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。
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⻢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⻔。
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⻋从利川到恩施上学，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⻉尔奖。
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，我们中华⺠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，背后与⻨克斯⻙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。
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⻓⾜发展。我们有⺠族⾃信和⽂化⾃信，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？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。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。
我在北⼤讲授⼀⻔课，叫计算物理学。我跟同学们开玩笑，我这⻔课不讲计算，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。
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年的诺⻉尔物理学奖。还有⼀个例⼦是⻉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年的诺⻉尔物理学奖。
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，⻛格超常伦”，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），南京⼤学的闻海⻁教授团队就在《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。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。
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，让孩⼦⾃由地成⻓。让未来之花⾃由绽放，让未来之才茁壮成⻓！
谢谢⼤家！