知名华裔科学家张首晟跳楼去世：称科学有永恒局限上帝超越科学

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媒体报道，知名华裔科学家、杨振宁“弟子”张首晟，于12月1日去世，终年仅55岁。张首晟是“天使粒子”和“量子自旋霍尔效应”的发现者，被视为诺贝尔物理学奖的有力人选。

张首晟（Shou Cheng Zhang），汉族，美国华裔科学家。祖籍江苏高邮，1963年生于上海。

2007年，张首晟发现的“量子自旋霍尔效应”被《科学》杂志评为当年的“全球十大重要科学突破”之一。因在“量子自旋霍尔效应”理论预言和实验观测领域的开创性贡献，张首晟与4位欧美科学家共同荣获2010年“欧洲物理奖”，他也是获得该奖项的首位华人科学家。“欧洲物理奖”是国际著名的物理学奖项，由欧洲物理学会颁发。

张首晟是斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授，一直在拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应、自旋电子学、高温超导等领域做研究，他领导的研究团队于 2006 年提出的量子自旋霍尔效应被《科学》评为 2007 年 “全球十大重要科学突破” 之一，他还被杨振宁认为是下一个华人诺贝尔奖获得者。所获物理界重量级奖项包括欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖、国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基础物理学奖等。他还于2017年获得中华人民共和国国际科学技术合作奖。

在学术领域之外，张首晟还在2013年与自己的学生谷安佳博士联合创立丹华资本，专注于投资美国最具颠覆性和影响力的科技成果和商业创新。丹华资本介绍称，其关注的投资领域涵盖人工智能、虚拟/增强现实、大数据、区块链、企业级应用等具有颠覆性的新兴技术。投资阶段主要为早期以及成长期。

博士导师克维尔森发文怀念

张首晟的博士导师史蒂文·克维尔森(Steven Kivelson)在一封邮件中表示，张首晟的离世是物理领域毁灭性损失。

以下是克维尔森的邮件全文：

亲爱的同事们：

刚刚过去的这个周六夜晚，我们的同事张首晟骤然离世。

他的离世是物理界的一个毁灭性损失。长期以来，首晟一直是理论物理领域的一位才华横溢的领导者。他拥有非凡的创造力，对精确高雅数学抱有信仰，相信它能够解释物理界和其他领域甚至更复杂的现实问题，并精心指导了许多优秀的学生和博士后，这些都让他在学术界广受尊敬。他在这一领域的许多开创性贡献必定会让大家想念他。

和大家一样，我失去了一位挚友。他那追求新体验的热情充满感染力，热爱探索新想法，在各个学科领域取得了学术成就，这些都难以令人联想到他会有这种悲剧性的结局。了解他的人还记得他与家人所建立的密切、亲密的关系。他对自己的孩子布莱恩(Brian)和斯蒂芬妮(Stephanie)的才华是感到多么地骄傲。当然，他也深爱着青梅竹马的妻子芭芭拉(Barbara)。

对于我们所有人来说，这都是一个难以置信的损失。如果有进一步的消息，我会通知大家。

我感到十分悲痛。

克维尔森

有一个流传甚广的故事：

“张首晟在18岁的时候也曾站在人生的十字路口，犹豫要不要选择投身学术。直到有一天，他在哥廷根参观了一个葬有很多大科学家的墓地，每一个墓碑上都很简单的刻着一个名字，一个日期还有一个公式。突然间，他明白了人生的意义。肉体终将腐朽，思想永世长存。”

他看见了科学的局限

1978年，“读书无用”的时代结束了。张首晟刚刚初中毕业就以遥遥领先的考分破格考上了复旦大学物理系。这一年他十五岁。十五岁前，当他在阁楼里通过书籍对自然科学作出终生选择的时候，他以为这一选择意味着他正在步向永恒的真理——他相信凭借着人的智能，凭借着日趋进步的实验条件，总有一天他可以达到对自然以及真理的完全认识。

张首晟对科学的绝对信任主要是来自加里略的影响。加里略对现代科学的最大贡献并不是发现了地球的自转，而是发现了现代科学的研究方法。加里略认为一切知识来自于实验，而不是来自于人的主观思想。他相信只要有足够的时间，足够精确的实验仪器，人类就可以测量自然界的一切，了解自然界的一切。张首晟相信他想要知道的东西通过实验手段最终总能获得。可是，当他真正进入了现代科学研究，当他真正开始用实验方法来观察自然的时候，他才发现加里略的科学观包含着多么大的盲点!

首先让张首晟看见这一点的是物理学上的“测不准原理”。张首晟看到在物理学中，位置与速度是物质的最基本性质。科学家要描写物质的这种基本性质必须依靠实验手段，但现代科学却证明观察物对被观察物有着毋庸置疑的影响，这影响使得被观察物在实验过程中无可避免地被改变了。科学家不得不承认一个事实：当他们以实验手段测量物质的位置与速度的时候，测量过程一定有误差，这误差使得他们根本无法准确地了解物质的真正位置和速度。

物理学上的这一“测不准原理”令张首晟十分震惊——科学对物质最基本性质的描写竟存在着永远无法改变的局限。物理学上的这一“测不准原理”从根本上推翻了加里略“实验能够了解自然界一切”的观念。

张首晟清楚地意识到，测量物质的位置与速度是一个科学问题，但却不能通过科学实验来回答。这就是伟大的爱因斯坦至死都无法超越的痛苦。后来，当张首晟在科学上向更广阔的领域延伸的时候，他发现科学的不完备性不但在实验科学中，在非实验性的科学中，甚至在最严密的数学领域中，这种不完备性也无法避免。

多年之后，他在一篇探讨科学与信仰之关系的文章中写到：

“科学实在有永恒的局限，有不能在将来而改变的局限，科学与信仰不但今天没有矛盾，将来也永远不会有矛盾。

人类发展千古至今，科学与信仰的问题一直是一个重大的课题。

宗教信仰超自然的存在，而科学研究的是自然界的客观规律。这两者的关系到底如何，是一个信徒关心的问题，也是许多科学家朋友走进信仰之门的必经之路。目前的科学与技术飞速发展，更使我们有必要深思现代科学与信仰问题的关系。

伽利略面对教皇的审判

现代科学起始于文艺复兴的欧洲。当时发生了一件科学与宗教冲突的重大案子，每次论及科学与信仰的问题时往往会提起这个案子。科学家伽利略通过许多科学实验证明地球的自转。但是罗马教皇声称地球是宇宙的中心，有永恒不变的地位。教皇滥用他的权力，加罪于伽利略。但是伽利略在教廷读完了他的审判之后，仍然不屈地说道：“它（地球）依然在转着。”

四百年后的今天，历史已毫无疑问地证实了伽利略是正确的。罗马教廷也正式向伽利略道歉。但是这一案子引出一个令人深思的问题。教皇加罪于伽利略，当然很重要的原因是伽利略对教皇个人权威的威胁，但是，任何信仰必然形成一种世界观，一种来自于信仰对于自然界的一种观点。虽然信仰本身是主观抽象的，来自于信仰的世界观，却与科学研究的问题有共同之处。当时罗马教廷的确认为地球是宇宙的中心，形成了与当时科学的冲突。

所以在我们深思科学与信仰的关系时，一定要回答几个重要的问题：什么是基督教的世界观？这世界观是否与科学知识有冲突，是否与未来的科学知识有冲突？基督教的世界观与别的宗教有何不同？伽利略的对与错要了解信仰与现代科学的关系，我们首先要了解现代科学带来的知识。

伽利略对科学最重大的贡献，并非是发现地球的自转，而是奠定了现代科学研究的方法。伽利略认为一切知识来自于实验，而不是来自于人主观的思想。只要有足够的时间，有足够精确的实验仪器，我们可以测量一切，了解自然界的一切。伽利略的观点带来科学飞速发展。但也深深地带来一个“信仰危机”。

如果我们能用实验手段了解自然界的一切，为什么我们还需要信仰？伽利略在地球自转一事上的确是正确的，但是，他认为实验能测量自然界的一切，这项信念已被二十世纪的物理学证明是错误的。如果我们要了解一个物体的位置，我们必须用实验手段去测量它。但是，测量的过程一定有误差，使我们无法了解物体真正的位置。

伽利略的观点认为我们的实验手段一直会进步，实验误差会越来越小，这样，我们可以渐渐地逼进物体的真正位置。这一观点在宏观世界中似乎是正确的，但是对原子世界的研究被证明是错误的。因为我们测量的过程会改变物质本身。这种改变在宏观世界中是微不足道的，但在微观世界却很明显。

原子物理中的量子力学发现：不论用多么精确的实验仪器，测量物质的位置与速度的误差，始终大于一个常数。也就是说，我们永远无法同时了解物质的位置与速度，不是今天不可能，明天不可能，而是永远不可能。

在物理学中，位置与速度是描写物质的最基本性质。所以这一“测不准原理”是十分令人震惊的。伟大的物理学家爱因斯坦临死都为此深感痛苦。这一原理从根本上限制了伽利略“实验能够了解自然界一切”的信念。测量物质的位置与速度是一个科学问题，但却不能通过实验来回答。

理发师的数学命题物理学中有这样的不完备性，数学中也有这样的不完备性。数学是建立在一些公理上的。从这些公理出发，可以推导出许多定理，构成数学的结构。判断数学的正确不需要实验，但需要证明数学的结构没有自相矛盾的定理。数学家们相信，任何公理系统的命题，最终能够被证明是正确还是错误的。但是，这个两千多年来的信念也是错误的。在三十年代，数学家哥代尔证明，在任何数学公理系统中，都存在一些数学命题是无法判断其正确性的。

哥代尔的证明十分深奥，但是他的原理可以用一个简单的例子来说明：一个村里有位理发师，他说：“我要给这村里所有自己不理发的人理发。”当这句话用于他人时，有很简单的答案，但是用于理发师自己，却是矛盾的。如果我们假定理发师给自己理发，得出的结论是：他不应该给自己理发。如果我们假定理发师不给自己理发，得出的结论是：他应该给自己理发。所以理发师是否要给自己理发的“命题”是一个自相矛盾的命题。也许读者会觉得这不过是一个文字游戏，这矛盾来自于人类语言的不精确。但是，令人惊讶的是，在最严格、精确的数学语言中也有同样自相矛盾的问题。