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2012年9月的台北，天氣依舊炎熱，位於台灣大學校園一隅的凝態科學館國際會議廳坐滿聽眾，專心聆聽美國史丹佛大學的華人物理學家張首晟以充滿自信而熱切的語氣講述「市集」、「高速公路」與「拓撲絕緣體」之間的關係：電子在晶片中移動，就像跑車開進市集中，再怎麼高檔也跑不快；但這些跑車若在高速公路上各行其道、互不干擾，就可暢行無阻，這就是電子在「拓撲絕緣體」所能做到的事，也可能是未來電腦持續進步的關鍵。
目前電腦計算速度無法持續提升的瓶頸，在於晶片執行運算時因為電阻產生的功耗越來越高，散熱變成嚴重問題。許多科學家都在尋找讓電子傳輸時不會產生功耗的新材料，2006年，張首晟預言厚度超過6.2奈米的碲化汞薄膜可以形成「拓撲絕緣體」，讓電子無功耗地前進，就像跑車在高速公路上行駛一樣。第二年德國烏茲堡大學的莫倫坎普（Laurens A. Molenkamp）就把這種材料製作出來，成為2007年《科學》選出的10大重要發現之一。主導全球半導體發展方向的「半導體國際科技藍圖」（ITRS）更宣佈，拓撲絕緣體應該成為未來幾年各半導體公司重要的研發方向。
因為拓撲絕緣體的研究成果，張首晟近年來連續獲得多項國際物理大獎。台灣大學特別聘請張首晟擔任訪問講座教授，希望借重他的專業與熱情，推動國內相關領域的發展。台大理學院院長張慶瑞指出，張首晟能把很複雜的理論轉化成簡單的道理，就像他的演講一樣雅俗共賞，更重要的是，這使他有能力說服實驗物理學家跟他合作研究，是他高人一等的地方。不過張首晟分析自己能在拓撲絕緣體開創一番天地，在於他求學生涯中所培養的科學品味與戰略眼光。
看到偉人碑文，決心追求理想
1966~1976年的文化大革命，是中國現代史上最黑暗的年代，社會上充斥著「讀書無用論」，大學關閉，知識份子受到迫害。出生於1963年的張首晟，幼年就在此黑暗時期中度過，他出身於書香世家，父母親都是工程師，文革時期被迫去工廠做工；家裡的一些古書如《論語》等都被紅衛兵抄走，只有古典小說、西方文化和數學、科學這些沒有政治色彩的書保留了下來，收藏在閣樓上。
張首晟從小就喜歡去閣樓看書，使他在那個不鼓勵念書的時代顯得格外奇怪，因而受到同學欺負；但他不理會旁人的眼光，沉浸在讀書的樂趣中。他的父母親則感到很矛盾，一方面因小孩喜歡念書而高興，另一方面也擔心他雖然念了很多書，將來仍可能會下鄉當農民，反而更痛苦。講到這裡，他那帶有上海腔的語調顯得有些無奈。
幸好大時代的悲劇到此已進入尾聲，1978年，中國開始改革開放，重新開啟的大學接受不同年齡層的人士報考。這一年張首晟初中畢業，老師鼓勵他去試試看，他跟幾個年紀剛好比他大三歲的鄰居聊過之後，發現「高中教的東西太簡單了，他們的程度好像也沒有比我好！」建立自信心之後，他花了一個暑假自修高中課程，高分考上復旦大學物理系。他選擇物理系的原因跟許多人一樣：受到楊振寧和李政道得到諾貝爾獎的影響。
這時中國也開始恢復留學制度，由於張首晟在復旦的成績很好，他只讀了一學期，就被派到德國柏林自由大學留學。1980年，17歲的張首晟學了一年德語就負笈德國，展開留學生涯。
和張首晟同一批赴德留學的同學中，有很多人覺得中國當時很落後，學物理回去後也不能做什麼好的研究，不如改學比較實用的工程，對中國的發展有用、回國後也有就業機會。張首晟也受到影響，他開始思考到底要繼續念心愛的物理、追求理想，或是向現實妥協？
1981年暑假，窮留學生張首晟搭便車到各地遊覽。有一天，他來到德國中部的美麗小城哥丁根，哥丁根大學旁邊的一處墓園，葬著他非常崇拜的大數學家高斯、希爾伯特、大物理學家波恩、海森堡等人。他看到這些偉人的墓碑上，除了自己的名字外，大都只刻著簡單一句話或一條公式，但卻是對人類影響極其深遠的重大貢獻，例如海森堡的墓碑上刻著測不準原理的公式，希爾伯特的則是「我們必須知道，我們終必將知道」，這正是希爾伯特對自己提出的23個問題的懷想……
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