問題時往往會提起這個案子�？茖W家伽利略通過許多科學實驗證明地球的自轉(zhuǎn)。但是羅馬教皇聲稱地球是宇宙的中心，有永恒不變的地位。教皇濫用他的權(quán)力，加罪于伽利略。但是伽利略在教廷讀完了他的審判之后，仍然不屈地說道：“它（地球）依然在轉(zhuǎn)著。”

四百年后的今天，歷史已毫無疑問地證實了伽利略是正確的。羅馬教廷也正式向伽利略道歉。但是這一案子引出一個令人深思的問題。教皇加罪于伽利略，當然很重要的原因是伽利略對教皇個人權(quán)威的威脅，但是，任何信仰必然形成一種世界觀，一種來自于信仰對于自然界的一種觀點。雖然信仰本身是主觀抽象的，來自于信仰的世界觀，卻與科學研究的問題有共同之處。當時羅馬教廷的確認為地球是宇宙的中心，形成了與當時科學的沖突。

所以在我們深思科學與信仰的關(guān)系時，一定要回答幾個重要的問題：什么是基督教的世界觀？這世界觀是否與科學知識有沖突，是否與未來的科學知識有沖突？基督教的世界觀與別的宗教有何不同？伽利略的對與錯要了解信仰與現(xiàn)代科學的關(guān)系，我們首先要了解現(xiàn)代科學帶來的知識。

伽利略對科學最重大的貢獻，并非是發(fā)現(xiàn)地球的自轉(zhuǎn)，而是奠定了現(xiàn)代科學研究的方法。伽利略認為一切知識來自于實驗，而不是來自于人主觀的思想。只要有足夠的時間，有足夠精確的實驗儀器，我們可以測量一切，了解自然界的一切。伽利略的觀點帶來科學飛速發(fā)展。但也深深地帶來一個“信仰危機”。

如果我們能用實驗手段了解自然界的一切，為什么我們還需要信仰？伽利略在地球自轉(zhuǎn)一事上的確是正確的，但是，他認為實驗?zāi)軠y量自然界的一切，這項信念已被二十世紀的物理學證明是錯誤的。如果我們要了解一個物體的位置，我們必須用實驗手段去測量它。但是，測量的過程一定有誤差，使我們無法了解物體真正的位置。

伽利略的觀點認為我們的實驗手段一直會進步，實驗誤差會越來越小，這樣，我們可以漸漸地逼進物體的真正位置。這一觀點在宏觀世界中似乎是正確的，但是對原子世界的研究被證明是錯誤的。因為我們測量的過程會改變物質(zhì)本身。這種改變在宏觀世界中是微不足道的，但在微觀世界卻很明顯。

原子物理中的量子力學發(fā)現(xiàn)：不論用多么精確的實驗儀器，測量物質(zhì)的位置與速度的誤差，始終大于一個常數(shù)。也就是說，我們永遠無法同時了解物質(zhì)的位置與速度，不是今天不可能，明天不可能，而是永遠不可能。

在物理學中，位置與速度是描寫物質(zhì)的最基本性質(zhì)。所以這一“測不準原理”是十分令人震驚的。偉大的物理學家愛因斯坦臨死都為此深感痛苦。這一原理從根本上限制了伽利略“實驗?zāi)軌蛄私庾匀唤缫磺小钡男拍睢y量物質(zhì)的位置與速度是一個科學問題，但卻不能通過實驗來回答。

理發(fā)師的數(shù)學命題物理學中有這樣的不完備性，數(shù)學中也有這樣的不完備性。數(shù)學是建立在一些公理上的。從這些公理出發(fā)，可以推導(dǎo)出許多定理，構(gòu)成數(shù)學的結(jié)構(gòu)。判斷數(shù)學的正確不需要實驗，但需要證明數(shù)學的結(jié)構(gòu)沒有自相矛盾的定理。數(shù)學家們相信，任何公理系統(tǒng)的命題，最終能夠被證明是正確還是錯誤的。但是，這個兩千多年來的信念也是錯誤的。在三十年代，數(shù)學家哥代爾證明，在任何數(shù)學公理系統(tǒng)中，都存在一些數(shù)學命題是無法判斷其正確性的。

哥代爾的證明十分深奧，但是他的原理可以用一個簡單的例子來說明：一個村里有位理發(fā)師，他說：“我要給這村里所有自己不理發(fā)的人理發(fā)。”當這句話用于他人時，有很簡單的答案，但是用于理發(fā)師自己，卻是矛盾的。如果我們假定理發(fā)師給自己理發(fā)，得出的結(jié)論是：他不應(yīng)該給自己理發(fā)。如果我們假定理發(fā)師不給自己理發(fā)，得出的結(jié)論是：他應(yīng)該給自己理發(fā)。所以理發(fā)師是否要給自己理發(fā)的“命題”是一個自相矛盾的命題。也許讀者會覺得這不過是一個文字游戲，這矛盾來自于人類語言的不精確。但是，令人驚訝的是，在最嚴格、精確的數(shù)學語言中也有同樣自相矛盾的問題。