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聊聊大学(17)——理论物理专业是个啥? 精选

已有 26487 次阅读 2016-3-1 00:06 |个人分类:聊聊大学|系统分类:教学心得| 评论, 反面教材

本文发表于中国青年报:《理工专业也卖萌:理论物理专业是个啥?》,报纸上版本有较大改动,这里是原版。


理论物理专业是个啥?


吴宝俊(中国科学院大学)   张轩中(科普作家)

 

1988年高温超导材料兴起到2008年铁基超导体炸锅,从2006年提出拓扑绝缘体到2015年发现外尔费米子,从十九世纪六十年代提出标准模型到2012年找到希格斯粒子,从1916年广义相对论诞生到2016年全民刷屏引力波,物理学领域的理论和实验进展如海浪般奔涌而来。其中不乏优秀华人科学家的贡献。

 

可以看得到,随着我国国民实力的增强,社会经济的发展,科学技术的进步,造原子弹不如卖茶叶蛋的时代一去不复返,从事科学研究职业的价值与社会地位已今非昔比,科学家作为能够影响未来的潜力股,在当今社会越来越占有举足轻重的地位。在这里,咱就初步介绍一下物理学中最具独特魅力的分支——理论物理学。

 

理论物理学是个啥?


理论物理学,业内人士不乏自恋的把它称作“离上帝最近的职业”,这话说出来会让牧师不高兴,但是谁怕谁呀?

 

理论物理学的主要工作是解决小到基本粒子,大到宇宙空间的几乎所有物理问题,终极目标就是弄明白上帝是如何构造这个世界的——敢窥探上帝的心思,恐怕也只有物理学家有这个胆子。

 

理论物理这个专业汇集了世界上最聪明的人。你知道头发乱糟糟的爱因斯坦吗?他是一个理论物理学家。



你知道那个坐在轮椅上的歪着脖子经常发表奇谈怪论的霍金吗?他也是一个理论物理学家。

 



你知道美剧《生活大爆炸》里呆萌神经的谢耳朵吗?他还是一个理论物理学家。


学理论物理需要上什么课程?

理论物理门槛很高,一定要去正规的大学从本科一路读到博士毕业,才算入门。


本科首先学习普通物理课程,学会用微积分和线性代数的方法处理物理问题,算作从中学到大学的过渡。

 

此后开始学习最重要的四门基础课:理论力学,电动力学,量子力学,统计力学,简称为“四大力学”。这“四大力学”与“四大天王”、“四大名捕”一样,充满了魅力与杀伤力。

 

理论力学,简单地说,就是建立力学的公理体系,不再揪着牛顿三大定律不放,而是从伽利略相对性原理和最小作用量原理出发,利用一个叫“拉格朗日量”的东西把所有力学问题都解决了。更有甚者,全书不需要画一张图,听起来是不是很刺激?

 

电动力学,不是用来修电动机的。它是一门高屋建瓴的理论课程,主要内容是通过建立麦克斯韦方程组来计算电磁学遇到的问题,解释电和磁的现象——当然,学完这门课程后你会发现,原来电动力学天生就蕴藏了狭义相对论,其间的理论推演既自然又和谐。

 

量子力学,可以称得上是二十世纪最有用的学问。我们能有电脑,能有光纤,能有液晶电视,能有智能手机,全都是因为有了量子力学。这门学科的诞生是因为牛顿力学无法解释原子尺度的物理现象,所以物理学家造反,构造出薛定谔方程,并用新的数学方法做出了一套新的物理理论。就是这个feel,倍儿爽。

 

统计物理,因为与热力学关系密切,所以内容合在一起:热力学与统计物理,简称“热统”。这门课教会你如何把粒子的动能和势能这些微观物理量与整个系统的熵、温度、压强等宏观物理量联系起来,并用微观统计的角度来阐释诸如热力学定律这样的宏观概念。

 

学完四大力学这些基础课,还无法跟得上前沿的进展,在研究生阶段还要继续学习群论,量子场论,量子规范场论,量子统计,固体理论等更进阶的研究生课程。由于这些课程比较难,笔者也没学懂,就不详细介绍了。

 

也正因为理论物理学的知识博大精深,我们也要借此机会告诉公众:一个人没有接受过正规物理学教育的话,是不可能做出推翻现有理论的伟大工作的。这就好比一个人连颠球、传球、带球过人这些基本功都没练过的话,是不可能在足球场上踢赢梅西C罗,把世界杯捧回家的。

 

从研究生阶段开始,理论物理学出现不同的方向:研究超导、光学、磁学等属于凝聚态物理方向;研究广义相对论,黑洞,宇宙等属于天体物理方向;研究夸克,中微子等属于粒子物理方向;研究超弦,膜理论等属于人烟稀少的方向;研究易经五行八卦上帝耶稣与量子力学相对论之间关系的属于精神病方向。


全国理论物理专业哪家强?


咱们不能得罪人,只能说很多大学的理论物理专业都蛮不错。但笔者强烈推荐的学校有中国科学院大学、清华大学、北京大学、中国科技大学、南京大学、北京师范大学、中山大学。这些学校的理论物理专业各有所长,又都十分重视教学和物理学人才的培养。

 

有理想的年轻人如果选择报考这几家,相信我,没错的。




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