В конце первого курса Роберт пришел к выводу, что выбор химии в качестве профилирующего предмета был ошибкой. «Я уже не помню, как сообразил, что все нравившиеся мне стороны химии были близки к физике, – говорил Оппенгеймер. – Совершенно очевидно, что, начав читать о физической химии, вы неизбежно сталкиваетесь с идеями термодинамики и статистической механики и хотите в них разобраться. <…> Очень странно – я даже не проходил вводного курса физики». Несмотря на выбор химии как профильного предмета, еще на первом курсе весной Роберт подал на факультет физики заявку о зачтении его познаний в физике, что позволило бы ему без подготовки приступить к изучению более сложных разделов. Чтобы продемонстрировать, что он кое-что смыслит в этой области, Роберт приложил список из пятнадцати книг, которые он якобы прочитал. Много лет спустя он узнал, что на заседании факультетского комитета, рассматривавшего его заявку, профессор Джордж Вашингтон Пирс пошутил: «Если [Оппенгеймер] утверждает, что прочитал эти книги, то это очевидная ложь. Однако он заслуживает докторской степени уже за то, что знает их названия».
Его первым учителем физики стал Перси Бриджмен (1882–1961), впоследствии получивший Нобелевскую премию. «Я нашел чудесного учителя в лице Бриджмена, – вспоминал Оппенгеймер, – потому что он никогда не принимал вещи такими, как они были, и всегда старался додумать их до конца». «Очень умный студент, – отзывался Бриджмен о Роберте. – Он достаточно понимал, чтобы задавать вопросы». Однако, когда преподаватель поручил ему провести лабораторный опыт, требовавший изготовления медно-никелевого сплава в самодельной печи, Оппенгеймер «не знал, за какой конец держать паяльник». Оппенгеймер так неуклюже обращался с гальванометром, что чувствительная подвеска всякий раз, когда Роберт пользовался прибором, ломалась и требовала замены. Тем не менее Роберт проявлял настойчивость, и Бриджмен счел результаты его работы достаточно интересными для опубликования в научном журнале. Роберт был не только не по годам умен, но и подчас раздражающе бестактен. Однажды Бриджмен пригласил его домой и показал студенту фотографию храма, построенного, как он сказал, за 400 лет до нашей эры в Сегесте на Сицилии. Оппенгеймер тут же возразил: «Судя по капителям колонн, храм был построен на пятьдесят лет раньше».
В 1923 году в Гарвард приехал и прочитал две лекции знаменитый датский физик Нильс Бор. Роберт посетил обе. За год до этого Бор получил Нобелевскую премию за «заслуги в исследовании строения атомов и испускаемого ими излучения». Оппенгеймер позже говорил: «Невозможно переоценить то, насколько я преклоняюсь перед Бором». Роберт был до глубины души взволнован первой встречей с ученым. После его визита профессор Бриджмен заметил, что «он [Бор] производил на каждого, кого встречал, впечатление необыкновенно приятной личности. Я редко встречал человека, который был бы больше увлечен своим делом и в то же время лишен даже намека на лукавство… почти повсюду в Европе ему сегодня поклоняются как богу науки».
Подход Оппенгеймера к изучению физики отличался эклектичностью, граничащей с бессистемностью. Он хватался за самые интересные, абстрактные задачи, пренебрегая скучными основами. Через много лет он признался, что неуверенно чувствует себя из-за пробелов в знаниях. «Я по сей день, – рассказывал Роберт в интервью 1963 года, – паникую при виде колец дыма или упругих колебаний. В моей памяти зияет прикрытая тонкой пленкой дыра. Мое математическое образование – даже для тех дней – тоже было очень неглубоким. <…> Я прослушал курс теории чисел у [Д. И.] Литлвуда – да, было интересно, однако такой математики было мало для профессиональных занятий физикой».
Когда в университет приехал философ и математик Альфред Норт Уайтхед, помимо аспирантов только Роберт и еще один студент набрались смелости записаться на его курс. Они старательно проштудировали три тома «Оснований математики», написанных Уайтхедом вместе с Бертраном Расселом. «Очень волнительно было читать, – вспоминал Оппенгеймер, – “Основания” вместе с Уайтхедом, который успел позабыть свой труд, отчего ему приходилось быть и учителем, и учеником одновременно». Несмотря на эту подготовку, Оппенгеймер всегда считал себя неподкованным в математике. «Я мало чему учился. Гораздо больше, пожалуй, я узнал способом, которому никто не придает должного значения, – находясь в компании с другими. <…> Мне следовало больше изучать математику. Она бы мне понравилась. В том, что я ее запустил, отчасти повинна моя нетерпеливость».