考研专业选择:理论物理考研之可行性报告

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  伽利略和牛顿对地面上物体坠落和天空中行星绕日等现象的解释,奠定了牛顿力学,并使动力学观点流行。

  法拉第的有关磁力线和电力线的形象思维,帮助麦克斯韦形成电磁场的概念和其动力学理论。

  法拉第电解定律表明分子原子内部有带有一定基本电荷的电子,基于此,洛伦兹对物质中的电磁现象提出电子论,引入带有电子运动的分子和微观电磁场概念。

  量子场理论得以发展,并使电磁力、弱力、强力三种基本力得以统一,但引力理论和另外三种基本力的统一理论依然有待深入研究。

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  看着这一行行文字,不难想象理论物理是一门既高深有高端的学科。但事实上,理论物理真如我们想象的那般高深?其研究方向不是常人所能涉足的?这一专业不适合考研深造?考生又如何才能顺利考上呢?希望考生看了下面这份理论物理考研之可研性报告书,能得到满意的答案。

  专业方向的精细与宽广

  理论物理是物理学的一个分支,主要利用物理学的普遍规律和数学模型来解释自然现象,其核心思想是数学物理,但计算物理等其他技术也比较广泛的采用。目前,各个院校的理论物理的研究方向及名称不尽相同,但总体而言,理论物理研究范围主要包括粒子物理和量子场理论、超弦理论和场论、引力理论和宇宙学、统计物理和理论生命科学、生物物理学、原子核理论、量子光学、等离子体理论等。

  粒子物理和量子场理论:粒子物理学是研究物质微观结构及基本相互作用规律的物理学前沿学科。粒子物理理论作为量子场的基本理论,取得了极大的成功。粒子物理标准模型的建立是二十世纪物理学的重大成就之一,它能统一描述目前人类已知的最小“粒子”(夸克、轻子、光子、胶子、中间玻色子、Higgs粒子)的性质及强、电、弱三种基本相互作用。粒子物理学的研究方向众多,有强子物理、重味物理、轻子物理、中微子物理、标准模型精确检验、对称性和对称性破坏、标准模型扩展等。

  超弦理论和场论:量子场论是研究微观世界的基本工具,属于重要的前沿领域,它的研究成果直接影响理论物理许多分支领域的进展。弦理论是在量子场论基础上发展起来的一种新的物理模型,它避免了通常场论中遇到的紫外发散等问题,是当前统一四种相互作用理论的重要尝试。

  引力理论和宇宙学:爱因斯坦的广义相对论是一个十分成功的经典引力理论,将引力量子化从而建立一个自恰的量子引力理论是当前理论物理的一大重要任务。与广义相对论相比,标量-张量引力论具有很强的竞争力。广义相对论在宇宙学及天体物理中的应用(包括大爆炸宇宙模型、中子星和黑洞、引力透镜以及引力波的预言)已取得巨大成功,但是许多疑难问题有待解决,如暗物质的构成及其存在形式、物理性质,物质反物质的不对称性,宇宙常数和暗能量问题,黑洞的量子力学等。从广义相对论的背景不依赖的观点出发的圈量子引力理论在近年也得到了很大的发展,但很多仍停留在数学形式的,理论研究有待深入。

  统计物理和理论生命科学:统计物理学研究方法极为普遍,研究对象广泛,它是微观到宏观的桥梁,简单到复杂的阶梯,理论到应用的途径。从生物大分子序列分析到认识其空间结构,再到理解生命活动中的物理化学过程,生命科学提出了大量富有挑战性的统计物理问题,这些问题的研究将深化对生命现象本质的认识,同时也将促进统计物理学本身的发展。

  生物物理学:生物物理学是一门交叉学科,主要是应用物理学的理论方法和技术来研究生命活动中各种各样的物理过程,揭示各种生命活动的物理本质和特点,并展示出生命活动中各种物理过程的特性和各个生物物质的运动变化规律和特,以此来发展一些生物物理手段和技术,为推动生命科学技术及工程的进步服务。

  原子核理论:从二十世纪九十年代中期开始到本世纪初的十年内,国际上先后有一批超大型核物理实验装置投入运行,如TJNAF(CEBAF)、RIB,RHIC等等,核物理的发展进入一个新阶段。这些新的巨型装置为从更深入的层次上研究核子-核子相互作用、核内的短程行为和核结构、各种极端条件下的核现象、核性质和多体理论方法提供了条件。

  量子物理、量子信息和原子分子理论:目前高技术的发展使得以前无法得到的极端物理条件(如极端强场、超低温度和可控的介观尺度)在实验室中得以实现。在这些特殊条件下,物质与光场的相互作用过程会呈现出一系列全新的物理现象,使得人们能重新认识物理学基本问题,导致新兴学科分支(如量子信息)的建立。量子力学与信息科学结合,充分显示了学科交叉的重要性,可能会导致信息科学观念和模式的重大变革。

  凝聚态理论:凝聚态物理理论和计算凝聚态物理历来是凝聚态物性各分支研究领域所必不可缺的重要方面。主要研究微尺度物质体系的结构和电子结构、纳米和分子器件的输运理论、量子力学计算的新方法和新理论、多体理论和非平衡统计物理、生物分子结构、功能的计算和动力学分析。

  非线性统计物理:非线性科学目前有六个主要研究领域,即混沌、分形、模式形成、元胞自动机和复杂系统。而构筑多种多样学科的共同主题乃是研究系统的非线性。非线性系统远比线性系统多,客观世界本来就是非线性的,线性只是一种近似。任何系统在线性区和非线性区的行为之间存在显著的定性上的差别。例如单摆的振荡周期在线性区不依赖于振幅,但在非线性区,单摆的振荡周期是随振幅而变的。

  量子光学:量子光学最初是从量子电动力学理论中发展、演变而来的,它既是量子电动力学理论的一个重要分支,又是激光全量子理论深入发展的结果。同时,量子光学还构成一门新兴的应用基础性学科——光子学的理论基础。量子光学的主要任务就在于研究光场的各种经典和非经典现象的物理本质,揭示光场的各种线性和非线性效应的物理机制,揭示光场与物质相互作用的各种动力学特性及其与物质结构之间的关系等。

  等离子体理论:这是一门研究等离子体的形成、性质和运动规律的物理学分支学科。等离子体是宇宙中物质存在的主要形式,太阳及其他恒星、脉冲星、许多星际物质、地球电离层、极光、电离气体等都是等离子体。等离子体物理学的理论研究包括例子轨道理论、磁流体力学和等离子体动力论等三个方面,前两者是近似方法,后者是严格的统计方法。

  数学物理:数学物理以研究物理问题为目标的数学理论和数学方法。它探讨物理现象的数学模型,即寻求物理现象的数学描述,并对模型已确立的物理问题研究其数学解法,然后根据解答来诠释和预见物理现象,或者根据物理事实来修正原有模型。

  计算物理:计算物理学是随着计算机技术的飞跃进步而不断发展的一门学科,在借助各种数值计算方法的基础上,结合了实验物理和理论物理学的成果,开拓了人类认识自然界的新方法。当今,计算物理学在自然科学研究中的巨大威力使得人们不再单纯地认为它仅是理论物理学家的一个辅助工具,更广泛意义上,实验物理学、理论物理学和计算物理学已经步入一个三强鼎立的“三国时代”,它们以不同的研究方式来逼近自然规律。

  小结

  经过对理论物理专业各方向的梳理,我们可知在研究生阶段,专业方向划分更为细致,而且每个方向都涉及前沿领域,因此发展前景宽广,就业形势看好。据统计,该专业的毕业生一般进入高等院校、科研机构、中学或其他相关单位工作,以2010年大学为例,该届理论物理毕业生进入中学的占76%,进入企业或政府部门占8%,读博或出国的占12%(该数据按不完全统计得出)。而且就过来人介绍,该专业的研一甚至研二,需要进修一定数量的研究生课程,并阅读一定数量的文献,这可以让研究生掌握更加高深、系统的理论基础。而研究生从研二开始进入科研领域,就进一步需要对本研究方向的研究前沿有一定了解,能掌握从大量文献中寻找论文题目以及论文写作技巧,并在毕业论文里体现出自己的独创性内容,这就对研究生的学习提出了更高要求。所以,只要我们在研究生阶段认真钻研,就能在理论物理这一领域开辟一片天地。

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