知名華裔科學家張首晟跳樓去世：稱科學有永恆局限上帝超越科學

新聞 12-10

1964年12月，我們小分隊在滇西北找礦。小分隊一共8人，其中4名警戰士每人配備一支衝鋒槍。一天，出發前，一位納西族老鄉搭我們的車去維西。那天路上積雪很大，雪下的路面坑窪不平，車子行駛一段就會被雪塢住。我們不得不經常下來推車。就在我們又一次下車推車的時候，一群褐黃色的東西慢慢向我們靠近。我們正驚疑、猜測時，納西族老鄉急喊：「快、快趕緊上車，是一群狼。」司機小王趕緊發動車，加大油門……但是很不幸，車輪只是在原地空轉，根本無法前進。這時狼群已靠近汽車……大家看得清清楚楚——8隻狼，個個都象小牛犢似的，肚子吊得老高。戰士小吳抄起衝鋒槍，納西族老鄉一手奪下小吳的搶。比較沉著地高聲道：「不能開槍，槍一響，它們或鑽到車底下或鑽進樹林，狼群會把車胎咬壞，把我們圍起來，然後狼會嚎叫召集來更多的狼和我們拚命。」他接著說：「狼餓瘋了，它們是在找吃的，車上可有吃的？」我們幾乎同聲回答：「有。」「那就扔下去給它們吃。」老鄉像是下達命令。從來沒有經歷過這樣的事，當時腦子裡一片空白，除了緊張，大腦似乎已經不會思考問題。聽老鄉這樣說，我們毫不猶豫，七手八腳把從麗江買的臘肉、火腿還有十分珍貴的鹿子乾巴往下丟了一部分。狼群眼都紅了，興奮地大吼著撲向食物，大口的撕咬吞咽著，剛丟下去的東西一眨眼就被吃光了。老鄉繼續命令道：「再丟下去一些！」第二批大約50斤肉品又飛出了後車門，也就一袋煙的工夫，又被8隻狼分食的乾乾淨淨。吃完後8隻狼整齊地坐下，盯著後車門。這時，我們幾人各個屏氣息聲，緊張的手心裡都是冷汗，甚至能夠清晰的聽到自己心跳的聲音……我們不知道能有什麼辦法令我們從狼群中突圍出去。看到這樣的情形，老鄉又發話道：「還有嗎？一點不留地丟下，想保命就別心疼這些東西了！」此時，除了緊張、害怕還有羞憤……！作為戰士，我們是有責任保護好這些物資的，哪怕犧牲自己。但是現實情況是我們的車被塢到雪地里出不來，只能被困在車裡。我們的子彈是極有限的，一旦有狼群被召喚來，我們會更加束手無策。我們幾人相互看了一眼，遲疑片刻，誰也沒有說什麼，忍痛將車上所有的肉品，還有十幾包餅乾全都甩下車去！8隻狼又是一頓大嚼。吃完了肉，它們還試探性的嗅了嗅那十幾包餅乾，但沒有吃。這時我清楚地看到狼的肚子已經滾圓，先前暴戾兇惡的目光變得溫順。其中一隻狼圍著汽車轉了兩圈，其餘7隻狼沒動。片刻，那隻狼帶著狼群朝樹林鑽去......不可思議的事情發生了……不一會兒，8隻狼鑽出松林，嘴裡叼著樹枝，分別放到汽車兩個後輪下面。我們簡直不敢相信自己的眼睛……這些狼的意思是想用樹枝幫我們墊起輪胎，讓我們的車開出雪窩。我激動地大笑起來……哈……哈……剛笑了兩聲，另外一個戰士忙用手捂住了我的嘴，他怕這突兀的笑聲驚毛了狼。接著，8隻狼一齊鑽到車底，但見汽車兩側積雪飛揚。我眼裡滾動著淚花，大呼小王：「狼幫我們扒雪呢，趕快發動車，」車啟動了，但是沒走兩步，又打滑了。狼再次重複剛才的動作：「先往車輪下墊樹枝，然後扒雪……」。就這樣，每重複一次，汽車就前進一段，大約重複了十來次。最後一次，汽車順利地向前行了一里多地，接近了山頂。再向前就是下坡路了。這時，8隻狼在車後一字排開坐著，其中一隻比其他7隻狼稍稍向前。老鄉說：「靠前面的那只是頭狼，主意都是他出的。」我們激動極了，一起給狼鼓掌，並用力地向它們揮手致意。但是這8隻可愛的狼對我們的舉動並沒有什麼反應，只是定定地望了望我們，然後，頭狼在前，其餘隨後，緩緩朝山上走去，消失在松林中......看完不忍思考：連兇猛的狼都懂得報恩，我們是否應該反思自身？自詡為「萬物靈長」的人類，我們是不是應當讓這個世界充滿愛？

媒體報道，知名華裔科學家、楊振寧「弟子」張首晟，於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」的發現者，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年生於上海。

2007年，張首晟發現的「量子自旋霍爾效應」被《科學》雜誌評為當年的「全球十大重要科學突破」之一。因在「量子自旋霍爾效應」理論預言和實驗觀測領域的開創性貢獻，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。「歐洲物理獎」是國際著名的物理學獎項，由歐洲物理學會頒發。

張首晟是斯坦福大學物理系、電子工程系和應用物理系終身教授，一直在拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、自旋電子學、高溫超導等領域做研究，他領導的研究團隊於 2006 年提出的量子自旋霍爾效應被《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、尤里基礎物理學獎等。他還於2017年獲得中華人民共和國國際科學技術合作獎。

在學術領域之外，張首晟還在2013年與自己的學生谷安佳博士聯合創立丹華資本，專註於投資美國最具顛覆性和影響力的科技成果和商業創新。丹華資本介紹稱，其關注的投資領域涵蓋人工智慧、虛擬/增強現實、大數據、區塊鏈、企業級應用等具有顛覆性的新興技術。投資階段主要為早期以及成長期。

博士導師克維爾森發文懷念

張首晟的博士導師史蒂文·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域的一位才華橫溢的領導者。他擁有非凡的創造力，對精確高雅數學抱有信仰，相信它能夠解釋物理界和其他領域甚至更複雜的現實問題，並精心指導了許多優秀的學生和博士後，這些都讓他在學術界廣受尊敬。他在這一領域的許多開創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，在各個學科領域取得了學術成就，這些都難以令人聯想到他會有這種悲劇性的結局。了解他的人還記得他與家人所建立的密切、親密的關係。他對自己的孩子布萊恩(Brian)和斯蒂芬妮(Stephanie)的才華是感到多麼地驕傲。當然，他也深愛著青梅竹馬的妻子芭芭拉(Barbara)。

對於我們所有人來說，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。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」的時代結束了。張首晟剛剛初中畢業就以遙遙領先的考分破格考上了復旦大學物理系。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恆的真理——他相信憑藉著人的智能，憑藉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。加里略對現代科學的最大貢獻並不是發現了地球的自轉，而是發現了現代科學的研究方法。加里略認為一切知識來自於實驗，而不是來自於人的主觀思想。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。可是，當他真正進入了現代科學研究，當他真正開始用實驗方法來觀察自然的時候，他才發現加里略的科學觀包含著多麼大的盲點!

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，位置與速度是物質的最基本性質。科學家要描寫物質的這種基本性質必須依靠實驗手段，但現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——科學對物質最基本性質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「實驗能夠了解自然界一切」的觀念。

張首晟清楚地意識到，測量物質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。後來，當張首晟在科學上向更廣闊的領域延伸的時候，他發現科學的不完備性不但在實驗科學中，在非實驗性的科學中，甚至在最嚴密的數學領域中，這種不完備性也無法避免。

多年之後，他在一篇探討科學與信仰之關係的文章中寫到：

「科學實在有永恆的局限，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律。這兩者的關係到底如何，是一個信徒關心的問題，也是許多科學家朋友走進信仰之門的必經之路。目前的科學與技術飛速發展，更使我們有必要深思現代科學與信仰問題的關係。

伽利略面對教皇的審判

現代科學起始於文藝復興的歐洲。當時發生了一件科學與宗教衝突的重大案子，每次論及科學與信仰的問題時往往會提起這個案子。科學家伽利略通過許多科學實驗證明地球的自轉。但是羅馬教皇聲稱地球是宇宙的中心，有永恆不變的地位。教皇濫用他的權力，加罪於伽利略。但是伽利略在教廷讀完了他的審判之後，仍然不屈地說道：「它（地球）依然在轉著。」

四百年後的今天，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。教皇加罪於伽利略，當然很重要的原因是伽利略對教皇個人權威的威脅，但是，任何信仰必然形成一種世界觀，一種來自於信仰對於自然界的一種觀點。雖然信仰本身是主觀抽象的，來自於信仰的世界觀，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衝突。

所以在我們深思科學與信仰的關係時，一定要回答幾個重要的問題：什麼是基督教的世界觀？這世界觀是否與科學知識有衝突，是否與未來的科學知識有衝突？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代科學的關係，我們首先要了解現代科學帶來的知識。

伽利略對科學最重大的貢獻，並非是發現地球的自轉，而是奠定了現代科學研究的方法。伽利略認為一切知識來自於實驗，而不是來自於人主觀的思想。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，為什麼我們還需要信仰？伽利略在地球自轉一事上的確是正確的，但是，他認為實驗能測量自然界的一切，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現：不論用多麼精確的實驗儀器，測量物質的位置與速度的誤差，始終大於一個常數。也就是說，我們永遠無法同時了解物質的位置與速度，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的最基本性質。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「實驗能夠了解自然界一切」的信念。測量物質的位置與速度是一個科學問題，但卻不能通過實驗來回答。

理髮師的數學命題物理學中有這樣的不完備性，數學中也有這樣的不完備性。數學是建立在一些公理上的。從這些公理出發，可以推導出許多定理，構成數學的結構。判斷數學的正確不需要實驗，但需要證明數學的結構沒有自相矛盾的定理。數學家們相信，任何公理系統的命題，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，數學家哥代爾證明，在任何數學公理系統中，都存在一些數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：一個村裡有位理髮師，他說：「我要給這村裡所有自己不理髮的人理髮。」當這句話用於他人時，有很簡單的答案，但是用於理髮師自己，卻是矛盾的。如果我們假定理髮師給自己理髮，得出的結論是：他不應該給自己理髮。如果我們假定理髮師不給自己理髮，得出的結論是：他應該給自己理髮。所以理髮師是否要給自己理髮的「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遊戲，這矛盾來自於人類語言的不精確。但是，令人驚訝的是，在最嚴格、精確的數學語言中也有同樣自相矛盾的問題。