2018年12月1日，著名华裔物理学家张首晟教授意外去世了，这个消息震动了海内外，因为大家之前都不知道张教授已经被抑郁症困扰了多年，他的去世无疑对人类的科学事业是一个巨大的打击，张首晟的恩师杨振宁先生曾经说过，他获得诺贝尔物理学奖只是个时间问题。
如今这样一位充满睿智的科学家去世了，很多人可能通过新闻才第一次知道他，大概因为张教授研究的是理论物理院学最前沿的领域，科研成果很少在现实中能被应用，但是这些都不妨碍他的科技贡献的重要性，因为500年后的人类世界，可能就是建立在他的研究成果上的，今天就让我们来了解下张首晟教授充满智慧闪光的人生历程，还有他研究的科技到底对人类的未来有什么样的影响。
一 他的人生就是一场终极探索
1963年，张首晟出生在上海，从小喜爱阅读各种书籍，经常躲在家中的阁楼里埋首读书，虽然他日后是科学家，但是早期他读的最多的是人文类的书，他自称最喜爱的是哲学类的书籍，这对他日后的科研也有积极的影响，他经常会把哲学的思考引入科学的研究，从而获得启发与灵感。
15岁初中还没读完，父亲就送给他一套数理化自学丛书，他如获至宝的读了一个暑假就全搞懂了，恰逢1978年恢复高考，他就去参加了，居然考上了复旦大学物理系，一时间被众人称为神童，其实只有他身边的人知道，神童的称号除了天资聪慧以外，帮上最大忙的还是他的强烈求知欲与定力。
1978年高考恢复，每天有大量青年等候进入图书馆学习
1979年，这位17岁的大学生就因为学业出众，被推荐去德国柏林自由大学深造，四年后就获得了德国柏林大学硕士学位。张首晟曾经也对自己的人生方向有过疑虑，担心从事理论物理研究就业面会很窄，但是又一次他途径一个葬有多位科学家的墓地，看见墓碑上的铭文都是那些科学家生前研究出的数学公式，他被深深的震撼，彻底坚定了要在理论物理学的世界里镌刻下自己的公式的愿望。德国大学的硕士显然不是张首晟求索科学真理的终点，他仰慕著名华裔物理学家杨振宁，因此前往纽约州立大学石溪分校，师从杨振宁学习，1987年成功获得物理博士学位。
张首晟早年求学时与恩师杨振宁的合影
1993年张首晟前往美国西海岸，进入著名学府斯坦福大学担任副教授，2年后依靠过人的才华成为斯坦福历史上最年轻的终身教授之一。斯坦福良好的学术氛围，雄厚的科研资源，让他在理论物理学的世界中遨游进取，震惊世界的科研成果水到渠成。2006年他带领的团队理论语言了"量子自旋霍尔效应"，2007年与德国科学家合作，通过实验成功验证了理论，当年被权威科学杂志《Science》评为年度十大科学进展。之后，张首晟的科研井喷成熟期陆续开花结果，他又在拓扑绝缘体领域成为全球的顶尖专家，陆续获得世界各国颁发的众多奖项，以他的科研实力，日后获得诺贝尔物理学奖，真的就如同杨振宁的说法，将会顺理成章。
张首晟几乎囊括了所有物理界重要奖项
张首晟从中国上海走向世界，从来没有忘记过祖国，2013年他当选为中国科学院外籍院士，入选千人计划，并被清华大学聘为教授，带动了中美两国最尖端科研人才的互相合作与交流，推动了中国最前沿理论物理的发展。他曾经和自己的斯坦福学生谷安佳博士联合创立了丹华资本，已经有9000万美元的资金规模，全球范围已经投资了12家高科技企业，其中不乏在中国的前沿科技企业。他一直呼吁中国在应用科学开展的红火之外，仍然要加强理论创新科技的研究力度与资源投入，可谓是真知灼见。
回顾了张首晟教授大致的科学求索之路，我们就能发现，他一生探索的是理论物理的边界，使用的工具是高深的数学模型与公式，就像他自己说过的，他的办公室其实很简单，只有一张纸和一支笔，不是外界想想的那种堆满科研器材与昂贵设备的样子，那么他的科技理论成果，为什么说对人类的未来却是至关重要的呢？这是今天我们要一起努力探究的。
牛顿的《自然哲学的数学原理》是张首晟最喜欢的著作之一
二 天使粒子开启人类未来
为什么说张首晟某种程度上是开启人来未来科技的一把钥匙？关键就在于他参与发现的"天使粒子"，这可能是他人生中最重要的科学发现，这里有必要详细的解释下天使粒子与未来人类科技的重要关系。
1937年，意大利天才科学家马约拉纳提出了一个理论，虽然自然界所有的粒子，基本都存在相对应的反粒子，比如有一个正电子，就会有一个反电子，这与哲学领域中的阴阳相对理论异曲同工，但是马约拉纳认为，一定存在一种粒子，这种粒子没有反粒子，或者说这种粒子本身就包含有正反粒子于一体。意大利科学家提出这个理论后不久，就神奇的失踪了。
意大利科学家埃托雷.马约拉纳最早提出“天使粒子”的概念
马约纳拉的理论，从很早起就吸引了张首晟强烈的兴趣，经过长年的研究，终于在2017年，张首晟与他的团队一起向全世界发布了重大消息，他们发现了"手性马约拉纳费米子"，也就是意大利科学家80年前提出的那种粒子，张首晟把这种没有反粒子的粒子成为"天使粒子"，间接证明了存在一种比量子还小的单位，这对已有的量子理论将带来巨大的改变。
张首晟发现的天使粒子，与人类未来为什么有关？很简单因为这个天使粒子是诸多未来技术成功应用的先决条件，先说一下与天使粒子直接牵涉到的科技领域，总共有：量子计算机、人工智能、大数据、区块链。天使粒子怎样开启人类的未来科技，怎样为他们奠基，让我们下面来仔细的了解下。
张首晟从丹布朗的《天使与魔鬼》中获得新发现的粒子名字的灵感
首先得说一个概念：单独的科学技术往往无法具体应用，当其他科学技术发展了之后，共同发挥融合的作用，人类才能在科技的协同中获得科学整体的上升发展。打个比方，开采铁矿石中国人早就掌握了，但是直到春秋战国时代，炼铁烧炭的吹风机皮囊技术发展了之后，才真正实现冶炼铁矿石的大规模运用。今天谈的未来科技方面也一样，天使粒子是开启伟大的人工智能的前提基础科技，就好比是炼铁中的皮囊吹风机技术。
人工智能，给张首晟的说法，从第一性的原理看，也就是从根本的原理看，最重要的是要让人工智能能有自发的科学研究的能力。在张教授团队的一个项目中，已经能使人工智能从大量的化学方程式中自己提炼出元素周期表。张教授认为，目前的人工智能还处于一个原始的阶段，很多都没有从根本上遵循第一性原理，只是粗浅的用计算机去模拟人类的圣经细胞元结构。
天使粒子证明了有比量子更小的粒子
那么问题来了，为了开发出真正的人工智能，就必须首先有超级巨量的数据去给人工智能学习，其次需要有超级强大的计算机提供人工智能运算能力去学习。然而，目前的传统经典计算机是能力不够的，超级巨大的大数据共同体也是不存在的。那么怎么解决这两个问题？靠两个东西：1 量子计算机 2 区块链。 天使粒子就是让量子计算机能诞生的一把钥匙，否则其他一切无从谈起。
什么是量子计算机的原理？目前人类用的计算机被称为经典计算机，靠芯片运算，芯片的原理其实很简单，理论上采用二进制，使用数字0与1来表达所有的信息，然后去储存。物理上呢，采用芯片中密密麻麻的晶体管，让电子在这些晶体管内部与外部游走，通过对电流的控制，利用电子去储存数字0与1。但是传统计算机有个问题，虽然遵循摩尔定律，一直在进化，扩大运算能力，但是晶体管越做越紧密之后，已经迎来了物理极限，不可能再精巧了，运算能力客观上说已经到顶。那么只用寻找另外一种储存办法，用量子去储存数字信息。这里又有一个难以突破的问题，量子的独特平行特性。
爱因斯坦与普朗克都在这张著名的合照之中
什么是量子的平行特性？ 简而言之，用一颗量子去轰击两个孔洞，如果是电子或者其他更大的粒子，最终只可能穿过其中的一个孔洞。但是量子很奇怪，它是处于一种平行宇宙状态中的粒子，如果一个观察者不去观察这两个孔洞，那么，量子能同时轰击在两个孔洞之中，一旦去观察，观察的行为能决定量子最终打到哪个孔洞之中。这就是量子领域著名的双缝实验现象。
量子计算机如果用量子代替电子来储存数字0或者1，那么因为量子的平行性与不确定性，一个确定的存储信息，越复杂就会有无限量大的错误的信息，那么要计算机再去排除这些错误信息，需要天文数字一样的运算量，物理设备很难跟上这么大的排除错误的处理量。
晶体管芯片已经接近了物理极限
然而天使粒子的就能解决这个问题，因为天使粒子没有正反粒子的区别，所以一旦用2个天使粒子去轰击孔洞或者存储位，这两个天使粒子之间存在量子纠缠，所以只要牵动一个就能带动另一个，便于识别避免了量子平行特性，所以不会产生巨量的错误信息量，因此物理设备是能实现量子计算机的运转。
一旦量子计算机成为现实，人工智能的超级运算能力就能实现，那么再建立充满人类几乎所有大数据的，平等的去中心化的区块链网络，那么人工智能能开始很好的学习所有的数据与信息，最终就能实现符合第一性原理的自我学习能力，这将是人类的未来的智慧爆炸时代的到来，因为人工智能代替人类去跟高效的学习，进而产生新的科学研究成果，那将是无法想象的指数化进步的时代。
如果张首晟教授的理论最终能落实，可以想象一下人类文明无比灿烂的未来：人类可能不用再自己去研究科学，因为有人工智能为人类探索并研发人类都没有获得的全新科学成果，人类只需要服务好自己搭建的人工智能体系，维护好人工智能学习的根基庞大的区块链数据网络。人类未来所有的技术与科技都能靠人工智能这颗种子自发的发芽生长出来，那将是文明的极致状况。或许500年后，当人类真的实现了这样的状态，人工智能会冷静的提醒人们，如今的科技繁盛不仅仅可以追溯到人工智能符合第一性原理下的诞生之日，而是可以再往前追溯到1970年代的上海，那个在阁楼学习数理化的少年张首晟。
遵循第一性原则的人工智能是未来科技爆发的希望
THE END
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