物理學：析萬物之理

為什麼說物理學是當今最精密、最基礎的自然科學？艱深的公式定律和現實生活有什麼聯繫？我們特別邀請了北京大學物理學院杜紅林老師來談一談物理學專業。

一、專業解析

物理學是揭示和闡述物質世界基本屬性、基本構成、相互作用和運動規律的自然科學。更廣義地說，物理學是探索、研究大自然現象及其規律的學問。它是當今最精密、最基礎的自然科學之一，也是眾多技術學科的支柱。

物理研究的是什麼？

在兩千年前，物理學與哲學、化學等等經常被混淆在一起稱為「自然哲學」，直到十六世紀才單獨成為一門現代科學，至今經歷了自然哲學時代、經典力學時代和現代相對論、量子力學三個階段。

科學界流傳著一個段子：19世紀末，由於牛頓力學和麥克斯韋電磁理論趨於完善，一些物理學家認為，「物理學的發展實際上已經結束，物理學已經走到盡頭，後人能做的只是進行一些越來越精確的測量。」然而，這句話說了不到30年，量子力學和愛因斯坦的相對論就顛覆了物理學領域。相對論徹底改變了人們對時間、空間、重力以及宏觀宇宙的理解；而量子力學則揭示出一個奇異的微觀宇宙。時空是扭曲的，物質是由大量微觀粒子構成的。這兩大發現使我們對這個世界的認識，發生了深刻的變革，由此而發展的各種科學技術改變了整個世界的面貌。直至現在，這種變革仍然沒有結束，無數物理學家仍然在努力拓展人類對自然界的認知。

據杜老師介紹，物理學的研究大致可以分為兩類：第一類是研究物質的狀態、變化及應用，形形色色的物理理論與精妙的物理器件，關係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域，純粹是滿足人類的好奇心，這些研究可能在很長一段時間內都不能直接應用，卻能使我們更好地認識這個世界。很少有哪個學科的研究領域，在時間和空間的尺度上像物理學科這樣寬廣，小到原子、夸克、中微子，大到星系和宇宙，短至阿秒，長至百萬億年。因此，物理學及相關學科是探究物質結構和運動的基本規律的前沿學科，是科學發現與技術創新的基礎和源泉。

本科階段主要課程

說到物理基礎學科的地位，從大學的課程設置可見一斑。在高校裡除物理類專業外，理、工、農、醫、林等各類非物理專業的基礎課中普遍設有《大學物理》。與大學其他非物理類專業相比，物理專業所學的知識更加體系化。

物理學本科階段的課程主要是以數學和物理為主，數學主要包括高等數學、線性代數、概率論與數理統計等；物理最主要的是五門普通物理學（力學、熱學、電磁學、光學和原子物理）和四大力學（理論力學、電動力學、熱力學與統計物理、量子力學）。還有一些如固體物理學、數學物理方法和工具課程（如電腦程式設計、語言編程等）。

杜老師認為，物理學最大的魅力在於樸實。樸實有兩方面的含義，一是簡單的原理蘊含著豐富的推論，二是忠於事實的嚴謹態度。一般而言，能學好物理的人都是純粹的人，踏實嚴謹、睿智勤奮，有一顆充滿好奇的心。從學習的角度來說，要學好物理離不開數學手段的支持，因為物理學研究強調精確定量和數學建模，這就需要數學方法和物理思維的緊密結合，所以數學基礎顯得尤為重要。當然，具有一定的實驗技能對學習也大有裨益。

二、專業與就業

對口就業率並不高

陽光高考平臺統計數據顯示：物理學畢業生規模為18000-20000人，應用物理學畢業生規模在7000-8000人；兩個專業的就業率連續兩年都在80%-85%之間。物理學男女比例為1.7:1；應用物理學為4.5:1。

物理學就業與大多基礎性專業相同，主要在高校、國防部門、科研機構等從事教學研究及相關科研管理工作。中國有很多與物理相關的研究所，如中國科學院高能物理研究所、理論物理研究所、近代物理研究所、等離子體物理研究所、國家空間科學中心等，這都是物理學畢業生深造和就業的好去處。

有報導顯示，物理學專業對口就業率並不高，畢業生半年後的工作與專業相關度僅為37%。這恐怕和大多數基礎學科的就業特點有關。因為並不是每個學物理的人都能成為物理學家或搞科研工作。雖然表面上看，直接與物理對口的行業很少，但是事實上物理學的畢業生就業範圍很廣。許多以物理為基礎的學科領域都閃爍著該專業畢業生的身影，如信息、能源、航天、軍工、材料、交通、經濟、生命科學，等等。

基礎學科適用領域廣

物理學專業既是活躍的物質世界基礎研究前沿，又是現代高新技術的基礎和源泉。物理學史上每一次巨大的發現都帶來人類對世界的全新認識以及社會的巨大發展，最新研究很容易會引起其它學術領域的共鳴。

2014年10月丁肇中在上海某學院大師課堂上說：「100年前，最尖端的科學是光學、力學，現在被用在電視、無線電、航空航天工程；20世紀30年代，最尖端的科學是量子力學和原子物理，當時所有人都不理解它的用處，現在被用在IT上；20世紀40年代最尖端的科學是原子核物理，現在被用在核聚變。物理是一座由基礎研究轉變為應用技術的金字塔，金字塔不斷的增高，因為研究不斷擴大它的底部。」

雖然物理學專業對口就業率並不高，但俗話說的好「學好數理化，走遍天下都不怕」。深厚的知識功底讓物理學畢業生無論在哪個行業工作都能很快上手。北大物理學院對上世紀八、九十年代物理學專業的本科畢業生進行的問卷調查，得到他們的就業領域分布百分比為：科研、教育32%；IT業28% ；金融、貿易、商務、諮詢13%；半導體14%；生物產業2%；傳統工業類6%；文體、衛生2%；律師1%；新聞媒體1%……他們都認為物理學習為他們後來的發展打下了終生受用的牢固基礎。

深造轉專業有優勢

物理學專業畢業生具有較紮實的理論基礎，很多同學會選擇考研或出國深造，深造的專業大部分為物理學相關專業。國內考研，物理有許多課程是其他專業的主幹學科或考試科目，考研率很高，這也是物理學專業的優勢所在。

出國深造，重點大學的申請國外獎學金的比例較高，每年也有一定比例的同學選擇非物理學專業進行學習。如到國外讀工科、生命科學甚至金融、商科等專業。如南開大學每年有超過40%的物理學基地班學生被推薦免試攻讀碩士研究生，近75%的學生到國內外高校或研究所進行研究生學習，其中30%到國外學習。北京大學物理學專業最近幾年的本科畢業生50%在國內攻讀碩士或博士學位，30%以上獲得美國、歐洲的著名大學的獎學金出國深造，本科畢業時直接參加工作的學生約有10%。

三、報考指南

近300所院校開設物理專業

物理專業是傳統的基礎專業之一，很多院校都開設了這個專業，如北京大學、清華大學、復旦大學、南京大學、中國科學技術大學、北京師範大學等院校的物理學專業都是國家級重點學科。陽光高考平臺數據顯示，目前全國開設物理學專業的院校295所，招生大多分布在綜合類院校、理工類院校、師範類院校的一批招生專業中。

按照教育部《普通高等學校本科專業目錄》（2012年）的劃分，理學門類下設有物理學類，其中包含了4個專業：物理學、應用物理學、核物理、聲學。各高校又根據自身情況和發展需要設置了不同的專業和方向，如理論物理、凝聚態物理、生物物理、光學、粒子物理與原子核物理、信息技術與儀器物理等。

看清招生形式找準專業方向

具體到招生方式和招生專業，考生家長可以查看當年下發的《招生專業目錄》，從近幾年的《招生專業目錄》中我們可以看到，物理學專業的招生方式主要有兩種：一是按物理學專業招生，二是按物理大類招生。近年來，越來越多的院校開始以物理大類招生，入學後經過一到兩年的培養，再根據學生的興趣和學習情況，分流到具體的專業，如北京大學、南京大學、北京航空航天大學等。

北大的物理學科擁有全國最多的國家級精品課程，分支齊全，名師薈萃。學生按物理學大類入學後第一、二年級不分專業，從三年級起以物理學類入校的同學在物理學科、大氣與海洋學科中再分別選課、研修。

南京大學物理學類含3個（物理學、應用物理學、聲學）專業分8個培養方向：「理論物理與計算物理」、「基本粒子、核物理與宇宙學」、「超導、量子調控與量子計算」、「晶體、光學與光電子學」、「磁學與磁電子學」、「聲學、聲信息技術與工程」、「生物物理與軟物質科學」、「新能源物理與納米科學」。招生時不分專業，本科二年級下學期到三年級上學期進行專業分流。

北京航空航天大學的物理學類包括應用物理、核物理兩個本科專業。從2013年開始增設「愛因斯坦」實驗班，新生入學後優選20名左右學生重點培養。其中凝聚態物理為北京市和原國防科工委重點學科，理論物理和光學為工信部重點支撐基礎學科，核能科學與工程為國防緊缺學科。

另外，還有一種大類招生是以實驗班的形式，但其中所包含的專業不全是物理學的專業方向。如北京師範大學的理科試驗班可自主選擇數學、物理、化學、生物學；復旦大學的「自然科學實驗班」包括物理學、理論與應用力學、化學、高分子材料與工程等15個專業。考生在報考時，一定要根據自己的興趣愛好、分數情況，結合院校的專業方向綜合考慮。

了解院校章程及報考條件

雖然在《普通高等學校招生體檢工作指導意見》中對報考物理學專業的考生沒有提出身體限制，但有的高校對報考該專業的考生有單科成績的要求，如首都師範大學在《招生章程》中規定：「數學單科成績要求：數學科學學院、物理系和信息工程學院的各專業以及國際經濟與貿易專業，在錄取時對數學單科成績有一定要求，具體分數視當年考生總體水平而定。」有意報考物理專業的考生還需留意相關高校當年的招生章程。