积智词。
集智是由清华大学、北大、加州理工学院、康奈尔大学等国内外著名大学各专业的学生共同创建的教育信息共享社区。
目录
关于物理
学科知识结构
职业前景
专业文化氛围
作者 | 陈坤宇，毕业于清华大学物理系，获学士学位，现为工程物理系博士研究生。
关于物理
本文中的“物理”是指教育部《普通高等学校本科专业目录》中“理科（07）”下的“物理类别”，包括“物理（）”、“应用物理（）”） ”和“核物理（ ）”三个一级学科。
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大多数学生对物理的兴趣源于各种科幻作品。 这些小说或影视作品中的物理学家往往具有哲学家和发明家的双重身份。 作为哲学家的物理学家可以洞察不断变化的世界背后的未知现实，而作为发明家的物理学家则利用理论和工程知识来实现强大的武器或时间旅行等奇迹。
这种印象与真正的物理学家相比自然有些夸张，但也并非空穴来风。 物理学的诞生源于这样一种信念：数学是万物的本质。 它使用实际并不存在的理想模型作为骨架来解释和预测世界。 严格来说，物理学家更喜欢的研究对象是不真实存在的东西：世界上不存在绝对光滑的平面、完美的质点、完全均匀的连续流体； 但这些东西实际上并不存在。 结合几代物理学家巧妙构建的数学理论，它可以实现对我们周围世界近乎完美的预测。 基于这些预测，人类构建了从工业革命到当今信息时代的科技大厦，涵盖了生活的方方面面。
图为实验室搭建的激光光路。 激光作为上世纪的一项重要发明高中物理示波器，是当代物理研究中最常用的工具之一。
回顾物理学史，理论的进步让物理学家能够从知识的边界中提炼出新的理想模型，而实验技术则让我们尽可能地从自然中创造出这些理想模型，让原本不可感知的事物变得具有属性。看得见、摸得着的现象。 为了提取纯净的光，物理学家在暗室中进行实验。 棱镜和光栅将无法直接测量的光波长改变为易于测量的角度。 为了获得纯净的电子或质子束，物理学家们利用磁场过滤掉其他杂质，而吸收这些粒子的电容板将比人类头发丝细无数倍的基本粒子变成可以在示波器上观察到的波形。
事实上，今天的物理学家仍然在做着与上个世纪的前辈们大致相同的工作：实验物理学家设计和校准仪器，希望将以前难以捉摸的东西转换成显示屏上可以理解的图形和曲线； 理论物理学家调整模型的背景高中物理示波器，进行复杂的数学计算，让那些不存在的理想模型一步步接近更加复杂的现实。 “上帝粒子”、“人造太阳”、“量子计算机”等看似新奇酷炫的术语背后，固然有科幻小说里的灵光闪现，但更多的是逐行重复推导。公式。 不断改进电路复杂、bug较多的仪器。
学科知识结构
01
本科课程体系
每个机构的培训项目中的普通课程和公共课程都不同。 例如，清华大学物理系要求学生生物学课程至少修读3学分，化学课程至少修读4学分。 其他学校的学分要求可能略有不同。 存在差异，但专业课程的安排大体相似。 根据知识深度的增加，大致可分为
基础数学和物理课程：通常在大学第一年完成。 这些课程更接近高中现有数学和物理知识的扩展，它们都利用现有的数学工具来解决简单的物理问题。 在高中时，代数方程用于力分析，现在微积分用于解决稍微复杂的运动和场。这部分课程包括
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
核心专业课程：课程分布在大二和大三。 如果本科有余力或者想接触科研，可以提前选课或者自学。 这些课程是理论物理和数学最简单的基础。 无论是进行理论研究、实验研究，还是进入跨学科研究，都需要以这些课程中的知识为基础。
以往在生活中利用数学工具解决简单模型的现实感在这个阶段被更多的理论抽象思维所取代，这也对学生的思维能力和数学水平提出了更高的要求。这部分课程包括
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、现代物理实验
细分选修课：这些选修课的内容要么为接触科学研究前沿奠定了基础，要么已经接近科学研究前沿。 班上通常有本科生和研究生。这部分课程包括
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。
数学课程：群论、微分几何、拓扑学、随机过程等。
其中，基础数理课程和专业核心课程为必修课，而后续的选修课则涉及各个细分专业方向。 比如凝聚态物理方向，需要学习固体物理、量子统计物理，通常还需要学习拓扑学； 高能物理方向需要学习粒子物理、量子场论、高等量子力学等。
有些学院会在物理系下设立“应用物理”专业。 本专业的培养方案与部分院校物理专业的培养方案基本相同。 差异仅体现在研究生保障政策上； 在其他院校，应用物理专业的基础数学和物理课程会较少，而材料科学课程会较多。 整体知识体系会更接近材料科学，所以需要慎重选择。
02
物理专业下细分方向
物理学中有很多细分领域，其中最重要的包括
凝聚态物理：主要研究各种超导、超流体、量子简并态以及几K至μK以下的低温系统的电磁和光学性质。“拓扑绝缘体”、“量子霍尔效应”、“约瑟夫森结”和科普文章中的其他常见主题都是这个方向的研究对象。
高能物理：粒子对撞机主要用于研究各种基本粒子在极高能量下的行为和物理定律。 如果它们的能量用温度来表示的话，可以达到几十万亿度。 科普文章中常见的“上帝粒子”、“夸克胶子等离子体”、“标准模型”等都属于这个方向的研究对象。
核物理：主要研究与原子核及其在核反应中的性质有关的物理，例如原子核中质子和中子的轨道排列，类似于化学中价电子层中的电子，核稳定性等。其重点与核工程和核聚变有很大不同。 它大多属于核技术的范畴。 科普文章中常见的“重离子束”和“稳定岛”就是这个方向的研究对象。
原子分子物理：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”等都属于该方向的研究对象。
等离子体物理学：它基本上是与实现可控核聚变研究相关的学科。 它还与激光技术、芯片刻蚀等有交叉。“磁约束聚变”、“惯性约束聚变”、“激光粒子加速”等科普文章中常见的话题都属于该方向的研究对象。
天体物理学：研究对象基本上是地球以外的一切，从行星大气层到系外行星探索，从恒星光谱到黑洞吸积盘，到宇宙大尺度结构和大爆炸理论，都属于天体物理学的研究范围天体物理学。 科普文章中凡是与“天体”、“地外”相关的词语都是该方向的研究对象。
这六个方向是物理学分支中最重要的。 除了这些方向之外，还有声学、光学等较为传统的方向，以及生物物理学、数学物理等跨学科方向。 由于它们的相对规模比较小，这里就不多说了。
03
跨学科
物理学基本上与所有理工科专业都有交叉。 任何理工科专业的理论实际上都是针对特定类型问题而优化的物理理论。 化学热力学的理论内容与统计力学基本相同。 量子信息和量子计算研究中使用的物理知识与凝聚态物理有很大重叠。 金融模型的核心思想往往与统计物理模型或流体模型有关。 等离子体物理的专业内容经常用于芯片制造相关的研究。
很难概括物理学中的跨学科学科列表。 原则上，一名优秀的物理专业毕业生经过一段时间的补修后，就可以胜任大多数学科的理论研究。
04
八卦：物理和数学
高中生常常有“物理是数学的应用”的观点，认为学好数学，就能学好物理。 事实上，物理学更关心的是对理论本身的理解，而不是理论模型中的各种数学。 时间、空间和质量在数学中不存在。 只给出了几个实数及其运算规则。 对时间和空间等概念的理解只存在于物理学中——如果重要的只是数学，那么为什么我们不能将质量指定为复数呢？
数学家自然有能力提出与复质量兼容的理论模型，但解释为什么真实质量足以描述现实世界对数学家来说是一项不可能完成的任务。 这是物理学家必须思考的问题。
职业前景
01
本科毕业后的去向
物理系本科培养计划不支持本科生整体就业。 换句话说，如果你在物理本科毕业时既没有申请合适的研究生项目，也没有计划转行，你就会陷入没有任何专业技能就被扔进就业市场的尴尬境地——事实上，你将在没有任何专业技能的情况下被扔进就业市场。 物理本科毕业生专业对应的唯一工作是教育行业，即在中学或教育机构教授物理。
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国内顶尖大学的毕业生大多选择继续深造，直接就业比例普遍在20%以下。 这通常与提前规划职业转变路径后的就业情况相对应。
升学去向是出国+国内（考研/考研）。 疫情前，各院校出国读研的比例在20%至30%之间，美国是主要出国目的地。 国内考研的选择受到考研政策的影响。 在这一级别的学校中，毕业成绩排名前50%的学生基本可以获得研究生晋升资格。 有的院校甚至可以给予70%~80%的晋升研究生资格。 %。 只有当你考研失败或者你想选择的专业与本科专业相差太远时，你才需要加入考研大军。
研究生阶段继续选择物理的毕业生并不多，大部分会转投与物理相关的其他方向（如理论计算机科学、生物物理、信息物理等交叉学科）。 研究生毕业后，你也会在这些方向找到工作。
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对于大部分一流以下985和实力较强的211院校的本科毕业生来说，选择继续深造的比例还是比较高的，通常会超过一半。 然而，随着出国难度大幅增加，研究生学历要求也变得更加严格。 有的高校甚至要求前20%的考生。
在此背景下，考研是大多数毕业生的命运。 这个时候，提前规划转行方向，做好准备就显得尤为重要。 而如果你在研究生阶段能够进入与之前学校毕业生类似的院校和方向，那么你后续的职业道路不会有太大的不同。
02
学术界和工业界
科研和就业的选择：如果你在硕士或博士学习期间仍然选择物理学，那么你需要在毕业后选择是否继续从事科学研究。 由于国内外各类科研岗位都已高度饱和，选择继续学术理想一般意味着长期的激烈竞争，以及能否在晋升或离职制度下坚持到底的问题。 因此，大多数毕业生不会走学术路线。 .更常见的路径包括
转行到计算机、金融等行业：由于物理系的硕士、博士生通常都有良好的数理基础，经过一段时间的补课（如温习）和实习，这种转行是比较容易的。通常并不困难。
选进政府部门：具体薪资要看各个学校的政策，专业背景此时并不是那么重要
依靠专业知识进入行业：这是最常见的出路。 物理研究生在学习期间会投入大量精力进行各种软硬件的设计、搭建、调试。 因此，很多外行人看来难以想象的事情就会发生。 以笔者个人经历为例，高温等离子体实验的毕业生可以从事微波器件或者自动驾驶方面的工作，但对于外行来说，这样的“专业对口”是完全无法理解的。
专业整体文化氛围
作为一门课程难度比较大的理论学科，物理专业的学生在本科学习期间基本需要投入更多的精力在学习上。 换句话说，“内卷化”程度很高。 然而，换来的是这种紧张的氛围，学生们拥有扎实的数学基础和各种跨学科学科欢迎毕业生。 是否值得就看个人判断了。
结尾
