我爱物理的十个理由！

2004年，联合国教科文组织在意大利萨拉姆国际理论物理中心出版了《成为科学家的一百个理由》。该中心的主任

斯特雷尼瓦森教授在他的序言中写道:“当我们的社会前所未有地依赖技术进步时，各行各业对基础科学的兴趣日益下降。这是我们时代的一个悖论。尤其令人难过的是，高中最好的学生对科学变得漠不关心。发达国家和发展中国家都是如此，应该引起我们的共同关注。”这种趋势在今天的中国仍然存在。然而，经过几年的专业物理教育，许多进入大学物理系的学生对继续他们的物理研究失去了兴趣。因此，科学家有义务向公众宣传科学的重要性，更有义务向选择物理专业的学生解释这一职业的内涵和乐趣。

公众通常对科学家有许多刻板印象:要么是书呆子，要么是古怪的天才(比如美国电视连续剧《生活大爆炸》中的主角)，要么是像爱因斯坦这样的高材生。简而言之，人们经常认为他们是特殊的人，与我无关。在我认识的物理学家中，有美国国家奥林匹克队的成员，带吉他给学生“音乐中的物理”的理论物理学家，以及专业登山运动员...和其他人一样，科学家不是书虫，而是一群更有趣的人。正如我的物理学家和登山朋友所说，做好一件事很容易，更有趣的是能够做好两件事。对他来说，“两件事”是科学和登山。对我来说，这是科学和自动驾驶旅行。前者是探索世界的微观奥秘，而后者是感受世界的宏观历史、地理和人文。两者都需要“探索”的精神。

说到做物理或科学研究的乐趣，不仅仅是一些人愿意付钱给你做你感兴趣的工作(这就是为什么几百年前贵族能够做科学研究)；这不仅意味着你可以在世界各地举行国际学术会议，这样你就可以环游世界。更不用说你的朋友遍布世界各地，可以从不同的角度了解世界。这些都是明显的外部好处。我想说的是，科学研究本身具有非常丰富的内涵，充满乐趣，特别适合年轻人去做。事实上，它可以让人保持年轻！

首先，科学研究是最浪漫的事情。

有机会让你更接近我们大自然母亲的道德原则。“仰望星空会有一种非常浪漫的感觉。我选择物理是因为我在高中读过一些关于物理学家的书。上大学后，他主要受两本书的影响。一本是上海社会科学院赵鑫珊的《科学与艺术哲学》。赵鑫珊是一位哲学家和科学作家，在科学、哲学和艺术方面写了许多精辟的著作。他对爱因斯坦、普朗克和其他物理学家进行了大量的研究。他指出，这些伟大的科学家有着非常深厚的宗教感情，他们的科学研究源于他们对宇宙根深蒂固的恐惧和探索自然的愿望，这也可以说是一个接近“上帝”的过程。爱因斯坦的上帝不是人格化的上帝。他的情感是对科学的一种奉献。那时我被赵先生的书毒害了，我一心一意学习物理。几年前，我有幸邀请他到复旦大学给学生们做演讲。学生们反应热烈。

我上大学时影响最大的第二本书是科普传记《混沌开启创新科学》，讲述了20世纪60年代至80年代的混沌历史。非线性科学的原理适用于生活、物理、经济等许多领域，甚至涉及整个宇宙的方方面面，这让我当时非常着迷。当时，在顾朝浩校长的倡导下，中国科技大学也开展了许多非线性科学研究。我选择了等离子物理专业来研究非线性现象。我清楚地记得，当本科生论文的导师丁卫星教授给我第一批论文来重复洛伦兹吸引子的计算机模拟时，我感到了用一点点工作接近“上帝”的兴奋和幸福。

现在我学习凝聚态物理。正如俄罗斯哲学家和诗人弗拉基米尔·罗斯洛夫所说，“在物质的平静面具下，神圣的火焰燃烧”。事实上，在固体的平静表面下，宇宙的基本规则，如量子场论，正在像火炬一样燃烧。

第二，物理学使人们能够从更深的角度理解和体验世界。

例如，量子力学与人们的日常经验完全不同。观看电影《阿凡达》的物理学家会知道，潘多拉星球上的悬浮岩石是由于室温超导性排斥了地磁场中的磁场。看到青蛙和草莓悬浮在强磁场中是由于有机环分子引起的抗磁性(磁悬浮青蛙实验获得了2000年搞笑诺贝尔奖，其中一名获奖者安德烈·凯姆后来因发现石墨烯获得了2010年诺贝尔物理学奖)。物理学不仅复杂而深刻，它也可以围绕着我们。2012年搞笑诺贝尔奖授予了列特物理牧师关于马尾辫形状的论文的作者。莱昂纳多·达·芬奇曾经用“流水”模型来思考头发的形状。

第三，物理可以让世界变得更美好。

当他们年轻的时候，许多人有某种英雄的梦想，想象像超人和蝙蝠侠一样拯救世界，或者在金庸的小说中成为一个伟大的战士。这些梦只是电影或文学作品中的幻想，而物理学可以让科学家成为英雄，并把世界从巨大的环境和能源危机中拯救出来。例如，核聚变、风能、太阳能等能源的应用和发展，锂电池和燃料电池等更好的储能材料，甚至未来超导电缆的无损输电都离不开物理学。物理学和其他学科一起，最终将帮助人类使世界变得更美好。

物理思维同样重要。特斯拉公司的创始人埃隆·马斯克在大学里学习物理。在最近的一次采访中，他强调说，他成功的秘诀之一是物理学教会他从事物最基本的本质去思考问题。

第四，科学研究是一件非常活跃的事情，充满了互动、合作，甚至学术猜测和辩论。

这不是一扇紧闭的门。人们常常提倡“坐在板凳上”和“忍受孤独”，这只是一种执着的内在精神，而不是一种现实的外在状态。例如，我们小组进行的光电子能谱实验中使用了同步辐射。为了做这个实验，我们必须去世界各地的同步辐射实验室，与当地的同事合作，向他们学习许多技术，并认识许多朋友。实验结果应该与不同的实验结果进行比较，与理论同事一起分析，甚至在会上汇报，与同行交流。几乎每年，我都会参加一个国内超导领域的著名会议，叫做“北京论坛”。在这次会议中，同事们经常会谈论10分钟，讨论20分钟，这是非常热情的，并激发了许多想法。

再举一个具体的例子，我一直对生物学感兴趣，并且一直想知道如何用物理学来研究生物学的基本过程，例如，回答细胞膜上的蛋白质在运输营养物质时涉及哪种巨大的电子-声子相互作用过程？这也可能是未来生物物理学的一个重要方向。当然，生活非常复杂。我想从一个简单的角度出发，先做小分子有机材料的工作。我系孙鑫先生从事有机材料研究多年。我和他讨论了如何利用同步辐射中的非弹性散射技术来研究有机材料的发光机理。在孙先生的帮助下，我首先找到了华东理工大学的田禾教授的样品，然后申请了日本Spring8同步辐射的*束线同步辐射实验时间，并与那边的科学家蔡永强博士合作完成了实验。在得出结果后，我不知道如何解释，然后我找到了中国科学院化学研究所的研究员帅志刚，他的理论计算最终完美地解释了数据。因此，我们联合发表了第一个用非弹性散射技术(Phy)测量有机材料中激子色散的工作。列特牧师。，2007，98: 036404)。回顾过去，样本、实验站和理论都属于别人。我只是把大家聚在一起，一起解决了许多难题，获得了无穷的乐趣，交了许多新朋友。尤其是像战友这样的科学家之间的友谊是如此的纯洁，有了这些优秀的科学家，你可以学到很多东西，所以科学研究可以非常“生动”。

第五，科学研究充满激情和创新的乐趣。

复制别人的东西显然是没有意义的。科学研究的乐趣在于创新。创新需要独立思考。许多创新来自交流和交叉。我的大学同学朱是原子和分子物理学的学生。当我们一起讨论技术问题时，我们发现我的一些实验结果与他的领域有关。所以我们合作做了很多原子和分子的实验。这也是通过沟通和相互交流实现的创新。例如，几年前，中国科学院上海光学精密机械研究所的李如新研究员来找我。他的实验室有500阿秒超短激光。即使是光，在如此短的时间内也只能走0.15微米，这比头发丝的直径要小得多。我们想在凝聚态物理研究上合作，我们想看看凝聚态物质和新的激光技术能产生什么新的有趣的东西，比如我们是否能制作一部电子微观运动的“电影”。经过几年的努力，我们两个团队建造的一套大型时间分辨角分辨光电子能谱系统即将完成。多么大的希望啊！

我的导师沈志勋教授经常说，鲨鱼有一种本能，能闻到几公里外猎物身上有一点血的味道。在科学研究中，我们需要有良好的嗅觉和嗅觉。他经常问:“你闻到血了吗？”。沈先生的团队过去主要从事高温超导，但当拓扑绝缘体第一次出现时，他敏锐地抓住了这个机会，在这一领域做了许多开创性的工作。

在国际会议期间，作者与国内外同行进行了交流。

我记得丁肇中说过，毫无价值的科学家一生都在重复他们的博士论文。如果你想创新，你不能总是重复导师教你的工作。我们小组过去主要测量单晶的光电子能谱，这是我老师的技能。它可以回答“为什么”，即给出材料的微观机理，并且是一种非常有用的实验技术。但渐渐地，我不满意了，因为它不能回答“为什么不”，也就是说，它不能创造新的系统和新的物理效果。因此，我们在复旦大学花了5-6年时间发展氧化物分子束外延技术，实现对材料单原子层的控制，从而设计出一种新的体系，研究其新的性质，并试图解决其机理。现在我们越来越多地问“为什么不”。尽管我们面临着更大的实验挑战，但我们有更多的乐趣和丰富的回报。

第六，科学研究是一种冒险、寻宝和偶遇，所以科学研究的过程充满乐趣。

所谓的冒险就是我们通常所说的“到野外去”，这意味着在你熟悉的领域之外做一些新的事情。对年轻人来说，如果他们在资金、时间甚至职业上有投资，如果他们失败了，将会有很大的风险。在我们组开发氧化物分子束外延技术的三名学生中，第一名(赵家峰)毕业前没有相关论文，第二名(徐)和第三名(彭锐)在博士学位的第六和第五年只发表了几篇相关论文。他们都经历了巨大的压力，但他们也培养了强大的自信心和不怕困难的精神。我记得在彭锐四年级当医生的时候，我让她代替我在一次国际会议上做一份邀请报告。她在侃侃谈到了这一点，并不害怕回答棘手的问题。在她的报告之后，康奈尔大学的达雷尔·施罗姆教授告诉我，“在同一阶段，她比我(指达雷尔本人)好得多。”作为她的导师，当我听到这些时，我觉得自己非常美丽。

为什么你说有一次意外的相遇？有一次，当我们正在做一个坚实的实验时，有一个奇怪的信号。我们取出样本后，信号仍然存在，这表明信号不是来自样本。后来，人们发现信号来自用来冷却样品的氮气，这使我们对气体做了大量的研究，也使我后来与我的朋友在原子和分子物理学方面进行了合作。我们的合作是最早的气体分子非弹性X射线散射实验之一。有些工作极不可能成功，例如马丁·佩尔，斯坦福线性加速器国家实验室的诺贝尔奖获得者，他要求学生重复密立根的油滴实验，试图遇到带有分数电荷的*夸克。他可能是唯一一个可以尝试如此大冒险的人，当然，就像任何赌博一样，一旦成功，回报将是巨大的。

在探险和寻宝的过程中，科学研究是一件非常困难的事情。当然，年轻人为数不多的艰难经历一定很无聊。2008年，铁基超导被发现，这是一种新的高温超导。全世界的科学家都在赛跑。如果你手中没有任何东西，那就忘了它，但是一旦你看到了什么，在它出版之前，你的精神压力是非常大的。也许第二天早上有人在网上发布了最新的结果，这意味着你所有的工作都是徒劳的。在那半年里，所有的学生都夜以继日地工作。我记得那年夏天参观了日本仙台的东北大学。他们正在制造合金，我用他们总结的合金规则预测了一种新材料。然后我的学生们确实发现了一种新的超导性。我们非常开心。但是当我第二天早上醒来的时候，我发现了一篇由美国团队在互联网上发布的文章，这篇文章和我们的发现完全一样。一般的感觉是，做科学研究，体力消耗是可以的，但精神压力更大。如果你不想站在第一线，那就别想了。如果你想在前线，你必须处于绝望的状态，所谓的“保持偏执”。

冒险不是盲目的。这需要技巧和严谨。它还要求能够熟练地使用手头所有可能的实验仪器，并在必要时找到克服困难的另一种方法。因此，科学家往往有点完美主义，他们是解决实验问题的“职业杀手”。这是他们“发飙”的地方。在我的博士后期间，我曾经需要在做软x光共振散射实验的同时测量吸收光谱，但是散射仪器中没有测量吸收的设备。当时，德国科隆大学的郝教授恰好在那里。他在仪器周围画了一个圈，然后拔出用于测量真空的离子规的所有导线，向网格施加高电压，与纳安培检流计连接，并立即将其转换成电子检测器，该电子检测器可用于测量由于吸收X射线(与吸收系数成比例)而由样品发射的二次电子。我非常钦佩它！之后，测量成功完成。

我还记得郝说，他发现他的亚洲学生虽然有很多书本知识，但他们不善于把书本知识运用到实践中去，他们的直觉知识不够深刻。事实上，它从一个方面指出了实验物理的独特乐趣，即应用知识解决现实中的许多难题，感受物理规律的实际操作是有趣的！这就像只懂驾驶理论的人不会真正感受到驾驶的乐趣一样！在城市开车的人(喜欢使用商业相机类的仪器)无法体验在困难的山路上开车的乐趣(喜欢使用自己的特殊设备)。

第七，科学研究是一种冲动。

年轻人需要一点动力来抓住机会，而不是因为思考而懒惰。所谓的冲动是当你有想法时，你不会认为它是对的或错的。有些人会做许多计算，并仔细考虑许多细节。决定是否做这件事可能需要两个月。到目前为止，我发现的经验是，大多数想法通常都是错误的，但是当你有了一个想法后，你可以经常种豆子和得到瓜。很多年前，当我还是一名学生的时候，我想研究高温超导中的一个特殊现象。当时我很快就做了这个实验。后来，我发现数据和我想的完全不同。然而，我意外地发现了人们多年来一直在寻找的铜氧耦合效应。我记得薛奇坤先生说过，当他的团队决定种植拓扑绝缘体膜时，非常有趣。他说他当时不知道是否能做出来，所以我们一起吃了顿饭，卷起袖子回到实验室做。从那以后，他们失去了控制，直到最近在相关材料中发现了异常的量子霍尔效应。

第八，科学研究会给你带来欣喜若狂的体验。

我有一个合作者，中国科学院物理研究所的胡江平教授。经过多年的苦思，两年前他终于掌握了铁基超导对称性在其配对机制中的关键作用，并连续写了几篇重要论文。在那几个月里，我们的朋友们“极度不安”，看到他“跳”进一种极度嫉妒的兴奋状态:例如，当我们一起参加那一年的美国物理学会会议时，他几乎不听报告，但是当他在会议大厅的走廊里抓人时，他告诉他们他的眼睛闪闪发光，嘴里吐着泡沫，这是一个场景。

*的吴茂坤教授给我们讲述了他的经历。毕业后不久，当他还是助理教授时，他就赶上了HTS。许多人正在寻找新的超导性。他和他的韩国学生在实验室里，他们用液氮看到一种生长的材料是超导的。因此，这种材料的超导温度高于当时的液氮温度。众所周知，液氮和矿泉水一样便宜，一升液氦现在大约130元，这非常昂贵，不利于应用。所以他们的发现使得超导在人类历史上的使用非常便宜。他说他无法停止和他的韩国学生两个大男孩跳舞半个小时，他的心里充满了狂喜。

我自己也有过类似的经历，但不幸的是我还没有达到他们的实力。我们曾经在一个实验站工作了两周多，但是我们找不到我们想要的有序电荷的布拉格峰。最后，我们在经历了长时间的抑郁后找到了它。突然有一种回头看她的感觉，我们非常开心。无论你从事哪一行，在你的生活中都会有几次这样的感觉。兴奋是真正的享受。

第九，科学研究给科学家很大的*。

一方面，工作时间和地点有更大的*。除了暑假和寒假，休假的学术年假甚至在很多地方都有。另一方面，尤其重要的是，当你老了，科学研究的好处就会显现出来，因为我们是脑力劳动者，有精神*。当我还是研究生时，我们系有几个80-90岁的先生。其中一个叫海岭，也是谢喜德先生的老师。他们每天都来上班。当听报告时，他们经常颤抖着站起来，问一些很好的问题。著名科学家霍金是“我思考，所以我是”的明确证明。我经常想等到我太老的时候。至少我可以读物理杂志，思考问题，写书。生活并不无聊，我只能看电视。“老兵永远不会死，他们只是逐渐消失”(歌曲“他们只是逐渐消失”)更适合科学家。

第十，科学研究也是一种精神遗产。

当人们到了一定的年龄，他们会思考生活的意义。除了研究，物理学家还有两个重要的任务:教育人们和为他们服务。我们的物理老师带学生的方式有点像学徒。通常是一对一的交流，研究小组也不太大。当我出国做实验时，我通常会带我的学生去给他们一对一的近距离指导。我的办公室里还有一张桌子，学生们可以在某个时间指挥学生。许多学生的英语写作不是很好。我经常让他们坐在我旁边，观察我在写作过程中的变化。慢慢地，学生们真的传递了你的精神上的东西，包括你做报告的习惯，分析问题的想法等等。我认为这是最有价值的东西。我们系的许多老教师，如王勋先生和陶瑞宝先生，70多岁了，仍然走在教学的前列。他们喜欢把知识、科学研究和生活经验传授给学生的过程。另一方面，因为我们经常和年轻人在一起，并且不自觉地被他们感染，我们可以保持年轻的头脑。另一方面，作为科学家，我们有责任也很幸运地把知识和科学精神传递给社会，比如写这篇文章，参与科普书籍的创作，向公众发表演讲等等。

事实上，物理有很多乐趣，远远不止以上十种。对于年轻的中学生和大学生来说，物理确实是年轻人应该做的事情。它能让我们非常兴奋和快乐，能让你体验许多浪漫、冲动或快乐的事情。作为大学和国家学术灵魂的重要组成部分，科学值得我们投资。