专业探索：物理

目录

Contents

1. 关于物理学
2. 学科的知识结构
3. 专业前景
4. 专业的文化氛围

作者 | 陈鲲羽，清华大学物理系本科毕业，工程物理系博士在读

关于物理学

本篇文章中的“物理学”指的是教育部《普通高等学校本科专业目录》中“理学（07）”下的“物理学类”，包含“物理学（0）”，“应用物理学（0）”，“核物理（0）”三个一级学科。

—Σ—

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。

图为实验室中搭建的激光光路，激光作为上世纪的一项重要发明，是当代物理学研究中最常用的工具之一

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。

学科的知识结构

01

本科课程体系

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。这部分课程包含

• 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。这部分课程包含

文章来源：《大学物理》 网址: http://www.dxwlzz.cn/zonghexinwen/2022/0502/961.html