张首晟：大道至简，伟大的思维都简单而通用

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内容来源：此文为笔记侠旧文重发，2016年4月9日，在混沌创新学院《第一性原理与创业》上半场，美国斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授;美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士张首晟教授进行了精彩分享。

笔记君说：

于明媚而又夹带冷风的北京，获悉一则令人难过的消息：2018年12月1日(当地时间)，美国华裔物理学家，张首晟教授去世，终年55岁。

张首晟(Shou-Cheng Zhang，1963年-2018年12月1日)，汉族，美国华裔科学家，斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授。

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。

2009年，张首晟入选 "千人计划"，并被清华大学特聘为教授，开始为祖国效力。

2013年，中国科学院外籍院士。

2017年7月21日，张首晟及其团队在《科学》杂志上发表了一项重大发现：在整个物理学界历经80年的探索之后，他们终于发现了手性马约拉纳费米子的存在，并将其命名为“天使粒子”。

用首晟教授最喜欢的一首William Blake诗词缅怀教授：

To see a World in a Grain of Stand And a Heaven in a Wild Flower.

Hold Infinity in the palm of your hand And Eternity in an hour.

一沙一天国 ，一花一世界 ，君掌盛无边 ，刹那含永劫。

今天，我帮助大家回顾下人类历史文明，到底哪些是能够真正传承下来的?

如果我们要和外星人交流，要交流什么呢?

如何用科学思维打造百年老店?

我提一个问题：

世界末日的时候，会有诺亚方舟，然后每个人可以带一对动物上船，为什么要带一对动物呢?是可以带走一对生物基因，在下船到达陆地之后，继续繁衍生物。

这不只是一个生物的世界，人类文明也是特殊的讯息，假想地球即将要毁灭的时候，除了能够携带一对动物上诺亚方舟，只能带上一个信封，总结所有人类知识，你能在信封上写什么内容，以便洪水褪去之后，人类文明最精华的思想得以复还?

今天，洪水已经到来，也就是知识的洪水，这个事情有正反两面，一旦长期没有总结精华思想，就会对学习厌烦，这是我们时代碰到最大的问题。如何从知识的洪水中提取精华的思想，就是智慧。

一、第一性原理：

用一句话总结人类文明的精华

作为一个物理学家和科学家，我觉得人类文明最高的建树是科学的真理。

如果用一句话来传递下一代最精华的思想，我会选择：万物都是由原子构成的。

我们知道，整个宇宙的原子是一模一样的，因为每个原子会发出特殊的光，比如太阳的氦原子，它的光谱和地球上是一模一样的。

不管是死的、活的生物体，还是外星人，一定由原子组成的。

古希腊伟大哲学家留基伯率先提出“万物由原子构成”

2000年前，原子概念就被希腊人提出来，希腊文里面就定义为不可分割的最小单位，希腊文明因此给我们带来一个非常伟大的思想：用简单去理解复杂。

人类文明的伟大在此：世界的复杂性用原理的简单性解释，正如你做任何企业，想赚钱，就要用简单的办法解决复杂的问题。

讲起人文的思想，就是一句话：人人平等。

一个国家，其出发点一定是每个公民都觉得不言而喻的公理，否则，公民不但难以理解，也可能不同意。

美国的宪法200年不变，为什么?因为把科学的方法用于治国，让建国也基于最简单的公理，公民能理解，国家才会牢固。

办学的基本原理是什么呢?

一个国家要崛起，一定要把大学做好。斯坦福大学的校训是“让自由之风拂”，只有在自由的环境下，不受政治和功利的影响，才能产生优秀而伟大的思想。自由的思想是办学的最基本原理。

“拓扑绝缘体”理论和量子自旋霍尔效应的提出者，每年都会被视为诺贝尔物理学奖的热门候选人之一，拿到了诺贝尔之外的几乎所有物理学奖

如果我用一句话总结人类上下五千年所有文明的历史，我用的是“笔胜于剑”。

用剑征服的世界，很快会崩溃，然而用笔可以创造璀璨的文明。

如果用一句话描述经济学，就是亚当·斯密的话：市场是隐形的手。

如果描述千变万化的生物世界，它的基本准则就是“适者生存”。

适者生存

人能够进化到这一点，动力就是“适者生存”，从恐龙统治地球的时候，它虽然庞大，但是处理信息的能力不强。今天，公司也等同于是生物了，越是在激烈的竞争下生存下来的公司，越是强大。

在舒适的环境下，也无法出现非常优秀的思想。只有在竞争的环境下，才能出现优秀的人才，卓越必须通过竞争获得。为什么斯坦福大学物理系连续四年产生诺贝尔奖人物?也是竞争非常激烈的。

当以上这些都是西方人留下的思想。那么中国的思想，有哪些可以写于信封?

我觉得就是：

大道至简。用简单的道理让大家懂得复杂的思想，这是真正牛的地方。

我认为整个宇宙最重要的两个概念是能量和信息。

二、迈出科学思维的第一步：

理解基本单位

要迈出科学思维的第一步，有一个非常简单的办法，就是某个概念的基本单位是什么。农业对人类文明为什么重要呢?因为只有能量密度提到了，人类密度才会提高。

那么，我问下大家，能量密度是什么?我们买菜，如果你想减肥，你会考虑菜的能量密度，比如一磅有多少卡路里。

如果你去买电池，特别是现在电动汽车特别热门，那么采购的标准是什么?电池的密度单位就是焦耳。

当你把基本单位和公式想清楚，对于未来就会比较理解。

我们怎么把以上的工程问题转化为科学问题?科学的问题，就是能量密度有没有上限?

能量的密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小，如果你问哪个东西重，就要按照同样的体积来衡量，也就是以比重作为单位，而不是重量。

那么，能量密度的上限是什么?爱因斯坦的相对论公式“E(能量)=M(质量)C²(速度)”说，能量是由质量和速度来衡量的，能量密度不可能超过光速的平方。

对我来说，人生很高的荣誉就

是在三年前获得狄拉克奖。

我深受狄拉克的影响，从美中求真。

我们知道，4½等于2，但是-2也是它的解。后来，科学男神狄拉克从“每个根号的答案都有正负解”，推理出“世界上的每个粒子都有一个反粒子”，这是一个非常神奇的发现。后来大家真的在宇宙中观察到正负电子。

为什么能够有伟大的发现?都是回到“大道至简”。

衡量一个科学真理，一定要普适。衡量一个伟大的真理，就是要在不同的领域得出同样的结论。

正所谓“条条大道通罗马”。