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  • 1 # 塵封的貓

    物理學(一級學科)下轄8個二級學科):

    理論物理

    粒子物理與原子核物理

    原子與分子物理

    等離子體物理

    凝聚態物理

    聲學

    光學

    無線電物理

    我們通常所說的物理學便是狹義上的物理學。探討中國物理學的現狀,首先要知道世界物理學的現狀,因為中國物理學一直落後於西方,它的現狀和發展很基本上是由世界物理學現狀及發展所決定的。國內將物理學列為一級學科,其下有理論物理,粒子物理及原子核物理,原子分子物理,凝聚態物理,光學,聲學,等離子體物理,無線電物理八個二級學科。從研究目的和方法上可以把物理學分為理論物理,實驗物理和應用物理三個領域。其中粒子物理和原子核物理以及原子分子物理兩個二級學科主要屬於實驗物理方面,而後五個二級學科大多研究方向以應用為主,可劃歸到應用物理領域。

      理論物理本身可分為基礎理論研究和應用理論研究兩大部分,公眾往往把這個小小的基礎理論研究部分誤認為是物理學本身了,這是因為從古到今成就物理學界耳熟能詳的大師級人物基本都來自這個領域。基礎理論研究就是一步一步深入探索尋找自然界最深層次的統一規律,它是整個物理學最前沿的最神秘也是最挑戰人類智力的部分,其成果也是物理學最核心最輝煌的,這些成果包括歷史上的牛頓力學,麥克斯韋電磁理論,到二十世紀初的相對論和量子力學以及目前的量子場論和超弦,現在研究基礎理論的學者們都是在做量子場論(既結合了相對論之後更深入的量子理論)及在場論基礎上發展起來的超弦假說。

      搞基礎理論研究一般只有兩個結果:一是是零,即成為後人成功的鋪路石而終生默默無聞;另一個是無窮大,既成為諸如愛因斯坦、狄拉克、費曼、溫博格或威藤等等那樣的大師級人物。而能成為後者的畢竟是少數幸運天才,因此不但研究理論物理的人是所有研究物理的人中很少的一部分(小於5%,在中國應該更少),搞基礎理論的人在研究理論物理的人中也只是少部分,剩下的一大半做的是應用理論研究,這其中包括凝聚態理論,量子光學,原子分子理論等等,它們大多采用現成的量子理論來解釋各自領域的內在物理機制,與基礎理論研究最大的區別是它們停留在原子(確切地說是核外電子)的層面上採用現有的量子理論解決問題,而對更深入的粒子本質不做探討。由於應用理論研究很大程度上是對現有基礎理論的複雜應用,於是它的研究方式不可避免地引入大量計算,甚至有人將計算物理看做物理學的又一分支。

      談完理論物理,下面說一說實驗物理和應用物理。其實這兩個領域並沒有明顯的界限,區別只是實驗出的結果應用程度大小的問題。本文所說的實驗物理主要是指高能物理(即粒子物理),他的實驗目的不是以應用而是以驗證基礎理論是否正確為主,並希望透過高能實驗的某些新現象來促進基礎理論的發展,這個領域最重要也是最獨特實驗儀器便是“加速器”。建造加速器需要國家政府投入大量的財力物力而且在經濟上很難得到回報,因此世界上除幾個大國外其他國家都對它望而卻步。由於加速器更新改進的財政困難使得國際粒子物理學研究陷入一個瓶頸,中國自然也不例外。這樣客觀上導致了中國研究高能物理的人與研究理論物理的人一道成為物理學界為數很少的小團體。

      談到這裡我不得不提出一個事實,那就是搞物理的人絕大多數是在研究應用物理,即研究領域與人類生活密切相關,比較容易其將成果轉化為應用技術的領域。在研究的過程中運用應用理論研究的成果來解決人類需要,並能反過來推動應用理論發展。

      凝聚態物理是現在物理學最大的分支領域,所謂凝聚態是指物質固態和液態的統稱。在地球上與人類生活密切相關的物質除了Sunny和空氣其餘都是以凝聚態的形式存在,這足以看出研究凝聚態物理對人類的重要性。凝聚態物理最早的重大成就是半導體的發現及應用,它最後產生的社會價值想必不用我多說了,您只需看一眼身邊這臺電腦變見分曉。凝聚態物理最近有兩個大名鼎鼎的熱門方向,一個是“超導”,另一個是“奈米”,傳媒上關於它們已經有很多的介紹,我就不再重複。其他領域諸如軟物質,準晶體,磁學等等很可能醞釀著下一個重大的突破。可以肯定的是,作為物理學最大的分支方向,它已經逐漸發展為整個物理學的主幹和中心,超過半數研究物理的人在這個領域辛勤地工作著為人類造福。

      前面說過原子分子物理目前主要停留在實驗物理學階段,單個原子對人類的意義雖然沒有多個原子形成的凝聚態物質重要,但既然一切物質除光以外都是由原子所構成。這個領域麻雀雖小卻是五臟俱全,它與物理學乃至整個自然科學各個分支學科都有非常緊密的聯絡,而這些交叉領域恰恰是其最重要的應用領域。研究化學反應化合物本質的量子化學實質上就是分子物理學,研究DNA大分子的分子生物學實質上也是分子物理學的一個研究領域。由此可見這個學科的發展義對其他的自然科學學科有多麼重大的意義。

      光也許是世界上最神奇的東西了,難怪古希伯萊人認為上帝先創造了光然後創造的萬物。通常人們愛把所有物質分為狹義的由原子分子組成的“物質”,以及由光子作為載體的“能量”。毫不誇張地說物質世界一切能量傳遞的過程都是靠傳遞光子完成的(如果廣義相對論和量子場論標準模型正確的話)。例如聲光電熱磁,聲音和熱量本質上可還原為電磁相互作用,而電磁相互作用本質上就是靠電荷吸收輻射光子來完成的(QED)。因為光是一切能量的載體,量子力學中的“量子”實際上指的就是光量子,即光子。光速是一切速度的極限,光子可以轉化為正反粒子對,也許對光的本質的研究會直接觸及物質世界最深層次的奧秘。

      然而光學的發展卻完全偏離探索光本性的方向,光學目前是物理學最接近應用領域的一個分支,因為它的應用性太強了,在實際應用中即可成為能量的載體也可成為資訊的載體。鐳射的發現重要性絲毫不亞於半導體,它使得光學發展為僅次於凝聚態物理的物理學第二大分支,並且目前比凝聚態物理更接近實際應用。這個分支的基礎部分自然還是劃歸於物理學,但其應用研究部分很可能會繼電子之後成為一門從物理學獨立出去的學科。

      等離子體是氣體在極高溫狀態下形成的一種電離態,它跟原子分子物理聯絡的最為密切。雖然浩瀚宇宙中到處瀰漫著等離子體構成的恆星,但由於在地球上很少出現所以對它的研究長期不受重視,直到受控核聚變的研究採用了鐳射約束等離子體的辦法才使對等離子的研究有了十分重要的意義,一旦受控核聚變應用成功將一勞永逸解決人類能源問題。

      談到核聚變就要說說核物理了,核物理的核子(質子,中子)探索部分屬於前面講過的高能物理範疇,但它的應用部分對人類的影響卻是更加深遠。原子彈和氫彈的發明對人類是福是禍也許只有若干個世紀以後才會有最後的答案。除了巨大的能量之外,核物理的其他一些成果例如核磁共振以及中子散射等的應用對人類貢獻也是十分重要的。

      歐美國家習慣上都把天文學(宇宙學)納入物理學的範疇,二十世紀在天文學領域有重大發現的幾個人都獲得了諾貝爾物理學獎。愛因斯坦的廣義相對論巨大成就使得天體物理在理論上很難有新的東西出現,只有那神秘的黑洞一直激發著霍金等大師的無盡創造力。這個方向越來越像高能物理,成了一門觀察實驗物理學,一個深入最微觀領域,一個暢遊於最宏觀的宇宙,他們源源不斷地給基礎理論物理學家提供資料,共同尋求著萬物一理的統一答案。宇宙學最近由於暗物質和暗能量的出現激發著基礎理論的大師們醞釀著一個新的突破。

    物理專業的學生並不是出來都要像愛因斯坦一樣從事世界最本質規律的探索,也不是都要像建國後老一輩物理家那樣去大西北研究核武器。前面已經說過從事基礎理論研究和從事核物理研究的人只是在物理專業的人中很少很少的一部分,大多數人都從事著凝聚態物理和光學這樣與人類生產生活密切相關的領域做應用研究,現代物理學的主幹和重心恰恰就是這些應用領域,整個世界都是如此。

      國內的物理系一般把本科專業分為三個,即物理學,應用物理學,光資訊科學技術。光資訊專業自然是光學方向;應用物理學主要研究偏向工科的微電子,聲學,微波無線電等方向,剩下的物理學專業俗稱大物理今後主要研究方向是凝聚態物理學,少量會研究原子分子物理學以及相關的物理化學,其中每年只有很少幾個人會選擇理論物理或者高能物理核物理方向。

  • 2 # 賽道高考規劃費老師

    物理學面有8個二級學科:理論物理、粒子物理與原子核物理、原子與分子物理、等離子體物理、凝聚態物理、聲學、光學

    、無線電物理。

    物理研究生畢業後就業方向一般有兩種:當老師或者從事物理學的科研工作,如果從事物理學科研工作,需要具備一定的學習物理的天賦和興趣,做好一直讀到博士的準備,搞科研這條路是很艱辛的,需要恆心和毅力,就算將來做到教授的層級,薪水也不是很高。

    目前粒子物理與原子核物就業方向還是不錯的:畢業後可以去中國工程物理研究院,也可以去中核核電集團,還可以從事核磁共振儀的研發工作。而原子與分子物理專業畢業生,畢業後可以在資訊、材料、能源等相關高技術的企事業單位從事技術性工作、可以在科研機構、高等院校、國家政府部門和相關領域從事物理方面的教學、服務和管理工作。

      

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