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这一点其实是大家思维的共同盲点

来源:hg0088 发表时间:2019-01-05 14:15
  对首晟来说,他后来拓扑绝缘体的工作的确只是这项工作的延伸而已, 这在他与合作者的综述文章里有着非常清楚的论述。从我的角度来看, 他的许多认知的确比Kane-Mele 经典理论文章的出现早了好几年。我曾经被人问过:既然首晟对量子自旋霍尔效应有这么清晰的图像,为什么当时不立刻直接去构造一个像Kane-Mele 模型一样的模型?我个人的回答是首晟,和我们许多人一样,都对能带的理论缺乏重视。作为固体物理基础的能带论,已经在很多人的头脑里固化,这一点其实是大家思维的共同盲点,也是Haldane 模型这么多年没受重视的原因。
 
  Haldane 模型的本质就是能带里可以出现非平庸的拓扑结构,我不知道首晟当时知不知道Haldane 的这个工作,即使知道,可能这一点也没给他留下很深的印象。其实,Haldane 本人都没有意识到自己工作的重要性。几年前,和首晟的一次交流中,他也曾经感慨的说,能带论也是一个伟大的理论。我想他应是基于这个盲点发出的感叹。首晟走了,走得那么的突然。2018 年12 月6 号那天早晨,我正在赶往机场的路上。和许多人一样,看到手机微信里朋友询问的信息,我还十分肯定地以“别开玩笑”作了答复,可是后面的几十分钟如雪片一样飞来的消息让心情沉重起来,接了几个电话,电话这头的我已经渐渐发不出声音,直到飞机要起飞的那刻,晓亮的电子邮件将最后一丝希望彻底收走,那种感觉的强烈就如同心在冲动的年纪被猛然击碎一样。3 个小时的航程,我一直浑浑噩噩,分不清自己是不是处在一个真实的世界,梦里仿佛正陪着他沿着斯坦福那最震撼人心的棕榈大道慢慢走近教堂。
 
  斯坦福大学的标记就是一棵树,而首晟对我,也许对许多人来说,就是斯坦福的那棵树——站在最高点,看着最远方,永远青春洋溢挥洒自如。今天,这棵大树消失了,消失得那么的坚定和突然,留下我们这群在大树下乘凉的人错愕、迷茫、悲伤,让许多人的思念和回忆都布满了深深的负疚感。
 
        我回去用周末两天的时间回顾了一下群论,计算了几个表示乘积的分解系数,周一便把计算结果给了他。接下来首晟独有的、甚至有点高调的赞许和肯定的表情是我永生难忘的,当时就忘了自己还想去找别的教授,就这样成为了他的学生。我后来知道和他接触过的很多年轻人都接受过首晟这种毫不吝啬的标志性的肯定。正是这种肯定,将信心植入我们内心、点燃了物理研究的火种。首晟的这份特质也成为他无时无刻总能吸引有才华的年轻人围绕在自己周围的一个重要因素。
 
  可以说没有首晟,我肯定不会在物理的道路上走下去。博士的5年,有好几次都处在和物理“分手”的边缘。周围的环境,时代的背景,研究的起起落落,还有那些内心不应承载的无形压力都让自己没法完全专心于学术。而每一次在这样的十字路口,内心对首晟的那份愧疚和被他点燃的火苗总会把自己拉回来。记得有次在首晟家吃饭,师母说做科研是世界上最好的工作,大家出钱养你,让你做自己最有兴趣的事,天底下哪里会有比这更好的事情?她还分享了一个首晟的故事。在首晟读博士的时候,Witten 到Stony Brook 做学术报告,首晟在Witten 的报告中发现了一个错误,这一个简单的发现让首晟兴奋了好几天,那个兴奋劲,她在俩人恋爱的时候都没感受到过。这就是做研究带来的那份纯粹的喜悦!那个时候,首晟其实没有太多的研究经费,经费的申请也不是很成功,可是我从未听过他这方面的抱怨,直到多年后看到他写的关于斯坦福科研体会的文章,才知道一些事实。
 
        在许多同行看来,首晟的研究生涯至少在大方向上有三次漂亮的转身,每一次转身,都让他的成就跨上一个新的台阶。这一点在现在知识无限细化的时代,看上去非常地与众不同。应该说我非常幸运地见证了其中的两次,在我看来,这些华丽的转向衔接得非常合理、自然,背后体现的是他对研究方向的卓越洞察及把控能力,融汇贯通自己导师们研究特点形成的独特思维研究模式,以及他对物理世界统一规律的那份理想和追求。
 
  首晟第一次科研生涯的转变发生在他博士和博士后期间,从纯理论的超对称引力研究全面转向凝聚态物理研究。他在Stony Brook 的博士论文导师Peter van Nieuwenhuizen是超对称引力的创始人之一。首晟没有和我聊过这段历史,不过在多个场合,他都提到了,在德国求学时确立了追求科学统一的人生使命。带有这份使命感,在那个时代,在那样热血沸腾的年纪,我很容易理解他最终为什么去了Stony Brook ,并且选择了超对称引力的研究方向。我无法判断他博士论文导师对他科研生涯的影响, 可是这个纯理论、缺乏实验的领域显然不太适合施展他的长处。在一个偶然的场合,我还听说他博士论文的开题答辩还是第二次才通过。首晟最擅长把一个物理现象或者一个理论结果,用最清晰的物理图像、最简洁的思路、最漂亮的数学呈现出来。这种天赋在缺乏实验物理的领域显然很难发挥出来,所以选择实验理论紧密结合的凝聚态物理成为他科研生涯的一次十分正确的选择,并且更幸运的是,他在起步的时候就碰到了一位凝聚态物理的大师,Steven Kivelson。首晟的第三次科研的转变来得非常快,短短几年就从高温超导的强关联体系全面转到了对自旋轨道强耦合体系的研究,开启了拓扑物理的新篇章。在过去十几年,首晟一直引领了这个领域的发展,他的拓扑绝缘体理论工作也让他获得了无数重要的科学奖项。如今拓扑的概念已经与凝聚态物理和材料深深地绑在了一起,首晟培养的许许多多优秀学子都站在了这个领域的最前沿,继续探索着拓扑世界的无限可能。首晟在拓扑物理方面的成就有着许多朋友、同事以及同行的评说。作为他这次科研转变早期的见证者,在这里我想分享在这次转变过程中的一些独特经历,感受和认知。
 
  2000 年的那个暑假,我跟随首晟访问了清华大学杨振宁先生的高等研究中心。那时候,首晟在中心的学术报告和我的研究都是关于SO(5)高温超导理论。可是就是在清华这段时间,首晟跟我聊了他的关于SO(5)对称性的一个新想法:传统的二维量子霍尔效应,如果在中心有Dirac 磁单极子的Haldane 球面上考虑,满足的是SO(3)对称性;如果推广到四维空间的量子霍尔效应,在中心有非阿贝尔的杨—磁单极子的五维空间球面上考虑,满足的是SO(5)对称性。我不知道他这个天才的想法是不是跟来到杨振宁先生的中心想到杨—磁单极子有关。回美国后,我就去加州大学圣巴巴拉分校的理论物理中心呆了半年,等到我回到斯坦福的时候,首晟已经基本上将这个问题研究清楚,我帮忙补充了数学的推导和模型边界态的分类后,首晟就以相对论可以从一个非相对论量子模型边界态演化出来的角度写了文章。这篇文章还让首晟登上了纽约时报科学栏目的专题报道。
 
  在这里,我用这么拗口的学术语言将这段历史叙述出来,目的就是想分享一个事实,首晟正是基于上述工作开始了他科研生涯的第三次转变。他在这个时候已经对那些后来成为拓扑绝缘体理论基础的基本要素讲得一清二楚。文章发表后没几天,首晟在一次讨论中用三句话表达了对文章里模型内在物理的基本看法和应该努力的方向:(1)和二维量子霍尔效应最大的不同,这个模型是时间反演不变的,边界流是自旋流;(2)本质上模型需要的就是自旋轨道耦合相互作用;(3)过去自旋轨道耦合相互作用在凝聚态物理中没有被认真地重视研究。他甚至当时就清楚地描述了,在自旋轨道耦合作用下量子自旋霍尔效应螺旋边界态的图像。这项工作让首晟的研究全面转向自旋轨道耦合的物理系统,导致了拓扑绝缘体理论和材料的发现。回顾这段科研往事,我还是被他这种科研方向的卓越洞察力和决断力深深地震撼。
 
  

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