今年是愛(ài)因斯坦逝世60周年和廣義相對(duì)論發(fā)表100周年。為什么說(shuō)物理學(xué)是當(dāng)今最精密、最基礎(chǔ)的自然科學(xué)？艱深的公式定律和現(xiàn)實(shí)生活有什么聯(lián)系？我們特別邀請(qǐng)了北京大學(xué)物理學(xué)院杜紅林老師來(lái)談一談物理學(xué)專業(yè)。
一、專業(yè)解析
物理學(xué)是揭示和闡述物質(zhì)世界基本屬性、基本構(gòu)成、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)。更廣義地說(shuō)，物理學(xué)是探索、研究大自然現(xiàn)象及其規(guī)律的學(xué)問(wèn)。它是當(dāng)今最精密、最基礎(chǔ)的自然科學(xué)之一，也是眾多技術(shù)學(xué)科的支柱。
物理研究的是什么？
在兩千年前，物理學(xué)與哲學(xué)、化學(xué)等等經(jīng)常被混淆在一起稱為“自然哲學(xué)”，直到十六世紀(jì)才單獨(dú)成為一門(mén)現(xiàn)代科學(xué)，至今經(jīng)歷了自然哲學(xué)時(shí)代、經(jīng)典力學(xué)時(shí)代和現(xiàn)代相對(duì)論、量子力學(xué)三個(gè)階段。
科學(xué)界流傳著一個(gè)段子：19世紀(jì)末，由于牛頓力學(xué)和麥克斯韋電磁理論趨于完善，一些物理學(xué)家認(rèn)為，“物理學(xué)的發(fā)展實(shí)際上已經(jīng)結(jié)束，物理學(xué)已經(jīng)走到盡頭，后人能做的只是進(jìn)行一些越來(lái)越精確的測(cè)量?！比欢?，這句話說(shuō)了不到30年，量子力學(xué)和愛(ài)因斯坦的相對(duì)論就顛覆了物理學(xué)領(lǐng)域。相對(duì)論徹底改變了人們對(duì)時(shí)間、空間、重力以及宏觀宇宙的理解；而量子力學(xué)則揭示出一個(gè)奇異的微觀宇宙。時(shí)空是扭曲的，物質(zhì)是由大量微觀粒子構(gòu)成的。這兩大發(fā)現(xiàn)使我們對(duì)這個(gè)世界的認(rèn)識(shí)，發(fā)生了深刻的變革，由此而發(fā)展的各種科學(xué)技術(shù)改變了整個(gè)世界的面貌。直至現(xiàn)在，這種變革仍然沒(méi)有結(jié)束，無(wú)數(shù)物理學(xué)家仍然在努力拓展人類對(duì)自然界的認(rèn)知。
據(jù)杜老師介紹，物理學(xué)的研究大致可以分為兩類：第一類是研究物質(zhì)的狀態(tài)、變化及應(yīng)用，形形色色的物理理論與精妙的物理器件，關(guān)系著人類能否享受更加便捷、智能的生活；第二類則是看上去更加形而上的領(lǐng)域，純粹是滿足人類的好奇心，這些研究可能在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都不能直接應(yīng)用，卻能使我們更好地認(rèn)識(shí)這個(gè)世界。很少有哪個(gè)學(xué)科的研究領(lǐng)域，在時(shí)間和空間的尺度上像物理學(xué)科這樣寬廣，小到原子、原子核、電子和夸克，大到星系和宇宙，快到阿秒，慢至百億年。因此，物理學(xué)及相關(guān)學(xué)科是探究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的前沿學(xué)科，是科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)和源泉。
本科階段主要課程
說(shuō)到物理基礎(chǔ)學(xué)科的地位，從大學(xué)的課程設(shè)置可見(jiàn)一斑。在高校里除物理類專業(yè)外，理、工、農(nóng)、醫(yī)、林等各類非物理專業(yè)的基礎(chǔ)課中普遍設(shè)有《大學(xué)物理》。與大學(xué)其他非物理類專業(yè)相比，物理專業(yè)所學(xué)的知識(shí)更加體系化。
物理學(xué)本科階段的課程主要是以數(shù)學(xué)和物理為主，數(shù)學(xué)主要包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等；物理最主要的是五門(mén)普通物理學(xué)（力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和原子物理）和四大力學(xué)（理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)）。還有一些如固體物理學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法和工具課程（如計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、語(yǔ)言編程等）。
杜老師認(rèn)為，物理學(xué)最大的魅力在于樸實(shí)。樸實(shí)有兩方面的含義，一是簡(jiǎn)單的原理蘊(yùn)含著豐富的推論，二是忠于事實(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。一般而言，能學(xué)好物理的人都是純粹的人，踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)、睿智勤奮，有一顆充滿好奇的心。從學(xué)習(xí)的角度來(lái)說(shuō)，要學(xué)好物理離不開(kāi)數(shù)學(xué)手段的支持，因?yàn)槲锢韺W(xué)研究強(qiáng)調(diào)精確定量和數(shù)學(xué)建模，這就需要數(shù)學(xué)方法和物理思維的緊密結(jié)合，所以數(shù)學(xué)基礎(chǔ)顯得尤為重要。當(dāng)然，具有一定的實(shí)驗(yàn)技能對(duì)學(xué)習(xí)也大有裨益。
二、專業(yè)與就業(yè)
對(duì)口就業(yè)率并不高
陽(yáng)光高考平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：物理學(xué)畢業(yè)生規(guī)模為18000-20000人，應(yīng)用物理學(xué)畢業(yè)生規(guī)模在7000-8000人；兩個(gè)專業(yè)的就業(yè)率連續(xù)兩年都在80%-85%之間。物理學(xué)男女比例為1.7:1；應(yīng)用物理學(xué)為4.5:1。
物理學(xué)就業(yè)與大多基礎(chǔ)性專業(yè)相同，主要在高校、國(guó)防部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)等從事教學(xué)研究及相關(guān)科研管理工作。中國(guó)有很多與物理相關(guān)的研究所，如中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所、理論物理研究所、近代物理研究所、等離子體物理研究所、國(guó)家空間科學(xué)中心等，這都是物理學(xué)畢業(yè)生深造和就業(yè)的好去處。
有報(bào)道顯示，物理學(xué)專業(yè)對(duì)口就業(yè)率并不高，畢業(yè)生半年后的工作與專業(yè)相關(guān)度僅為37%。這恐怕和大多數(shù)基礎(chǔ)學(xué)科的就業(yè)特點(diǎn)有關(guān)。因?yàn)椴⒉皇敲總€(gè)學(xué)物理的人都能成為物理學(xué)家或搞科研工作。雖然表面上看，直接與物理對(duì)口的行業(yè)很少，但是事實(shí)上物理學(xué)的畢業(yè)生就業(yè)范圍很廣。許多以物理為基礎(chǔ)的學(xué)科領(lǐng)域都閃爍著該專業(yè)畢業(yè)生的身影，如信息、能源、航天、軍工、材料、交通、經(jīng)濟(jì)、生命科學(xué)，等等。
基礎(chǔ)學(xué)科適用領(lǐng)域廣
物理學(xué)專業(yè)既是活躍的物質(zhì)世界基礎(chǔ)研究前沿，又是現(xiàn)代高新技術(shù)的基礎(chǔ)和源泉。物理學(xué)史上每一次巨大的發(fā)現(xiàn)都帶來(lái)人類對(duì)世界的全新認(rèn)識(shí)以及社會(huì)的巨大發(fā)展，最新研究很容易會(huì)引起其它學(xué)術(shù)領(lǐng)域的共鳴。
2014年10月丁肇中在上海某學(xué)院大師課堂上說(shuō)：“100年前，最尖端的科學(xué)是光學(xué)、力學(xué)，現(xiàn)在被用在電視、無(wú)線電、航空航天工程；20世紀(jì)30年代，最尖端的科學(xué)是量子力學(xué)和原子物理，當(dāng)時(shí)所有人都不理解它的用處，現(xiàn)在被用在IT上；20世紀(jì)40年代最尖端的科學(xué)是原子核物理，現(xiàn)在被用在核聚變。物理是一座由基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用技術(shù)的金字塔，金字塔不斷的增高，因?yàn)檠芯坎粩鄶U(kuò)大它的底部?！?/p>
雖然物理學(xué)專業(yè)對(duì)口就業(yè)率并不高，但俗話說(shuō)的好“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕”。深厚的知識(shí)功底讓物理學(xué)畢業(yè)生無(wú)論在哪個(gè)行業(yè)工作都能很快上手。北大物理學(xué)院對(duì)上世紀(jì)八、九十年代物理學(xué)專業(yè)的本科畢業(yè)生進(jìn)行的問(wèn)卷調(diào)查，得到他們的就業(yè)領(lǐng)域分布百分比為：科研、教育32%；IT業(yè)28% ；金融、貿(mào)易、商務(wù)、咨詢13%；半導(dǎo)體14%；生物產(chǎn)業(yè)2%；傳統(tǒng)工業(yè)類6%；文體、衛(wèi)生2%；律師1%；新聞媒體1%……他們都認(rèn)為物理學(xué)習(xí)為他們后來(lái)的發(fā)展打下了終生受用的牢固基礎(chǔ)。
深造轉(zhuǎn)專業(yè)有優(yōu)勢(shì)
物理學(xué)專業(yè)畢業(yè)生具有較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，很多同學(xué)會(huì)選擇考研或出國(guó)深造，深造的專業(yè)大部分為物理學(xué)相關(guān)專業(yè)。國(guó)內(nèi)考研，物理有許多課程是其他專業(yè)的主干學(xué)科或考試科目，考研率很高，這也是物理學(xué)專業(yè)的優(yōu)勢(shì)所在。
出國(guó)深造，重點(diǎn)大學(xué)的申請(qǐng)國(guó)外獎(jiǎng)學(xué)金的比例較高，每年也有一定比例的同學(xué)選擇非物理學(xué)專業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)。如到國(guó)外讀工科、生命科學(xué)甚至金融、商科等專業(yè)。如南開(kāi)大學(xué)每年有超過(guò)40%的物理學(xué)基地班學(xué)生被推薦免試攻讀碩士研究生，近75%的學(xué)生到國(guó)內(nèi)外高?；蜓芯克M(jìn)行研究生學(xué)習(xí)，其中30%到國(guó)外學(xué)習(xí)。北京大學(xué)物理學(xué)專業(yè)最近幾年的本科畢業(yè)生50%在國(guó)內(nèi)攻讀碩士或博士學(xué)位，30%以上獲得美國(guó)、歐洲的著名大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金出國(guó)深造，本科畢業(yè)時(shí)直接參加工作的學(xué)生約有10%。
三、報(bào)考指南
近300所院校開(kāi)設(shè)物理專業(yè)
物理專業(yè)是傳統(tǒng)的基礎(chǔ)專業(yè)之一，很多院校都開(kāi)設(shè)了這個(gè)專業(yè)，如北京大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京師范大學(xué)等院校的物理學(xué)專業(yè)都是國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科。陽(yáng)光高考平臺(tái)數(shù)據(jù)顯示，目前全國(guó)開(kāi)設(shè)物理學(xué)專業(yè)的院校295所，招生大多分布在綜合類院校、理工類院校、師范類院校的一批招生專業(yè)中。
按照教育部《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》（2012年）的劃分，理學(xué)門(mén)類下設(shè)有物理學(xué)類，其中包含了4個(gè)專業(yè)：物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、核物理、聲學(xué)。各高校又根據(jù)自身情況和發(fā)展需要設(shè)置了不同的專業(yè)和方向，如理論物理、凝聚態(tài)物理、生物物理、光學(xué)、粒子物理與原子核物理、信息技術(shù)與儀器物理等。
看清招生形式找準(zhǔn)專業(yè)方向
具體到招生方式和招生專業(yè)，考生家長(zhǎng)可以查看當(dāng)年下發(fā)的《招生專業(yè)目錄》，從近幾年的《招生專業(yè)目錄》中我們可以看到，物理學(xué)專業(yè)的招生方式主要有兩種：一是按物理學(xué)專業(yè)招生，二是按物理大類招生。近年來(lái)，越來(lái)越多的院校開(kāi)始以物理大類招生，入學(xué)后經(jīng)過(guò)一到兩年的培養(yǎng)，再根據(jù)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)情況，分流到具體的專業(yè)，如北京大學(xué)、南京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等。
北大的物理學(xué)科擁有全國(guó)最多的國(guó)家級(jí)精品課程，分支齊全，名師薈萃。學(xué)生按物理學(xué)大類入學(xué)后第一、二年級(jí)不分專業(yè)，從三年級(jí)起以物理學(xué)類入校的同學(xué)在物理學(xué)科、大氣與海洋學(xué)科中再分別選課、研修。
南京大學(xué)物理學(xué)類含3個(gè)（物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、聲學(xué)）專業(yè)分8個(gè)培養(yǎng)方向：“理論物理與計(jì)算物理”、“基本粒子、核物理與宇宙學(xué)”、“超導(dǎo)、量子調(diào)控與量子計(jì)算”、“晶體、光學(xué)與光電子學(xué)”、“磁學(xué)與磁電子學(xué)”、“聲學(xué)、聲信息技術(shù)與工程”、“生物物理與軟物質(zhì)科學(xué)”、“新能源物理與納米科學(xué)”。招生時(shí)不分專業(yè)，本科二年級(jí)下學(xué)期到三年級(jí)上學(xué)期進(jìn)行專業(yè)分流。
北京航空航天大學(xué)的物理學(xué)類包括應(yīng)用物理、核物理兩個(gè)本科專業(yè)。從2013年開(kāi)始增設(shè)“愛(ài)因斯坦”實(shí)驗(yàn)班，新生入學(xué)后優(yōu)選20名左右學(xué)生重點(diǎn)培養(yǎng)。其中凝聚態(tài)物理為北京市和原國(guó)防科工委重點(diǎn)學(xué)科，理論物理和光學(xué)為工信部重點(diǎn)支撐基礎(chǔ)學(xué)科，核能科學(xué)與工程為國(guó)防緊缺學(xué)科。
另外，還有一種大類招生是以實(shí)驗(yàn)班的形式，但其中所包含的專業(yè)不全是物理學(xué)的專業(yè)方向。如北京師范大學(xué)的理科試驗(yàn)班可自主選擇數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)；復(fù)旦大學(xué)的“自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)班”包括物理學(xué)、理論與應(yīng)用力學(xué)、化學(xué)、高分子材料與工程等15個(gè)專業(yè)?？忌趫?bào)考時(shí)，一定要根據(jù)自己的興趣愛(ài)好、分?jǐn)?shù)情況，結(jié)合院校的專業(yè)方向綜合考慮。
了解院校章程及報(bào)考條件
雖然在《普通高等學(xué)校招生體檢工作指導(dǎo)意見(jiàn)》中對(duì)報(bào)考物理學(xué)專業(yè)的考生沒(méi)有提出身體限制，但有的高校對(duì)報(bào)考該專業(yè)的考生有單科成績(jī)的要求，如首都師范大學(xué)在《招生章程》中規(guī)定：“數(shù)學(xué)單科成績(jī)要求：數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院、物理系和信息工程學(xué)院的各專業(yè)以及國(guó)際經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易專業(yè)，在錄取時(shí)對(duì)數(shù)學(xué)單科成績(jī)有一定要求，具體分?jǐn)?shù)視當(dāng)年考生總體水平而定?！庇幸鈭?bào)考物理專業(yè)的考生還需留意相關(guān)高校當(dāng)年的招生章程。
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