何为物理之美，清华教授这样说
宇宙笼罩于迷雾之中，
人类文明寻到了名为科学的钥匙，
拨开云雾，无畏前行。
简洁的物理学方程式是造物者的诗篇，
物理学家是理性的注释者。
他们用纯粹而浪漫的语言，
带领探索者们，
看到时间的形状，
摸索万物的轨迹，
漫步于寥廓的星河之中。
科学打开了人类的认知之门。从古希腊时代泰勒斯仰观星空，到如今理论与实验的百花齐放；从原子的精细结构，到宇宙的形成演化论，物理学的发展一直不断推动着人类对自然的认识和社会的进步。
在清华物理系，有一群走在物理研究前沿的人，他们或是埋首于纸堆中窥见公式精妙，或是兢兢业业于实验室内捕捉激动人心的信号。他们为何与物理结缘？在他们眼中，物理又闪烁着怎样的吸引人的光芒呢？
我们采访了十一位物理系老师，听听他们缘何投身物理。
王青
量子场论和基本粒子理论
“物理最吸引人的地方，是它背后有一个基本的规律。
”就是现在马斯克喜欢说的“第一性原理”。实际上不止物理，很多杂乱无章的事情背后都有一个基本的原理，它往往是非常简洁的。从这个简洁的原理出发，就可以逐渐演绎出所有。这一点会令人觉得非常震撼，也非常神奇。而且这种简洁，天然就是有美感的。
我们做基本粒子的很多人都支持还原论。还原论有两类，一类是说任何一个系统背后都有一个基本的原理，从原理就可以演绎出来所有；另一类更浅一些，是说大的东西是由小的组成的，无限可分的。所以做理论物理的人，对于任何一个系统，都要去追求它背后基本的那个东西。
而对这个基本的东西也有两种不同的理解。一种是像亚里士多德那样，认为第一性原理有着至高无上的地位，甚至是充满神性的， “神性无所不在，就在那自然之中。”我们没有办法对第一性原理再追问为什么，因为它已经是第一性原理了。另一种像杨振宁先生那样，认为这么优美的第一性原理，一定是由一个超自然的造物主创造的。所以某些圈外的人认为，他们信宗教、信神之类的。杨先生倒不否认这个，但是他说这个造物主和宗教里面拟人化的神是不一样的，而是说这个基本的原理这么神奇，如果没有一个超自然的力量，这是很不可理解的。因为人已经能够理解到有这么一个原理，所以总是觉得说我们还应该能够更进一步理解，那更进一步理解就是有一个造物主。
哔哩哔哩杨振宁院士：世界存在造物主，整个世界的结构不是偶然的小程序
所以我觉得理论物理的美，就是自然界本身的美。如果真的有一个造物主，它有能力去控制基本原则，在一个美的原则和一个丑的原则中选择，那它一定会选择美的。因为我们已经赋予了它最高层次的智慧，如果选了丑的，那显然和我们赋予它的性质不符。
鲜于中之
粒子物理与宇宙学理论
从宇宙大爆炸一直到现在，一百多亿年这么长的时间，都可以用数学来描述清楚，我觉得这个是最神奇的地方。
杨硕
拓扑量子态
物理是描述自然界的最基本的一个原理。我们可以通过物理学的学习上知天文，下知地理，对很多事情都可以有一个比较科学的认识。物理学确实是可以推动这个世界的进步的，相当于是创造了真正的生产力。真正可以改善人民生活的就是最基本的科技发展，这是跟物理非常相关的。现在的很多进展，或多或少都会用到物理的基本原理，所以这也是学物理比较自豪的一点，就是感觉比其他学科更有助于人类进步。
宋灿立
高温超导
“物理最吸引人的地方，就是探索未知。
”物理学还有很多未知值得去探索，比如高温超导机理，是《Science》评出的尚未被解决和最重要的100个科学问题之一。这也是我们课题组目前关注高温超导薄膜材料原子尺度制备和探究的重要原因。
张金松
低维材料
科学的本质是探索未知，物理学更是从根本上、从原理上去探索新的物理机制，是从0到1的一种突破。关于物理学中的美，做显微学的老师会关注微观状态和形式，我们更关注宏观的输运特性。就是说，我们不去看单个原子是什么状态，而是去研究样品的宏观特性，比如给薄膜通电流看它的电学响应。电学输运最美的地方可能就是量子化平台了。一般来说，对于电阻，我们可以在买到任意阻值的电阻，但是在具有一维手性边缘态的体系中，我们测量边缘态的霍尔电阻，就是一个量子化的数值，是普朗克常数除以电子电荷量的平方（h/e^2）。这两个常数看起来没有任何关联，但得到的量纲却是电阻的量纲，而这个阻值我们可以在样品中精确测到。
量子反常霍尔效应中的量子化霍尔电阻平台
刘东
理论量子物理
物理之美是我们可以通过观察、实验，理解物理学的基本原理，然后探索新的知识。我们做理论可以和实验合作，观察他们所得到的实验现象，发现我们相应的理解，到底是不是自洽的，是不是正确的。如果发现实验中一些特别奇妙的现象，就会有动力去解决它，去验证它。
而且，物理其实还可以帮助我们去解决一些相应的工程问题，比方说在16世纪、17世纪，人们在找永动机。永动机如果找出来，我们没有能量就可以运动起来。虽然说永动机没有找到，但是我们就催生了热力学第二定理的这种发现。再比方说现在，我们这个领域里边有个非常火的概念叫量子计算，到底量子计算机能不能做出来呢？有些人认为它可能做不出来，有些人认为它可以做出来，但是我认为这个东西是值得去做的。如果能做出来，我们可以改变世界，但是如果它做不出来，我们希望能够从原理上理解它为什么做不出来，它会不会相当于是四五百年前的永动机一样。那么它如果是做不出来，我相信肯定会带来新的原理性的这种突破。
李渭
低维量子材料
我想物理研究者的欣喜大约都可以被归纳在两方面，一方面是“预想成真”的成就感，另一方面是科学研究中的“意外之喜”。
关于“预想成真”，也就是所谓的Eureka时刻。是指在有一定知识的积累下，比如经过博士、博士后期间的不断学习，可以设计一些实验、预言一些可能的材料体系，在付出了很多努力和失败后，终于得到了预想的结果，这些结果可大可小，在完成的那一刻的满足感是无以伦比的，带来的正反馈也是巨大的。有意思的是，我所知道的很多人的这些时刻往往是某个宁静的深夜，或是某个黎明时分。或许这也是天道酬勤被广泛提及的原因，又或者是别人都睡了，仪器噪音比较低。一个例子是我们2019年发现的一个可以承载马约拉纳零能模的新材料，看到那个材料的结构后，我就坚信在它的磁通涡旋中心可以找到马约拉纳零能模。但寻找的过程却异常困难，幸亏我有一个非常有天赋的学生——袁永浩，他的理论功底、实验技能以及科研的韧劲都很出色，这也使得我们在不断的失败后，依然能够信心满满的不断尝试。我和他至今都记得在大量的数据中找到零能模的蛛丝马迹，捅破那层窗户纸后的喜悦。
关于科研中的“意外之喜”，是指在追寻预设的目标时，有了新的预料之外的发现。薛其坤老师在我还是学生时经常对我说，有天赋的研究者，往往能把一棵小树苗做成参天大树，生出无数的枝蔓。在这方面，我独立从事科研的时间还比较短，还需要继续积累。但我想，这种意外之喜往往是颠覆性的大发现，科学史上很多大的发现往往是这样产生的，希望大家也能遇到。
宁传刚
原子分子光物理
我跟我的学生经常说，我们做实验有的时候也很有趣，就像打游戏一样，你在操控各种参数，然后去调控这里面的结果。有的时候它老也打通关不了是吧？某一天偶然试了一下，一个东西，突然就出现一个以前从来没有想到的现象。这是实验过程中出现的一些东西。然后反过来，你要搞清楚，它是怎么回事，像破案子一样，就是你去理解它，最终把这物理搞清楚。这种反正很有意思。
薛平
原子分子光物理
物理的美体现在不同的层次上。
第一个是大的宏观的层次上。物理是人类探索自然的一个最重要的学科，所以它让你能够持续地深入了解大自然的变化及其内在规律，这个过程当然是无穷无尽的。这是我觉得体现在大的宏观层次上的物理的美。
第二个层次物理的美，其实还在体现在很多小的专业领域里面。每个同学可能都会在一个小的领域或者一个特定的研究方向，有些新的发现，不断积累研究成果，然后在相关方面的行业工作取得成功，最后可以讲一个很好的人生故事。
在我们追求物理的终极目标的科研道路上，可能一直走不到尽头。但是前进的路上，两边有很多的风景很美，值得欣赏的。做物理，当然不仅限于物理，其实做任何科学研究，都是一种探索过程。就像你去郊游一样，你找到一个地方，你要有兴趣去看看周边的景色，去发掘一下，也许就能找到很多的让你惊奇的地方。那么研究物理或者说科学研究可能最美的还是在这个过程中。这是我觉得要做好科研的一个比较好的状态。因为你任何一个成果都是经过自己努力获得的，你会觉得值得珍惜，会觉得收获沉甸甸的，内心也就很快乐。
当然，感受到物理的美之前，一定是经历过痛苦的过程才会收获快乐。人不可能一直快乐，如果快乐变成常态了，你就没有感觉了。所以每当你感到痛苦的时候，意味着后面可能就有快乐的时光在等着你。
杨乐仙
量子材料新奇物性
“物理最吸引人的，就是那种有秩序的感觉。
”物理吸引人的就是它能够给出一个相对来说比较确定性的答案，因为人总是会产生各种各样的问题。搞数学、搞物理的人能够给出一个确定性的答案，像我们这样有点强迫症的人是会比较享受这个。而像研究社会学、经济学，有些问题不是很确定，比如说研究股市或者研究经济学，没有办法确定性地预言它的行为。但我们的物理不一样，只要计算能力足够强，给你一个材料，哈密顿量写得足够精确，解哈密顿量的能力足够强，那后面的物理行为或者它的性质，我们基本上能够做很精确的预言，这个是让我们这种理工男会比较喜欢，就是那种有秩序的感觉。
叶志鸿
中高能实验核物理
物理里面最吸引人的地方，我个人认为是实证逻辑，就是什么样的问题，怎么去分析，怎么通过复杂的实验数据，就是你看到的那些电子信号，最终一步一步地去反推到微观世界里面，我们肉眼看不到，甚至实验也观测不到的粒子。这个过程我认为是非常美的一个过程，就是如何从复杂现象里面总结出逻辑性最强的一个理论，又是最简洁的。世界是丰富多彩的，但背后的基本原理应该是简单的，我认为去探索这个原理的过程，本身就是很美好的。
结语
物理学是有色彩的学科，物理学家不仅是理性的诠释者，更是感性的表达者，他们用自己的方式表达对科学的审美态度。对于简单而又和谐的自然秩序的感知，对于宇宙未知命运的永不终止的渴求，是他们投身物理的初心。
感谢清华大学物理系的老师们接受采访
采访｜安子訸蔡畅 程强军 程阳 冯睿哲 李昂 林起源 李相洁 雒佳欣 苏铂烨 孙泽洲王笑晗 王咏薇 姚俊杰 张耀鹏 赵思逸 郑莹 朱群
文字｜苏铂烨 王笑晗 郑莹
审核｜李相洁苏铂烨
编辑｜明志 风遥
责编｜锈尘 齐齐 湖舟 勇舟
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