怎么找人指导自学理论本科学物理,研究生学什么专业好专业？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2024-02-17 10:45 标签： 本科学物理,研究生学什么专业好
反正我自己写的文章随便改，有个重要的问题我就直接在这说了：如果你还处在高中选大学专业的阶段，那么专业和行业根本就不是一回事。下面我详细说明。本文作者：我自己，清华大学物理系本科毕业，工程物理系博士在读。我说的差别主要是：数学、物理这种基础学科（当然计算机也算，但是现在 CS 太火，这件事已经没啥人关注了）
精密仪器、自动化（核工程有时候也算，比如按清华的培养方案来的话，这不仅很容易交叉，还相当于半个物理专业……）这种名为单一学科，实为本质交叉学科的专业
电子、电机（电气工程）这种在工业上特别基础的专业（弱电设备和强电设备，基本所有行业都用得到）、
它们的出路实际上接近于满天乱飞，比如清华工物系某些实验室出来的博士去做自动驾驶，这看起来是跨度巨大的转行，但是实际操作上只需要做短时间的额外准备（~几周），甚至相当于某种程度上的「专业对口」。这是因为其专业属性决定了这些专业和各行各业间的知识壁垒（或者说学习能力壁垒）极低，和生化环材那种转行极其困难的情况完全不是一回事。但这种优势并非没有代价：上面说的知识壁垒低，实际上是付出了更多努力的结果，如果生化环材专业的人学了同样多的物理课，那对他们来说知识壁垒也会一样低。换句话讲，所有的优势都建立在「学懂，学通」的基础上，脱离这两点，这类专业本身也就没什么优势了。这也即是说基础学科出路很广，但与此同时也非常难学，很多人根本没法学明白，学了相当于没学
交叉学科「转行」非常容易，但很容易学成博而不精的结果，最后作茧自缚
把这件事情聊清楚之后，我们再来谈谈物理专业，以及物理学本身，近万字长文，希望对你有帮助。大多数同学对物理学的兴趣都起源于各类科幻作品，这些小说或影视作品中的物理学家往往兼具哲人与发明家两重身份。身为哲人的物理学家能够洞察变化无端的世界背后不为他人所知的真实，身为发明家的物理学家则通过理论与工程知识实现大威力武器或时空穿越那样的奇迹。这种印象与真实的物理学家相比自然有所夸张，但也并非空穴来风。物理学脱胎于数学作为万物本质的信念，以理想模型这种实际上并不存在的东西作为骨架，对世界做出解释与预言。严格来说，物理学家们所偏好的研究对象都是些并不真实存在的东西：世上没有绝对光滑的平面，完美的质量点，完全均匀的连续流体；但这些实际上并不存在的东西与一代代物理学家们巧妙地搭建出的数学理论结合起来，却可以实现对我们身边的世界的近乎完美的预测。以这些预测为基础，人类搭建了自工业革命起到如今信息时代的科技大厦，覆盖了生活的方方面面。回溯物理学的历史，理论的进展使得物理学家们得以从知识的边界提取出新的理想模型，而实验技术则为我们从自然之中尽可能将这些理想模型创造出来，把那些原本不可感知的性质变为看得见摸得到的现象。为抽取出纯粹的光，物理学家们在暗室中进行实验，棱镜与光栅将光的波长这种无法直接测量的东西变为容易测量的角度；为获得纯粹的电子或质子束，物理学家们使用磁场滤除其它杂质，而可吸收这些粒子的电容板将比头发丝还细无数倍的基本粒子变为可以在示波器上观测的波形。事实上，如今的物理学家们依然在做着与上世纪的前辈们区别不大的工作：实验物理学家设计、校正仪器，希望将此前无法捉摸的东西转化为显示屏上可以理解的图表和曲线；理论物理学家调整模型的背景，进行复杂的数学计算，让那些并不存在的理想模型一步步向复杂得多的现实靠拢。在「上帝粒子」、「人造太阳」、「量子计算机」这些看起来新奇炫酷的名词背后，固然有着科幻小说中那样的灵光一现，但更多的是对一行行公式的反复推导，对线路复杂，bug 频出的仪器的不断改进。2.1 培养方案各院校的培养方案中通识类课程与公共课不尽相同，如清华物理系就要求学生选修至少 3 学分的生物课与至少 4 学分的化学课，而其它学校的学分要求可能与之略有出入。但专业课程的安排整体上都是类似的，按照知识深度递增大约可分为:数理基础课：通常在大一一年学完。这些课程更接近在高中已有的数学与物理知识上的拓展，都是使用既有的数学工具解决简单的物理问题。高中时是使用代数方程做受力分析，此时是使用微积分求解略微复杂一些的运动与场数学课程：高等数学、线性代数、复变函数
物理课程：普通物理（力学、电磁学、光学、热力学、近代物理），普通物理实验
核心专业课：课程分布在大二、大三两年，若学有余力或希望在本科接触科研也可以提前选课或自学。这些课程是最简单的理论物理与其数学基础，后续无论是进行理论研究、实验研究，或是进入交叉学科，都需要以这些课程中的知识为基础。此前那种使用数学工具求解生活中的简单模型的真实感在这一阶段被更理论化的抽象思维所取代，对学生的思维能力与数学水平也有较高的要求。数学课程：数学物理方法
物理课程：分析力学、电动力学、量子力学、统计力学，近代物理实验
按细分方向的选修课：这些选修课的内容或是为接触科研前沿做铺垫，或是本身就已经接近科研前沿，课上通常同时有本科生和研究生。数学课程：群论、微分几何、拓扑学、随机过程等
物理课程：固体物理、量子统计物理、粒子物理、天体物理、量子场论、等离子体物理、高等量子力学、量子光学等
其中数理基础课和核心专业课程都属于必修内容，而后续的选修课程则与各类细分的专业方向相关。如凝聚态物理方向需学习固体物理、量子统计物理，通常也需要学习拓扑学；高能物理方向需学习粒子物理、量子场论，高等量子力学等。部分院校会在物理系下设置「应用物理」专业，这一专业的培养方案在部分院校与物理学专业基本完全相同，区别只体现在保研政策上；另一部分院校的应用物理专业则会设置更少的数理基础课程与更多的材料学课程，知识体系整体上更接近材料学，需谨慎选择。2.2 细分方向物理学内部的细分方向相当之多，其中最主干的方向包括：凝聚态物理：主要研究各种超导、超流、量子简并态，从数 K 到 μK 以下的低温系统表现出的电磁学、光学性质等。科普文章中常见的「拓扑绝缘体」、「量子霍尔效应」、「约瑟夫森结」等属于这一方向的研究对象。高能物理：主要使用粒子对撞机研究各种基本粒子在甚高能量下的行为与物理规律，其能量若用温度表现可高达数十万亿亿度。科普文章中常见的「上帝粒子」、「夸克胶子等离子体」、「标准模型」等属于这一方向的研究对象。核物理：主要研究原子核相关的物理与其在核反应中表现出的性质，如原子核内部质子与中子类似化学中价层电子的轨道排布，核稳定性等。其关注方向与核工程、核聚变都有较大区别，更多属于核技术这一门类，科普文章中常见的「重离子束」，「稳定岛」等属于这一方向的研究对象。原子与分子物理：主要研究低温下原子分子与光的相互作用。科普文章中常见的「冷原子技术」，「激光冷却」等属于这一方向的研究对象。等离子体物理：基本上是一门与实现可控核聚变的研究伴生的学科，与激光技术、芯片刻蚀等也有交叉。科普文章中常见的「磁约束聚变」、「惯性约束聚变」、「激光粒子加速」等属于这一方向的研究对象。天体物理：研究对象基本上是地球之外的一切，从行星大气到系外行星探索，从恒星光谱到黑洞吸积盘，再到宇宙的大尺度结构与大爆炸理论都属于天体物理的研究范畴。科普文章中一切与「天体」、「地外」相关的词汇都属于这一方向的研究对象。这六个方向是物理学之下的细分方向中最主要的几个，在这些方向之外还有声学、光学等较传统的方向，以及生物物理、数学物理等交叉学科方向，因规模相对较小，在此不再赘述。2.3 交叉学科物理学基本上与所有理工类专业都有交叉，任何一个理工类专业的理论实际上都是为处理一类特定问题而优化过的物理学理论。化学热力学中的理论内容与统计力学基本相同，量子信息与量子计算的研究中所用到的物理学知识与凝聚态物理重合范围很大，金融学模型的思路核心时常与统计物理模型或流体模型相关，与芯片制造相关的研究中也经常需要用到等离子体物理的专业内容。很难总结出物理学的交叉学科列表，原则上一个优秀的物理系毕业生可以在一段时间的补课后胜任大多数学科的理论研究。2.4 物理学与数学高中生经常会有「物理学就是数学的应用」一类看法，认为学好数学就可以学好物理学。实际上，相比于理论模型中的各种数学，物理学所关注的更多是对理论的理解本身。数学中不存在时间、空间与质量，只会给出几个实数和它们的运算规则，而对时间空间等概念的理解仅存在于物理学中——如果重要的仅仅是数学的话，那么为什么我们不能把质量规定成复数呢？数学家自然有能力给出一套兼容复数质量的理论模型，但解释为什么实数质量就足够描述现实世界则是数学家所不可能完成的任务，这是物理学家所要思考的问题。3.1 有多难学？在大众认知中，物理学是个学习难度和数学接近的专业，哪怕在高中阶段能学好的人也并不算多。随着知识的逐步深入，学习物理学的难度也自然会不断提升，使得很多人对自己能否学好物理学抱有疑问。首先必须要承认，物理学确实是一个具有相当学习难度的学科。在上一部分介绍的本科课程体系中，有相当多需要一定的抽象思维能力和时间投入才能学会的硬课在。对这些课程而言，学不会甚至挂科哪怕在清华也不是那么少见。复变函数、数理方程这两门通常安排在大一、大二的数学课程是后续大量物理课程的必要基础，但每年的课上总有四分之一左右的学生来自大三大四，其原因无非是第一次学的时候挂科了需要重修。这两门课对低年级本科生而言是公认的难，以至于清华物理系的老师们一度发明了一种令人哭笑不得的调分方法：将期末考试得分开根号乘十，作为成绩单上的最终分数，换句话讲 36 分就能及格。即便最近几年来考试难度客观上降低了一些，卷面平均分也一直在 60~70 之间徘徊。而这是清华物理系，全国生源水平最高的院系之一。实事求是地讲，能够学好物理专业的专业核心课程本来就不是一件理所当然的事情。虽然学好这几门课是接触理论研究之前需要跨越的必要门槛，但适合做理论研究的人从来都是极少数，哪怕在清华，最后满足理论研究要求的人恐怕也不到一半。不过这也并不是说只有天才可以学物理，大部分学生总归还是普通人。天才自然存在，但如今的宣传总是在或多或少地夸大天才的作用。从二十世纪后半叶起，物理学的框架逐渐完善，科研工作变得宏大而繁琐。牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦那样的传奇已经几十年没有出现。当然，很多核心且重要的想法仍旧需要少数天才的灵光一闪才能发现，但物理学研究远不止于此，大量重要的工作需要依靠强大的恒心才能完成，其对天赋的要求虽然仍然存在，但远没达到并非天才就不能触及的程度。反映到高考上，这意味着物理研究甚至不会对高考分数有特别高的要求。分数线略低的学校里适合理论研究的比例自然会低一些，但也很难归零。哪怕下沉到双非一级学校的物理系中，也偶尔可以听到某某学长考研进名校，进而去了加州理工、普林斯顿一类学校读博的传说。3.2 我适合学习物理学吗？
我自幼开始认定的所谓尖子生的标准，就是能主动提前自学1～2年后的课程内容。于是以为高中生学个复变函数乃至电动力学是通常尖子生的兴趣爱好，并且上限基本就到这里了。高中时候对于大佬们的认知也是集中在竞赛圈里。去年认识了一位拿到牛津offer的高三学生，自称是正在清华旁听交换代数课，并且调侃我校“实分析怎么连Riesz表示定理都不讲”。后来似乎是去了Stanford就没了联络。今年偶然加了一位熟悉现代代数几何和微分几何的高三学生，直接把我的三观震碎了。（我一开始以为是名词党，就把手边做的交换代数题拿去问他，但是被很轻易地答出来了，后来他还帮我解决了几个作业的小难点）机缘巧合之下我加入了几个数学q群，发现这样的高中生居然不在少数。只能说以前自己的圈子还是太小了，当了太久井底之蛙，认识这些有为的后辈又使我感叹高中的时光蹉跎。我觉得其实最难是有系统学习这些本科知识的想法和计划，而真正学起来反而是水到渠成的。我认为青少年的理解能力差不多14~15岁可以说是发育完全，在这之后能够限制抽象知识理解能力的，只是阅读量，而不是年龄。这个回答获得的赞数有点超出我的预计。这是一个卖弱膜大佬为动机写下的回答，恐怕对题主的问题不构成建设性贡献。下面是一些（可能）更有意义的想法。我认为本科知识对于高中生的开放，得益于近年互联网的发展以及网课的普及。以前的学生可能由于空间限制只能拘泥于教材，或者从家长/朋友手中继承一些大学读物。而如今大部分的常见大学教材都已电子化并且容易免费获得。我能肯定地说，现在学生获取知识的显性成本，仅仅是一台可以联网的电子设备而已。为了形象说明，假设A是一位希望学习广义相对论及其相关数学工具的高中生。I. 电子书关于中文电子书的搜索，我没有特定的渠道。但是用搜索引擎碰碰运气一般都能搜到；关于英文电子书，只要不是近两年出版的，几乎100%可以在library genesis上找到。A听说过广义相对论的著名中文教材，梁灿彬的《微分几何入门与广义相对论》。于是他在当当搜索ummmmm......近300块钱有点贵，学生党买不起。那就找找电子书吧。在搜索引擎键入“微分几何入门与广义相对论 pdf”并搜索，一眼就能看到这个链接：A还想找一些英文的数学参考书，于是他打开了知乎，搜索“微分几何 教材”，获得书单后在library genesis搜索，找到了：II. 网课现在B站上能够找到很多大学录制课程，也有很多B友愿意自己制作教学视频。一般来说中学生能接触到的低阶大学课程资源，在B站是很丰富的。A在阅读梁老的著作时，发现一些难以理解的地方，于是打开B站找到了这本书的配套课程：III. 答疑中文网站的话就是知乎了，知乎还是有不少常驻专业答主的。英文网站有Physics Stack Exchange和Math Stack Exchange，简单的问题在站内搜一搜，十有八九有前人提问过。IV. 课程大纲/规划这一点需要一些进阶搜索技巧了。自学党不确定自学范围或者时间规划的时候，可以上一些大学官网去查找相关课程的资源。有时候能找到打包好的大纲+讲义+习题（甚至习题解答），这时候按部就班的学习就能极大提高效率。A想参考一些大学的广义相对论课程，他搜索“MIT general relativity”，找到了这个页面：大纲，阅读清单，作业题，一应俱全。搜索“oxford general relativity”，找到这个页面：大纲，讲义，作业题。总结：善用搜索引擎。免责声明：保护知识版权，请支持正版！

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