专业篇丨物理学：星空之上的科学
用知识改变阶层
写在前面
在所有的自然科学中，物理学就是最基础的科学，意味着最前沿的科学，也是最有魅力的科学，同时也是最深奥的科学。
在所有的自然科学中，物理学就是最基础、最前沿的科学，也是最有魅力的科学，同时也是最深奥的科学。
点开这篇文章的同学，也许你是一个数理化科科接近满分的学霸，或者是对宇宙奥秘怀有无限憧憬的探索者，又或者志在站上诺贝尔领奖台、为人类文明指明方向的伟大科学家。
然而相对于高中物理，从大学起接触的物理学才是真正的物理，高中的物理更多的是“物理科普”。所以在高中，无论是数理化学霸，还是被数理化折磨的欲仙欲死但又对物理有着浓厚兴趣的同学，两者的基础不会相差太远，能够支持你们走下去的，可能不仅仅是天赋，更多的还有兴趣。
物理学类一级学科一共有5个二级学科，分别是物理学、应用物理学、核物理、声学和系统科学与工程，其中前两个专业每年录取人数达5000人以上。从每年各大高校物理学录取分数线来看，其分数线总体而言处于中上水平。本文介绍的物理学，特指物理学类下的“物理学”二级学科。
与偏向精细专业的学科不同，物理学这个专业涉及的内容非常广泛，很难说物理学是为了做某些专门工作而准备的“职业培训”。
简单来说，物理学在各大高校的培养无外乎都围绕着“科研”、“教学”、“技术”这三个方面进行培养，不同的学校会有不同的侧重点。而院校的选择和就业也是围绕着这三个方面展开。
因为缺少“职业培训”和学习内容宽泛，担心无法做到“专业对口”，很多怀揣对物理学梦想的人会因为考虑到就业情况而被“劝退”。
首先需要说明物理学专业本科就业面可能较窄，如果志向于“科研”和“教学”的同学一般都要选择读研甚至读博。其对口就业方向主要是进入中学、职业院校、大学担任教师，或者进入一些科研院所、实验室、出版社和天文台等。而对于“技术”为职业目标的同学，也可以在本科毕业后选择电子设备制造厂商、电子仪器厂商等光学电子领域的相关厂商。
物理学本科阶段课程的学习，对进入各种不同行业提供很大便利。认真学好数学，并拥有较强英语水平的同学，可以在考研上和计算机，金融等热门专业同学竞争并有着很大优势；还可以凭借本科对计算机知识的学习进入计算机行业，也可以对电路设计的学习进入相关行业。总的来说，只要学好本科阶段物理学课程，物理学专业的就业面并没有那么窄。
无论是本科还是研究生，物理学贯穿整个学习生涯的无外乎：理论与实验。
以中国科学技术大学为例，本科物理学专业课程方面，大一主要是力学，包括理论力学、材料力学和结构力学。而物理学专业一般以理论力学为主，理论力学又分为静力学、运动学与动力学。
静力学研究作用于物体上的力系的简化理论及力系平衡条件；
运动学只从几何角度研究物体机械运动特性而不涉及物体的受力；
动力学则研究物体机械运动与受力的关系。
电磁学分为电学和磁学，是后边电动力学的基础。
热学主要学习温度、气体分子热运动以及热力学三定律 。
大二开始接触光学，是与光学工程技术相关的学科。狭义的光学是关于光和视见的科学，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线和γ射线的宽广波段范围内的电磁辐射的产生、传播、接收和显示，以及与物质相互作用的科学。
原子物理是研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支。它主要研究：原子的电子结构、原子光谱、原子之间或与其他物质的碰撞过程和相互作用。
电动力学研究的是电磁场的基本属性、运动规律以及电磁场和带电物质的相互作用。
大三以后就能开始学习热力学和喜闻乐见的量子力学。遇事不决，量子力学。之所以有这么一句话，是因为要么你根本学不懂它，要么你学懂了它，却根本无法理解它在描述什么。
其中穿插着微积分、线性代数、复变函数等数学基础课程和计算机语言、电路设计等辅助学科。
这些专业课可以用一个字总结，那就是“难”。很多专业课哪怕是那些高中就拿了全国物理竞赛一等奖，高中数理化门门接近满分的同学，也会学的晕头转向。特别是像量子力学等学科，学完之后可能全班就没几个能及格的，哪怕是天赋异禀的高材生也会产生一种怀疑人生的感觉，所以读物理学专业的学生，会有一种“拿着最低的分数录取，读最难的学科”的感觉。
下图是物理学各门课程之间的关系图。
图片来源：中国科学技术大学官网
牛顿在《自然哲学的数学原理》里说过，科学就是可以通过实验加以验证并使用数学进行解释的学问。而作为科学最璀璨的明珠物理学，实验毫无疑问是最重要的环节之一。简单来说，无论是本科还是研究生，科学成果大部分都是从实验室里来的。靠着几篇纯理论推导得出惊世文章毕竟还是极少数。
一般来说，大学里的实验课主要培养面向“科研”的人才和能力。如果立志“科研”，那么实验课（大学物理）的意义甚至大于理论课程。实验课以老师教授仪器使用，讲解实验原理，学生动手操作实验，撰写实验报告这一套体系为主。
物理学专业的实验一般集中于声光电这三门实验为主，主要实验有双缝干涉实验、单缝衍射实验、离散时间信号分析、全息投影、光电效应以及普朗克常量测定、迈克尔干涉仪电磁波实验等，光学实验较为简单，电磁电子实验较为困难。
和高中物理实验不同，对于一些重视物理的学校来说，想靠模仿老师操作以及随便撰写报告蒙混过关是不太可能的，必须要深入了解实验原理，并且得出可靠的实验结果，才能得到高分。
以下是教育部阳光高考信息平台对物理学专业的官方介绍：
网址链接：
https://gaokao.chsi.com.cn/zyk/zybk/specialityDetail.action?specialityId=73383799
要点总结：
1.物理学由于在就业上有一半以上围绕“科研”与“教学”展开，这两个方面有一个共通点，就是对录取分数线要求很高；
2.对于课程而言，物理学几乎所有专业课程难度都很大，要求很高；
3.对于深造而言，物理学专业对学历要求较大，所以读研甚至读博是一个普遍现象，但各大院校考研录取分数线较低，跨考竞争力较小，深造难度相对较小；
4.对于本科毕业及就业而言，物理学就业难度较大，一方面如今中学物理教师都要求硕士毕业；另一方面，即便面向“技术”想进入电子厂商，其竞争力也难以比肩更具有针对性的相关工科；
5.物理学主要还是面向对物理有着浓厚兴趣的同学和数理化水平很高的学霸。
下期预告：
本讲介绍了作为一级学科的物理学专业，下一讲我们将介绍更加实在接地气的应用物理学，我们下一讲见。