1918年9月4日，在經過近一個月的航行後，「南京號」到了美國的舊金山。一個月後，葉企孫入芝加哥大學物理系學習。
為何要報物理學專業？
孔子曰，凡事預則立，不預則廢。科學救國理念充塞於胸的葉企孫很早就用先賢的理性目光編織過自己未來的學業了。早在1915年1月，葉企孫就在日記中透露了自己的心跡：
徐志誠先生雲，吾國青年之留學美國者，其不似魯濱遜之造船者幾希。當其在清華中等科時，毫不計及文實二科，於己何者為宜。一旦升入高等，則隨聲附和，任入一科，甚至當入於文者，反入於實，當入於實者反入於文，既至高等亦然，毫不計及他日留美，何種學問，於己最宜。光陰如矢，轉瞬四年，高等又畢業矣，將送往美國矣，乃始於一月之中決定終身大事，欲其無誤，得耶？況至美國後，投考學校，一科不取，即改他科，其宗旨之無定，更有甚於以上所云者耶？夫一人有一人最長之能力，唯此種能力不易發見，欲他人發見之尚易，予自己發見之更難。古人云，知己較知人更難，即此意也。故欲決定自己於何種學問專長，以為將來專究之目的，極不容易，古來大學問家有廢十餘年以決終身之行止者矣，而今於極短之時間中，遽定終身之大事，無論其遺誤終身，則幸而獲中，亦非堅定之宗旨，欲其專心於學問，得乎，嗚呼！留學生之費，美國退還之賠款也，既退還矣，謂之我國之財，而亦不可。祖國以巨萬金錢，供給留學生，當如何艱難困苦，謀祖國之福，而乃敷衍從事，不亦悲乎。
己之體氣最合宜於何種科學？
己之志竟最傾向於何種科學？
己之能力最優長於何種科學？
日記中所謂魯濱遜造船一事，在該篇日記正文旁，葉企孫寫一小註：「上午讀本課，讀至魯濱遜造船一節，魯濱遜造船時，未預計造船後能否下水，最後雖造成，卒無下水之法。不免徒勞無功矣。孔子曰，凡事預則立，吾觀於此事信然。」
葉企孫在「凡事預則立」幾字下面標了著重號，將這一西洋故事進行了中國化的理解。我們從葉企孫的這篇日記中讀出幾個關鍵詞，他把所學專業之事稱之為自己的「終身大事」，又把這終身大事與「謀祖國之福」聯繫起來，其深謀遠慮，非一般人可比。
無獨有偶，幾年後，同在哈佛大學的陳寅恪也有一段評論留學生的話，和葉企孫的觀點不謀而合，可謂英雄所見略同：
中國之哲學、美術，遠不如希臘，不特科學為遜泰西也。但中國古人，素擅長政治及實踐倫理學，與羅馬人最相似。其言道德，唯重實用，不究虛理，其長處短處均在此。長處，即修齊治平之旨。短處，即實事之利害得失，觀察過明，而乏精深遠大之思。故昔則士子群習八股，以得功名富貴；而學德之士，終屬極少數。今則凡留學生，皆學工程、實業，其希慕富貴，不肯用力學問之意則一。而不知實業以科學為根本。不揣其本，而治其末，充其極，只成下等之工匠。境遇學理，略有變遷，則其技不復能用，所謂最實用者，乃適成為最不實用。至若天理人事之學，精深博奧者，亘萬古，橫九垓，而不變。凡時凡地，均可用之。而救國經世，尤必以精神之學問（謂形而上之學）為根基。乃吾國留學生不知研究，且鄙棄之，不自傷其愚陋，皆由偏重實用積習未改之故……夫國家如個人然，苟其性專重實事，則處世一切必周備，而研究人群中關係之學必發達。故中國孔孟之教，悉人事之學。而佛教則未能大行於中國。尤有說者，專趨實用者，則乏遠慮，利己營私，而難以團結，謀長久之公益。即人事一方，亦有不足。今人誤謂中國過重虛理，專謀以功利機械之事輸入，而不圖精神之救藥，勢必至人慾橫流，道義淪喪，即求其輸誠愛國，且不能得。西國前史，陳跡昭著，可為比鑒也。（《吳宓日記》1917-1924卷，1919年12月14日）
這是陳寅恪從12歲起即遊學日、德、法、英多國後的識見，此時的陳寅恪，已經重新確立了自己的文化身份，因此他能以相當客觀和清醒的學術態度分析中國文化的優弊。他永遠是中國心，眼界卻是「三隻眼」。因此對世界景觀看得那樣清晰和真切。他這段話也有關鍵詞，那就是「以科學為根本」——「救國經世，尤必以精神之學問為根基」，他和葉企孫過去雖天涯各別，識見卻殊途同歸。而吳宓也有相同的看法，他認為「留美同人，大都志趣卑近，但求功名與溫飽；而其治學，亦漫無宗旨，雜取浮摭」。正是因為有著相同的根基和價值觀，有著相近的對於那個時代的真知灼見，有著相似的沉甸甸的人生重量，所以他們才成為摯友，以後雖經半世磨難，卻至死不渝。
所不同的是，陳、吳選擇的是「精神之學問」，而葉企孫卻是「以科學為根本」，在當時的中國，這正是促成中華騰飛的雙翼。
正如陳寅恪所言，在留學生中，「其希慕富貴」者大有人在。翻看史料，始知留洋熱非自今日始。中國留學史上，第一個留洋生乃是畢業於美國耶魯大學的容閎。以後又有120名公費幼童生赴美留學。從1901年到1908年，去日本留學的就有37850人，按「庚子賠款」派送到美國留學者有869人。另有途徑去德、英、法諸歐洲國家留學的也大有人在。因此，這很可能是中國歷史上第一次留洋熱。
然而，幾萬人的留學大軍中，如陳寅恪所言，不計個人富貴，在學問上精進，在「科學為根本」上努力者，確實少而又少。
正因如此，葉企孫的好友任鴻雋先生才在《科學》創刊號上這樣呼籲：「然使無精密深遠之學，為國人所服習，將社會失其中堅，人心無所附麗，亦豈可久之道。繼茲以往，代興於神州學術之林，而為芸芸眾生所託命者，其唯科學乎，其唯科學乎！」
葉企孫選擇科學救國的道路，顯然不是一時興起，而是有著長長的思想準備的。我們從他的一則日記中可以看出他對科學於理想及實用的關係早就瞭然於心：
……洋貨廣銷之結果，則各國皆爭利於中國，中國者，中國人之地也，中國人之地，而與他人為爭利之無演場，而己猶鼾睡，毫無自振之精神，亦可哀也。唯厥原因皆由實業之不振，實業之不振，則由於科學不發達。
又曰科學雖種類繁殊，要而言之，約分二類，一為理想的，一為實用的。理想科學及實用科學之分古矣，唯至今日，學者日廣見聞，日辟新奇。昔之所謂理想者，今已成實事，學者乃知理想實用，本無定限，不過因時為變遷耳。二者實二而一，理想為實用之母，實用為理想之成，此理想科學所以與實用科學平行而相成也……
葉企孫之所以在諸科學中獨選物理學，也是作好了調查研究的結果。
20世紀之初，現代物理學的太陽最先從歐洲升起。最早顯現絢麗光芒的是德國著名理論物理學家普朗克（maxplanck，1858-1947），他在1900年12月14日召開的德國物理學會議上報告了他的革命性發現——基本作用量子h，因此，這一天被物理史上一致公認是自然科學新紀元的開始。h是自然界最重要的普適常數之一。為了紀念這一重大發現，它被神聖地命名為「普朗克常數」。緊接著，又一道奪目的光芒出現了。1905年，愛因斯坦第一個把量子擴大應用到一般輻射上，建立了新的光量子論，他成功地揭示了光的波粒二象性，就像上帝之手拂去了遮蔽太陽的雲層一樣，物理學界的春天隨之誕生。第三道光是丹麥人尼爾斯·玻爾（1885-1962），他於1913年把量子論普遍化到任何原子的結構和原子的光波，牽引著人類的思索遊走在物理和光學風馬牛不相及的地方，在原子的內部唱響了物理和化學春意融融的頌歌。隨後，法國的路易·德布羅意發現了實物粒子也具有波粒二象性，奧地利的歐文·薛定諤也據此創立了波動力學。還有創立了矩陣力學的德國人維爾納·海森堡以及完善矩陣力學的猶太人馬克思·玻恩等等，在20世紀上半葉間，以不同的發現和相同的輝煌托起了現代物理學的太陽。他們全部獲得過諾貝爾物理學獎。
現在物理學的太陽光芒萬丈，凡是被它光照的地方，物質世界不再是原本意義的世界，而被精確地告知，它們是由分子、原子、電子、中子、質子等微觀粒子組成。
在20世紀之初，美國還不是物理學的重鎮。但是，卻有一道炫目的光芒閃耀在芝加哥大學物理系，這就是1907年諾貝爾物理學獎得主邁克爾遜（alberta braham michelson，1852-1931）。邁克爾遜時任該系主任。他以創造精密光學儀器和一系列極為精確的測量實驗而著稱於世。愛因斯坦以欽佩的口吻稱他是「科學中的藝術家」，讚揚他「最大的樂趣似乎來自實驗本身的優美和所使用的方法的精湛」。邁克爾遜將歐洲的物理學光環摘走了一部分，讓它在美國曾經的凍土帶上照耀，竟然為全美迎來了物理科學的陽春。自他之後，美國第二個、