大家好，我是彭良友，来自北京大学物理学院，从事激光物理和量子物理相关的研究。在科研工作者之外，我最珍视的身份是物理老师。十几年以来，我在北大物理学院给同学们讲物理学知识，同时也注意引导、培养他们对科学的志趣和执着。今天我就想跟大家分享其中的一些感悟。

为什么要学物理？

首先我想问大家一个问题，也是我今天演讲题目：“Why physics？”这个问题是很多同学、特别是初学物理的同学经常问我的。实际上在很多年以前，我也问起我的物理老师，我们为什么要学物理？学物理有什么用？

我来自湖北省恩施州利川市的一个小山村，并没有从小立志要当物理学家。但是跟很多小朋友一样，我对自然界抱有天生的好奇。我也想走出大山，看看更精彩的世界。

记得在上小学前的一天下午，我偶然地从我们土家吊脚楼楼上一个马蜂所钻的小孔里看到一个美丽的图像。我们院子里有一棵很大的梨树，而我发现透过小孔映到墙上的竟然是一棵倒着的树影。我非常好奇，为什么这个图像是倒着的。后来我才知道，这其实是墨子在2400年前就已经观察并阐述的物理现象。

实际上，对科学的兴趣和执着的追求是我们进行科学研究的第一推动力。那么就像庄子在2300年前所说，“判天地之美，析万物之理”。正是这种最原始的对自然界的好奇以及孜孜不倦的追求，才使得我们能够对最基本的科学进行探索。

后来在大学和研究生阶段，我系统地学习了物理学知识，逐渐爱上了物理学。在古希腊的时候就有人问，我们的物质世界是否是无限可分的。其实在希腊语之中，原子就是不可分的意思。我们现在知道，物理学从粒子物理一直到宇宙学跨越了40个量级。这些精彩的物理学为我们认识世界、改造世界打开了一扇门。

其实我们的生活一刻也离不开物理。我小时候要乘坐很老的公共汽车从利川到恩施上学，短短100公里居然要开五六个小时之多，需要翻山越岭。而现在我们可以穿山越涧，5个小时之内到达大半个祖国的大好河山。

在我小时候也很难想象视频电话，但现在，初中生都可以随时拿着手机跟爸爸妈妈进行视频通话。而这些先进技术的背后隐藏着很多物理学的发展，比如一部手机的背后，其实隐藏着十几个诺贝尔奖。

我们再回顾一下历史。刚才提到，墨子在2400年前就已经用光的直线传播解释了小孔成像的物理原理。从那时起的2000年时间里，我们中华民族对自然现象的细致观察以及应用都是世界领先的。但是到18世纪中叶，随着珍妮纺织机的发明，我们就落后了，因为我们没有发展出现代意义上的科学。

第一次工业革命带来了蒸汽时代，背后是基于牛顿等人倡导和发展的经典力学。第二次工业革命让我们迎来了电气时代，背后与麦克斯韦等人所开创的电磁学的进展密不可分。而随着第三次工业革命，我们进入了信息时代，大家现在所使用的电子计算机等电子产品等都是其成果。现在又迎来第四次工业革命，进入到一个万物互联的智能时代。

有一段震耳发聩的话指出了150年前中国的状态，它是亨利·罗兰1883年在美国科学促进会上的演讲，题目是《为纯科学呼吁》。这次演讲被认为是“美国科学的独立宣言”，其中包含他对当时中国的评价。原文现在还能查到，当年它被发表在了《科学》期刊上。

的确，因为错过了现代科学，我们也因此错过了3次工业革命。但在刚刚提到的第四次工业革命，也就是智能时代，我们迎头赶上了。我们国家现在的科学和技术都取得了长足发展。我们有民族自信和文化自信，也有一些经济基础，应当能充分发挥“敢为人先，勇于创新”的中关村精神，使我们能在科学研究“0到1”的突破之上做出一些世界级的贡献。

未来的工业革命呼唤能够引领时代潮流的创新型人才。第一次到第四次工业革命都是基础科学所推动的结果。现在，包括物理学在内的科学进步会不会引发第五次、第六次工业革命呢？这需要我们培养大批创新型人才来回答。

创新能力如何培养？

你们心目中的北大学生是什么样呢？下面是我们研究室在2022年拍的一张照片。看到他们每个人脸上的笑容，大家是不是认为他们都是天之骄子，每个人都身怀绝技，能够在科学研究中非常自如地进行科学创新？

其实并不然。从我的观察来看，在基础教育阶段，我们的学生主要是答题者，而不是出题者的身份。但是我们的科学研究除了答题之外，还要作为出题者，提出并解决现在的问题。

我可以举一个北大物理学院学生的例子（他现在是我们学院的教授）。他叫邵立晶，同样来过格致论道讲坛，站在这给大家带来演讲。(爱因斯坦对了吗？|邵立晶)他把自己戏称为“无用的博士”，实际上，现在的无用也许是将来的大用。

正是他对科学的这种纯净热爱和坚持，使他能提出新的方法，探索宇宙中的时空不对称性。他也与世界上的科学家一起拍摄了人类历史上的第一张黑洞的照片，就是这张很像一个“甜甜圈”的照片。但是，要做出这样世界级的科研成果非常不容易。

现在有非常多的方程和公式描述着我们周围的物理现象，如果要突破物理学的边界，扎实的物理学基础是我们科研创新的一个重要前提。扎实的基础并不是说你能记得多少公式，而是能够利用理论联系实际，推动实际的进步和发展，突破现在认识的边界。

我在北大讲授一门课，叫计算物理学。我跟同学们开玩笑，我这门课不讲计算，也不讲物理，只讲学，学习如何利用计算机解决物理问题。我们除了进行实验研究、理论的解析推导之外，利用超级计算机来模拟我们周围的现象也是一个重要途径。

其实，现在已经有很多的程序库能够让同学们轻松地解决我课上的问题，但是在我的课上都禁止他们使用。我要求每一位同学像盖房子一样，用一块一块的砖建一座漂亮的房子，从而真正地学到知识。我们的学习不仅要知其然，还要知其所以然。不仅是为了获得答案，还要获得真正的思维训练。

那么，怎样才能真正进入研究呢？是不是说我们获得了这么多基础知识，就能很畅快地进入研究？

这张图片在网上很流行，因为它很形象地显示了我们高等教育的情况。作为本科生，我们在人类整个知识体系中所获得的知识只是一个小小的圆圈，因为本科阶段注重的是通识教育，即博雅的培养。而到研究生阶段，我们将进入某一个专业，除了面积变大之外，还变成了一个椭圆，也就是说你选择了某个方向，就会获得这个方向的专业知识和技能。

而到博士阶段，你会变成一个更大的椭圆。最大的区别就是在大大的椭圆上，我们应当试图生出一个利器，去突破我们现在人类认识的边界。有的同学一进入到博士阶段就非常手足无措。让他们看看综述文献、专著书籍。看完之后他们就会陷入虚无主义，说：“老师，这有趣的问题怎么全被研究光了，那我该怎么研究呢？该研究什么问题呢？”

这时候，我想利用费曼的例子告诉大家，我们应当从小问题、真问题入手，做有品味、经得起时间和实践考验的研究。费曼在回答一位只想做大物理、大科学的学生时曾说过：“我研究过无数你也许会称为卑微的问题，但我乐在其中，因为我有时能部分地成功。没有什么问题是太简单或太平凡的，只要我们真地能在上面做点什么。”

除了不放过小问题之外，我们还不能放过任何细节，这是历史的经验。我仅仅举两个例子。在19世纪末，英国的物理学家瑞利在精确测量各种气体的密度时，非常细心地发现小数点第3位有一个很奇怪的、他不能解释的现象。他并没有放过它，而是继续深入研究，最终他发现了氩气，并因此获得了1904年的诺贝尔物理学奖。

还有一个例子是贝尔实验室的两个工程师，他们当时在野外测试一个通讯工具。可是他们发现一个非常烦人的抹不掉的噪音。他们并没有说算了、反正噪音抹不掉。最后证明他们发现的是微波背景辐射，从而获得了1978年的诺贝尔物理学奖。

除了不放过细节、不放过“误差”、不放过小问题之外，我们还需要一直持续不断地培养科学志趣和发现真问题的能力。

其实提出一个好的科学问题需要我们持续不断地锻炼洞察力的眼光。正如杨振宁先生对狄拉克的评价：“性灵出万象，风格超常伦”，从这个“简单”的狄拉克方程，大家可以体会个中含义。

虽然小问题和细节非常重要，但我们同样需要不惧怕困难与挑战的精神，不要躲避“乌云”。开尔文爵士在20世纪初提出物理学上空有两朵巨大的乌云，而这两朵乌云后来让爱因斯坦创立了相对论，也让普朗克创立了量子论。

但当科学家成为一个职业之后，很多同学变得非常急于求成，这是我们做研究的大忌。如果大家关心科学新闻，就可能知道室温超导多少年来一直是物理学家所追求的桂冠。有些人非常急于求成，很想摘到这个桂冠。在前几年，美国一位科学家就说发现了近室温条件的超导，而在2023年3月份他们又声称已经发现了近室温的超导，这两篇文章都发表在科学界的顶刊《自然》上。就在一个星期前（2023年5月12日），南京大学的闻海虎教授团队就在《自然》上发表文章，否定了这位科学家所发现的近室温条件下的超导。这就反应了我们刚才说的细节和批判精神。

我们只要不停歇地从不放过小问题，那么将来的大问题也许就不会被我们放过，机会总偏爱于有准备的头脑。

大家想到科学家的时候，也许会想到在一个小房子里做演算的场景。但现在的科学已经到了大科学的时代，我国在政府大力支持下建了非常多的大科学设施。这是由于我们物理学进入到复杂体系的时代，很多时候需要非常尖端、非常大的平台才能做出我们的研究。所以我们现在大科学时代需要大平台、大团队、大装置。

总结起来，我们的研究既需要独立思考、自由探索，又要善于合作。合作和讨论永远是我们研究创新的一个重要的渠道。

物格无极限，理运有常识

还有些同学会想：是不是我学了物理学，就一定要成为物理学家，否则就是失败呢？

其实不是这样。物理的训练能够让你充满批判精神，充满创新精神，会让你拥有一双透过现象看本质的慧眼。正如赵凯华先生所说，你学了物理以后，做啥事情都不算转行。

“物格无极限，理运有常识”。我想最后把这一句话送给大家：来到这里不留遗憾，从这里走出去就不再惧怕。

我们国家的未来在孩子手中，我呼吁我们的国家、我们的社会、我们的每个家庭应当创造良好的条件，提供充足的阳光、水分以及营养，让孩子自由地成长。让未来之花自由绽放，让未来之才茁壮成长！

谢谢大家！