为什么物理不在四大天坑专业之一?
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。答主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： 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 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。 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 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。