彭桓武出生于长春，父亲曾考过举人，赴日留学回国，当时任职民国县长，用现在的话说他也算个官二代。从小表现的聪明伶俐，对数学感兴趣，对于父亲交过的数学知识一遍就会。从小就读私塾，和小学加起来一共七年时间，二年级的时候订阅一本数学期刊，每次他都做完邮回出版社，后来出版社免费为他订阅此刊物。13岁的时候先后就读于长春自强中学、吉林毓文中学，中学期间他成绩回回全班第一，常常向老师请教物理知识，也曾积极研究化学实验。
15岁那年全家搬迁至北平，他又先后到汇文中学、大同中学完成高中剩余学业。16岁以优异的成绩考入清华大学物理系，先是跟随叶企孙学习，大学毕业后跟随周培源读研究生。抗战爆发后他转移到昆明，任职云南大学，次年考取中英庚款留学。到英国爱丁堡大学跟随玻恩从事研究，主要研究领域是固体物理和量子场论，他的勤学深得玻恩喜欢，在他获得博士学位后把他推荐到柏林高等研究所跟随薛定谔从事研究，在这里同样让薛定谔刮目相看，他同海特勒进行介子理论方面的研究，还同海特勒、哈密顿合作发表了HHP理论，首次解释了宇宙线的能量分布和空间分布。
正当他学术上如日中天的时候，1947年收到了云南大学等多校的聘书，他选择回国到云南大学任职教授，他曾说“回国不需要理由，不回国才需要理由”。新中国成立后他转到清华大学任职，并开设了开设普通物理、量子力学及数学物理方法等课程。1955年他以特派生的身份赴苏联学习核反应堆理论，1961年负责核武器物理研究工作，两年后又转向氢弹的理论研究。1995年他把获得的何梁何利基金科学与技术成就奖的奖金全部捐给当年从事核研究身体受伤的同事。90岁高龄的时候还亲自作着学术报告，2007年在北京病逝。
他的成就除了提出文明世界的HHP理论外，还与玻恩一起合作研究场的量子力学与统计力学的。回国后的他更是为国防科研做出巨大贡献，在中子物理、辐射流体力学、凝聚态物理、爆轰物理等多个学科领域取得了重要成果，对分子结构提出过新的处理方法，在量子多体问题研究中提出了自洽场的推广理论。同时他也为我国培养了尖端的科技人才。
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