张首晟祖籍江苏高邮，生于上海。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，2018年12月1日去世。终年 55 岁（1963 年 -2018 年）。
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。基于他对拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应的开创性研究，张首晟已包揽物理界所有重量级奖项，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、尤里基础物理学奖和富兰克林奖章。
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。张首晟是 2013 年中国科学院外籍院士。
根据张首晟家人和物理系的电子邮件通信得知，他此前一直在和抑郁症作做斗争。
2014年，潘石屹的《老友记 》节目对话张首晟以下是关于大学教育模式看法。
        我们以前一直在思考，比如说办大学，用哪个基本的模式。1950年代的时候，我们学了苏联的模式。譬如说要造船，我们为什么不建一个大学专门主攻造船，这样我可以造得很专很深呀。我们如果要研究航天，专门建一个大学只做航天。这是苏联的模式。美国和德国的模式，我们中国人说的 " 大学 "，英语来讲大学就叫 University，University 的意思是什么呢？就是我们衡量真理的三个标准之一：一定要有普适的真理。在大学学习过程中，一定要学习的是 Universal knowledge，就是要追求的是一种普世的 knowledge，而不是一到大学就开始选专业。
       比如你要在斯坦福学物理，你一定要去学一些人文的课程，物理反而不怎么管。因为知道你要读物理专业，你自己肯定会有兴趣去学物理的课。学校反而会对你提出一些要求，学一些人文方面的知识。我觉得中国还在从苏联模式走向美国模式的转变过程中。
　　潘石屹：太专。
　　张首晟：我们的教育，还是学物理的孩子整天让他学物理，学数学的孩子整天让他学数学，越专越好，觉得容易出成果。但是往往一些大的发现，都是在不同的专业领域互动后，有了一个灵感的火花。我们拓扑绝缘体的发现，就是把最美妙的数学和具体的材料结合起来，这个是人家以前没想到的。数学家甚至觉得他最自豪的就是我的知识没用，我只是为了好奇心来追求知识。而我们是拿他们认为根本不需要关心有用没用的理论来应用。这样的话就要有比较开阔的视野。现在中国的大学教育当中，这是比较欠缺的。
　　潘石屹：首晟，你在清华和斯坦福都开了课，你觉得教育上面有什么不同？
　　张首晟：斯坦福一直在思考要如何创新。我们要创新，首先要听听客户——学生的意见。那有学生说，我好不容易考上了斯坦福大学，那些大课听来听去，好像跟别的学校也没太大差别，斯坦福特殊的地方在哪儿？我们听了这个意见后下了决心，真的改变了我们的教育方式——我们要请名师，最有名的那些诺贝尔奖获得者层次的老师来教最最基础的课程，一年级本科生的课程，而且有一个要求，课堂上面不能超过18个学生。讲的题目都不是很常规的，是比较好玩的。比如我有一位同事是物理系的，他得了诺贝尔奖，在非常专门的一个领域。但他平时对摄影很有兴趣，所以他开了一门课叫“物理摄影”，就是摄影里的物理。18个学生，他经常带他们出去郊游，教他们摄影的同时，讲了很多光学的原理。这样的话，学生就觉得体验非常不一样，能够跟诺贝尔奖获得者对话，题目本身又很有趣。我们有很多这样的课程，学校真正花了工夫请了名师来教。
　　后来我也想，我怎么开一门这样的课程。当时正好是2012年，我就做了这么个广告，大家都说2012年是世界末日。当年诺亚上方舟是每种动物带一对。
　　潘石屹：一公一母。
　　张首晟：一公一母。为什么要带上一对对动物？其实带上去的是信息，因为一公一母的话基本基因就在那里，然后还可以继续繁衍，等于把整个动物世界的信息保存下来了。按照这个原理，如果允许你走上诺亚方舟时带一个信封，你可以在信封背面写下你想写的人类的知识，就是说你要把人类的知识浓缩到一个信封的背面带上诺亚方舟，使得洪水退了之后，你能够根据这个信封来还原人类世界，你会写什么？这是一个比较有趣的题目。
　　潘石屹：写在一个信封背面，这个有没有答案？
　　张首晟：我整个课程就是教你信封背面要写些什么公式。我当时跟学生们分享，我认为我们整个人类的知识，一个最最深刻、最最精华的思想，就是世界上所有物质都是由原子构成的。这句话包含了深刻的信息，很多知识根据这句话就可以得到还原。
　　潘石屹：派生出来。
　　张首晟：我们每个老师都要被学生写评语，后来有学生说，这门课深深地改变了我的世界观。
　  潘石屹：数学还是对你有很大的启发。就是发现这个拓扑绝缘体。世界上科学家都在琢磨这个广义相对论，我在10多年前看过一本书，说爱因斯坦提出广义相对论的过程。他把自己关在屋子里很长的时间算啊写啊，出来后说的第一句话是，上帝是奇妙的。我就琢磨，他为什么不跟所有人宣布我的研究成果是什么，而是说上帝是奇妙的。这个好像就特别带有宗教色彩了，作为一个物理学家，为什么说了这样一句话？
　　张首晟：我们本来以为科学完全就是实验的科学，实验是检验真理的唯一标准。这个话最终来讲还是对的，但是像爱因斯坦这种层次的科学家，他们有种信念，就是大自然的规律总是又美妙又简单又普适。比如爱因斯坦和牛顿的工作、他们所发现的定律。大可以大到整个宇宙，小可以小到原子的层次。我们完全从客观角度来看的话，没有一个解释，说为什么大自然最深刻的道理，又美妙又简单又普适。但他们每一次都发现大自然的规律在最深刻的层次总能满足这3个条件，他们由衷赞叹。小到一个原子，大到整个宇宙，都是如此。
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