原答案:
拥有工程(机械电子工程)本科学位和(伪)理论物理研究生学位的罗莱来尝试回答这个问题~作为一名典型的“非专业”本科生,我确实经历过下定决心转物理后补充物理基础知识的一段时间。 时间。 我不能说我对理论物理掌握得很扎实,但至少可以简单介绍一下我的学习路径,这可能是像该学科这样的非物理专业想要的~
首先要解决的问题是“什么是理论物理?” 不要把它想得太高端,认为只有基本粒子和弦论才是理论物理。 自然科学研究的三驾马车是理论、计算和实验。 也就是说,如果你不做实验,不做模拟,那么你做的就是“理论物理”——嗯,就这么简单,我不是听说只有智商高的人才敢接触理论物理吗? 有多少学理论物理的人只是因为动手能力不太好实在不想做实验而被迫退出理论物理(光谱仪PTSD患者来了)=_=||| 理论物理学习者的日常生活自然就是看文献、推方程、建模型、做近似。 当然,随着时代的发展,很多理论领域也迫切需要计算模拟来辅助研究,因此同样可能需要更多的时间来编写代码和调试。 所以量子物理专业推荐,只是,每个人都差不多。
当然,如果只是想了解理论物理,并不是真的想做前沿科学研究,本科阶段的“理论物理”本质上集中在四门课程上,这就是著名的“四大力学”——理论力学、电动力学、量子力学、热力学和统计物理学。 有时还会添加固体物理、广义相对论或您想要深入研究的其他特定领域的课程。 我相信所有非物理专业的理工科学生都学过所谓的“大学物理”或“普通物理”——力学、热学、电磁学、光学、原子物理。 那么,“理论物理”(“四大力学”)和“普通物理”有什么区别呢? 难道说理论力学只是力学的加强版,而电动力学只是电磁学的进步……? 当然不是。 如果没有认识到“理论物理”与“普通物理”的本质区别,只是用学“普通物理”的思维来学习“理论物理”,很容易感到不适应,学习效果也会大打折扣。贫穷的。 将会大大减少。
我们先回顾一下“普通物理”是如何学习的——从生活中的现象和实验出发,一一总结物理定律。 这种思维方式叫做“归纳法”,非常符合人类认识世界的直觉,也和我初中、高中开始学习物理时形成的思维方式是一样的。
但《理论物理》/《四大力学》却恰恰相反——先给你一个现成的理论(比如麦克斯韦方程组、薛定谔方程……),然后你就得用现成的理论去运用各种使其变形的数学技术。 得出不同的结论来预测自然界会发生什么现象。 至于验证,就交给模拟和实验吧。 这种想法……你也看到了,这显然是反直觉的、不合常规的。 我们称之为“演绎”。 有人说理论物理很难学,也很难理解。 其实一个很大的门槛就是这个思维的转变。
“归纳”和“演绎”之间没有区别。 在具体的科研实践中,这两种思维方式是相辅相成的。 如果进入真正理论物理的科学研究,有的领域可能更多依靠演绎,有的领域可能更多依靠归纳,有的领域可能更多依靠形而上学……这就是为什么我认为“四大力学”并不比“普通物理”高一级,两者其实应该是同一水平的,学“四力学”并不能涵盖“普通物理”,不信你可以拿出你的电动力学书并将其与电磁学书进行比较。也许电动力学会更深入地研究某些主题,但电磁学通常涵盖更广泛的主题。
至于“四大机械师”在做什么……我无法用一两句话解释清楚,所以我就拿出了我之前做的PPT放在这里。 请记住主线“从简单到复杂,从低级到高级”,或者更具体地说“从低速到高速,从宏观到微观,从单体到多体”。 PS:关于四大力学的名称,我个人更喜欢张其仁先生的分类:经典力学、经典场论(电动力学+广义相对论)、量子物理和统计物理。
我曾经为科普讲座制作的PPT之一。 文中所有文字描述均为个人观点。 欢迎讨论。
这是我当时做的另一张PPT。 以浙江大学为例,简单介绍了物理系需要学习的课程。
需要注意的是,数学固然重要,但绝对不是最重要的。 真正描述我们本质的是物理的概念和图画,而数学只是一个工具~所以我其实不太同意有些受访者所说的“先学数学,然后再回到物理”。 无论如何,学习数学是没有止境的。 如果你只是一头扎进数学而不知道为什么要学它,你就会失去对物理的兴趣。 为什么不同时开始呢? 只要题主具备普通工科学生所需的微积分、线性代数、概率统计、常微分方程等概念知识,并对复变函数、偏微分方程有一个大概的印象(有一点印象就好),这就足够了。 可以开始学习物理的旅程了~有了一定的物理背景作为基础,当你遇到数学困难时,你自然会想到回去弥补数学物理方法、群论、微分几何、张量分析甚至其他奇怪的东西。 的内容。 (其实数学本身就是常读常新的东西,学过微积分的可以回头看看齐民友老师的这本《微积分重温》,收获更多。)
下面分四个方面介绍推荐的物理书籍(考虑到提问者和大多数读者的情况,以中文版为主。如果想进阶,这里有很多受访者推荐外文原版书籍,比如正如高赞@hunso)由妖梦姐姐推荐的圣书(来自):
1.普通物理
别小看普通物理~前面说过,“归纳”的方法更自然,更有利于建立感性认识。 如果你之前对高中水平以上的物理一无所知,建议你先看一些公认优秀(但也很难)入门的普通物理教材——注意,它们必须是物理专业的普通物理。
比如赵凯华老师的《新概念物理教程》在国内是比较经典的(全套5本教材:力学、热学、电磁学、光学、量子物理、2道题解)
并推出《伯克利物理课程》(全5册:力学、电磁学、波物理、量子物理、统计物理)
emmm另一件事让我印象深刻的是杨福家老师写的《原子物理》。 这本书可以作为休闲读物~
另一本休闲读物是赵凯华老师的《定性与半定量物理》^_^
至于著名的《费曼物理讲座》……emmm,我的建议是:学习普通物理时,可以先看第一本书(其实高中生可以尝试看第一本书),再看第二本书本书和第三本书建议在学习四大力学的同时一起阅读。 也可以学完之后再看~
2.理论物理(四大力学连贯统一解释)
这是一个有趣的话题,因为所谓的“四大力学”看似是四个不同的学科,但实际上它们只是描述自然不同方面的理论物理学。 它们之间其实存在着内在的逻辑和关联,但这种逻辑和关联已经被当前传统的学科教学方式所抹杀。 国外曾有尝试将“四大力学”合并为一门课程,从整体角度进行讲解,但在国内比较少见(如果以后我能在大学教物理,我会尝试提供这样的课程)课程,面向学校学生),更不用说那些著名作家写的,题材广泛,水平高的。 目前我只找到彭焕武先生和张其仁先生写的两本书。 其中,彭焕武先生(两弹英雄)的《理论物理基础》被用来作为文革后研究生的补充课程。 内容比较简洁,所以理解起来比较困难。 适合学过基础理论物理的人。 建立宏观背景:
它还有一本配套的数学书:
另一套是张其仁先生的四本小书系列:《经典力学》、《经典场论》、《统计力学》和《量子力学》。 与前一本书相比量子物理专业推荐,这四本短书的细节会丰富很多,更适合那些对前一本书感到困惑的人。 此外,这两套书都将广义相对论纳入了理论物理的范围。 (由于已经绝版,现在很难买到,如有需要,可以到图书馆参考文献联盟网站进行试读下载或文献传递。)
当然,如果你不坚持找适合非物理专业的名家深入教材一起教理论物理,我也会推荐一本比较基础易懂的书,那就是刘老师连寿《理论物理基础教程》。 事实上,由于这本书比较轻松愉快,可能更适合题主在较短的时间内上手:
还有一本书叫《量子力学与统计力学》,也是针对非物理专业的,评价也不错。
至于这些书的使用体验,会慢慢更新。
3.理论物理(四大力学分别讲解)
这部分就简单介绍一下,因为受访者已经推荐了很多日常教材。
理论力学可以用梁昆淼的《力学(第二卷)》
当然,老大也可以直接看兰道第一卷。
注意不要误买工科的理论力学书籍,比如哈尔滨工业大学版,其实更多对应的是普通物理力学。
电动力学入门,强烈推荐格里菲斯的《电动力学导论》
复习可以使用北大版《电动力学简明教程》
也可以使用格里菲斯的《量子力学导论》来入门量子力学(不建议使用曾金言的书)
等到高音量...好吧,那么。
至于统计力学,目前为止我还没有看到特别推荐的书。 或许我得研究一下……反正苏如铿的书我也看不懂。
4.专业领域的进步
学科到达这个领域后,必须决定往哪个方向继续发展,阅读相应的教材。 高能、凝聚态、光学、生物物理学等领域的教科书自然是不同的。 由于我专业是等离子体物理,对天体物理比较感兴趣,所以我只简单介绍一下这两个理论专业的入门读物。 (当然,说实话,普通物理基础知识可以解决很多事情,所以有时候其实也可以当做科普读物~)
比如你想研究可控核聚变和等离子体物理,除了国外的FF Chen等,国内的书籍,我推荐郑春凯的《等离子体物理》进行介绍。
当然,李丁老师的《等离子体物理》也比较简单易懂。
更多理论书籍(比如胡希伟老师的书)这里就不推荐了。
天体物理学方面,一本很好的入门书是向寿平先生的彩色插图版《天体物理学概论》
至于星系天文学和行星科学……我一直在寻找国内有什么特别好的教材,但是一直没有找到= =(这里@姐姐)
最后引用现在哈佛的陈立源先生的一句话:
学完物理,我脑子里自然会有一套物理思维。 在这样的思维下,我看到的世界极其浪漫,一切都是那么自然、踏实。 你的精神可以走出孱弱的人体,与远方的山河湖海、日月星辰产生共鸣。
每一个科目都是世界观的洗礼,为你打开另一扇看世界的窗户。 有无尽的距离,也有无尽的人。 天地与我并存,万物与我合一。
所以不要怀疑自己~既然喜欢,至少尝试一下,才不会后悔。 学习物理会让你感觉自己更加强大,更加热爱这个世界~
加油吧小伙子~
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