Question

物理学就业主要干什么

Answer 1

了纪念伟大的爱因斯坦发表改变世界的五篇论文一百周年，以及他逝世50周年，联合国
大会在04年6月份一致通过决议把2005年定为“世界物理年”。
谈到物理学，首先要对物理学下一个定义。物理者，万物之理也。在英文中PHYSICS一词与
PHYLOSOPHY（哲学）很相近，物理学最早被称为自然哲学，是哲学专门研究自然界的分支
。这个概念最早可追溯到亚里士多德《物理学》一书，后来在牛顿的巨著《自然哲学的数
学原理》给了物理学的诞生时一个比较准确的定义：用数学工具解决自然哲学问题，即用
数学了解整个自然界的运动规律。中国古代采用“格物至知”一词来定义这门学科，即采
用分析的方法研究物质获得知识，与中国古代哲学重视整体统一性而严重忽略事物细节和
内部规律的做法大相径庭。
从诞生的那一天起，物理学就通过对自然界五花八门千变万化的各种现象内在本质的
探索来帮助人类认识这个世界，从而能改造这个世界。既然物理学追求的是物质世界的一
切运动规律，那么从广义上讲，一切自然科学都是物理学。这中说法毫不过分，自然科学
本身就是人类为了认识这个世界而发展起来的方法和知识体系，自然科学的其他分支诸如
化学，生命科学，宇宙学（天文），地球科学（地理）等等研究领域都是自然界的一部分
或是一个知识层面，只有物理学研究的是整个自然界，大到浩瀚宇宙小到基本粒子。相比
于其他学科定性概念居多研究深度有限而言，物理学深入探索整个自然界一切现象的本质
规律，并尽可能地使其数学定量化，其他自然科学学科领域最基础最本质的运动规律和产
生现象的原因都要靠物理学来回答，因此从广义上讲一切自然科学都是广义上的物理学。

然而这并不意味着其他自然科学学科可以简单地并入物理学成为他的一个分支，系统
科学的出现表明，很多宏观概念还原到微观本质上的物理学规律以后是不能准确地反映这
个概念的，因为在微观还原过程中层层近似并且忽略了在微观情况下可以忽略而组成宏观
系统后影响较大不能忽略的那部分因素，因此还原论只是寻找本质，而本质并不代表一切
。在化学和生物学等学科中很多概念都是复杂系统特有而对单个粒子意义不大的性质，诸
如PH值、反应速率、生态系统等等。物理学本身也有很多这样的概念，例如温度本质上虽
然是分子平均动能的体现，但在实际研究中后者显然不能替代前者。
于是我们通常所说的物理学便是狭义上的物理学。探讨中国物理学的现状，首先要知道世
界物理学的现状，因为中国物理学一直落后于西方，它的现状和发展很基本上是由世界物
理学现状及发展所决定的。
国内将物理学列为一级学科，其下有
1) 理论物理，
2) 粒子物理及原子核物理，
3) 原子分子物理，
4) 凝聚态物理，
5) 光学，
6) 声学，
7) 等离子体物理，
8) 无线电物理八个二级学科。
从研究目的和方法上可以把物理学分为
1) 理论物理，
2) 实验物理,
3) 应用物理三个领域。
其中粒子物理和原子核物理以及原子分子物理两个二级学科主要属于实验物理方面，而后
五个二级学科大多研究方向以应用为主，可划归到应用物理领域。

理论物理本身可分为基础理论研究和应用理论研究两大部分，公众往往把这个小小的
基础理论研究部分误认为是物理学本身了，这是因为从古到今成就物理学界耳熟能详的大
师级人物基本都来自这个领域。基础理论研究就是一步一步深入探索寻找自然界最深层次
的统一规律，它是整个物理学最前沿的最神秘也是最挑战人类智力的部分，其成果也是物
理学最核心最辉煌的，这些成果包括历史上的牛顿力学，麦克斯韦电磁理论，到二十世纪
初的相对论和量子力学以及目前的量子场论和超弦，现在研究基础理论的学者们都是在做
量子场论（既结合了相对论之后更深入的量子理论）及在场论基础上发展起来的超弦假说
。
大三时教我热统的老师曾说搞基础理论研究一般只有两个结果：一是是零，即成为后人成
功的铺路石而终生默默无闻；另一个是无穷大，既成为诸如爱因斯坦、狄拉克、费曼、温
博格或威藤等等那样的大师级人物。而能成为后者的毕竟是少数幸运天才，因此不但研究
理论物理的人是所有研究物理的人中很少的一部分（小于 5%，在中国应该更少），搞基础
理论的人在研究理论物理的人中也只是少部分，剩下的一大半做的是应用理论研究，这其
中包括凝聚态理论，量子光学，原子分子理论等等，它们大多采用现成的量子理论来解释
各自领域的内在物理机制，与基础理论研究最大的区别是它们停留在原子（确切地说是核
外电子）的层面上采用现有的量子理论解决问题，而对更深入的粒子本质不做探讨。由于
应用理论研究很大程度上是对现有基础理论的复杂应用，于是它的研究方式不可避免地引
入大量计算，甚至有人将计算物理看做物理学的又一分支。

谈完理论物理，下面说一说实验物理和应用物理。其实这两个领域并没有明显的界限
，区别只是实验出的结果应用程度大小的问题。本文所说的实验物理主要是指高能物理（
即粒子物理），他的实验目的不是以应用而是以验证基础理论是否正确为主，并希望通过
高能实验的某些新现象来促进基础理论的发展，这个领域最重要也是最独特实验仪器便是
“加速器”。建造加速器需要国家政府投入大量的财力物力而且在经济上很难得到回报，
因此世界上除几个大国外其他国家都对它望而却步。由于加速器更新改进的财政困难使得
国际粒子物理学研究陷入一个瓶颈，中国自然也不例外。这样客观上导致了中国研究高能
物理的人与研究理论物理的人一道成为物理学界为数很少的小团体。
谈到这里我不得不提出一个事实，那就是搞物理的人绝大多数是在研究应用物理，即研究
领域与人类生活密切相关，比较容易其将成果转化为应用技术的领域。在研究的过程中运
用应用理论研究的成果来解决人类需要，并能反过来推动应用理论发展。

凝聚态物理是现在物理学最大的分支领域，所谓凝聚态是指物质固态和液态的统称。在地
球上与人类生活密切相关的物质除了阳光和空气其余都是以凝聚态的形式存在，这足以看
出研究凝聚态物理对人类的重要性。凝聚态物理最早的重大成就是半导体的发现及应用，
它最后产生的社会价值想必不用我多说了，您只需看一眼身边这台电脑变见分晓。凝聚态
物理最近有两个大名鼎鼎的热门方向，一个是“超导”，另一个是“纳米”，传媒上关于
它们已经有很多的介绍，我就不再重复。其他领域诸如软物质，准晶体，磁学等等很可能
酝酿着下一个重大的突破。可以肯定的是，作为物理学最大的分支方向，它已经逐渐发展
为整个物理学的主干和中心，超过半数研究物理的人在这个领域辛勤地工作着为人类造福
。

前面说过原子分子物理目前主要停留在实验物理学阶段，单个原子对人类的意义虽然没有
多个原子形成的凝聚态物质重要，但既然一切物质除光以外都是由原子所构成。这个领域
麻雀虽小却是五脏俱全，它与物理学乃至整个自然科学各个分支学科都有非常紧密的联系
，而这些交叉领域恰恰是其最重要的应用领域。研究化学反应化合物本质的量子化学实质
上就是分子物理学，研究DNA大分子的分子生物学实质上也是分子物理学的一个研究领域。
由此可见这个学科的发展义对其他的自然科学学科有多么重大的意义。

光也许是世界上最神奇的东西了，难怪古希伯莱人认为上帝先创造了光然后创造的万物。
通常人们爱把所有物质分为狭义的由原子分子组成的“物质”，以及由光子作为载体的“
能量”。毫不夸张地说物质世界一切能量传递的过程都是靠传递光子完成的（如果广义相
对论和量子场论标准模型正确的话）。例如声光电热磁，声音和热量本质上可还原为电磁
相互作用，而电磁相互作用本质上就是靠电荷吸收辐射光子来完成的（QED）。因为光是一
切能量的载体，量子力学中的“量子”实际上指的就是光量子，即光子。光速是一切速度
的极限，光子可以转化为正反粒子对，也许对光的本质的研究会直接触及物质世界最深层
次的奥秘。

然而光学的发展却完全偏离探索光本性的方向，光学目前是物理学最接近应用领域的一个
分支，因为它的应用性太强了，在实际应用中即可成为能量的载体也可成为信息的载体。
激光的发现重要性丝毫不亚于半导体，它使得光学发展为仅次于凝聚态物理的物理学第二
大分支，并且目前比凝聚态物理更接近实际应用。这个分支的基础部分自然还是划归于物
理学，但其应用研究部分很可能会继电子之后成为一门从物理学独立出去的学科。

其它的应用方向都是物理学比较小的分支，对于声学的情况我不是很了解，所以不敢枉加
评论，但可以肯定的是它的研究领域集中在经典宏观领域，其学科特点更像是工科，声音
对人类的重要性决定着这门学科的重要性。

等离子体是气体在极高温状态下形成的一种电离态，它跟原子分子物理联系的最为密切。
虽然浩瀚宇宙中到处弥漫着等离子体构成的恒星，但由于在地球上很少出现所以对它的研
究长期不受重视，直到受控核聚变的研究采用了激光约束等离子体的办法才使对等离子的
研究有了十分重要的意义，一旦受控核聚变应用成功将一劳永逸解决人类能源问题。

谈到核聚变就要说说核物理了，核物理的核子（质子，中子）探索部分属于前面讲过的高
能物理范畴，但它的应用部分对人类的影响却是更加深远。原子弹和氢弹的发明对人类是
福是祸也许只有若干个世纪以后才会有最后的答案。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应用对人类贡献也是十分重要的。

欧美国家习惯上都把天文学（宇宙学）纳入物理学的范畴，二十世纪在天文学领域有重大
发现的几个人都获得了诺贝尔物理学奖。爱因斯坦的广义相对论巨大成就使得天体物理在
理论上很难有新的东西出现，只有那神秘的黑洞一直激发着霍金等大师的无尽创造力。这
个方向越来越像高能物理，成了一门观察实验物理学，一个深入最微观领域，一个畅游于
最宏观的宇宙，他们源源不断地给基础理论物理学家提供数据，共同寻求着万物一理的统
一答案。宇宙学最近由于暗物质和暗能量的出现激发着基础理论的大师们酝酿着一个新的
突破。

以上简要介绍了现今物理学的现状及发展方向，希望能够消除读者对物理学的误解。物理
专业的学生并不是出来都要像爱因斯坦一样从事世界最本质规律的探索，也不是都要像建
国后老一辈物理家那样去大西北研究核武器。前面已经说过从事基础理论研究和从事核物
理研究的人只是在物理专业的人中很少很少的一部分，大多数人都从事着凝聚态物理和光
学这样与人类生产生活密切相关的领域做应用研究，现代物理学的主干和重心恰恰就是这
些应用领域，整个世界都是如此。

国内的物理系一般把本科专业分为三个，即物理学，应用物理学，光信息科学技术。
光信息专业自然是光学方向；应用物理学主要研究偏向工科的微电子，声学，微波无线电
等方向，剩下的物理学专业俗称大物理今后主要研究方向是凝聚态物理学，少量会研究原
子分子物理学以及相关的物理化学，其中每年只有很少几个人会选择理论物理或者高能物
理核物理方向。
从广义上说物理学可泛指所有自然科学，从狭义上说物理学研究物质世界最基本最深
入最普遍的东西，当其在某个层面知识领域发展出比较完善的理论基础以后，这个理论所
发挥作用的领域便成为完全以应用为主的科学进而形成一门技术学科（工科）。例如：经
典力学体系的完善产生了机械等专业；热力学的理论体系完善产生了热能等专业；麦克斯
韦方程组的完善产生了电力、无线电、通讯工程等学科；半导体能带理论的完善产生了电
子科学技术专业。那么从物理学中诞生出来下一个这样的学科将会是什么？毫无疑问将是
光学，从光学理论基础来看，几何光学加上麦克斯韦方程组连同非线性光学的理论虽然远
不足以解释光的本性，但对应用来说基本已足够，目前国家已经把光学工程列为一级学科
正好说明了这个趋势。也许在不远的将来，凝聚态物理学的理论和实验趋于完善之时，它
很可能也会独立成为一门应用技术学科，那么留给物理学的的仅剩下原子尺度及以下领域
的探索了，研究物理学的人也许会变少，但这并不代表物理学会枯萎。物理学是自然科学
之母，它的成果早已遍地开花深入到每一门学科的领域，并且一次次诞生新的学科来实现
人类认识自然，改造自然的愿望。
如果看我帖子的人中，有今后有志于进入大学物理专业学习的高中生的话，我的奉劝
是学物理是一个比想像中困难得多的过程，除了专业上四大力学等高深理论需要花费大量
时间去理解外，在生活中真正想融入这个专业也要耐的住寂寞。一般国内高校较知名的物
理系除了个别师范院校外，大多男女生比例高打7：1到8：1。当然我希望更多的优秀高中
毕业生投入到这个专业中来，因为前面已经说过，学物理的人只有极少数在搞高深的基础
理论和恐怖的高能实验，大多数人在研究凝聚态和光学等倾向于应用的方向，如今交叉学
科领域成果层出不穷，很多地方都是无人开采的金矿。而具备雄厚物理理论基础并从事应
用方向研究的人在这些领域最容易做出成果，成就自己的事业。顺便提一句，研究物理只
会让你的理性思维变得更强，并不会对你感性的一面构成明显伤害，由于国内多年片面的
宣传使得物理学家们有了一种被神化同时又被妖魔化的感觉。其实物理学家也是人，有着
正常人的喜怒哀乐爱恨情仇，有着正常人的一切人性特点，他们是最正常不过的人，只是
由于社会分工的不同使他们走上了探索大自然奥秘来改善人类生活的道路。杨振宁82岁高
龄同样可以娶28岁的妻子新闻正好说明了这一点。
对于高中正在进行中学物理学习的学生，我想告诉你们一个事实，那就是大学物理和中学
物理基本上完全是两回事，中学物理学的好坏可能对你在大学普通物理（理工科任何专业
都要学的物理基础课）力学部分的课程稍微有一点影响，但对于物理学专业来讲，中学物
理的内容可以近似为零忽略不计。如果某位同学因为看了“第一推动丛书”等优秀的科普
读物，或者因为其他原因从而喜欢上探索自然奥秘的基础理论物理的话，如果你仍然对它
有或一样的激情，那么我奉劝你选择物理专业。即使因为4年的专业学习觉得大自然远远比
你想像的神秘从而放弃基础理论转向应用研究方向的话（绝大多数物理专业学生最终会这
样），你毕竟对自然界的规律和各种现象产生的原因有了比别人更深的理解。可是现实中
往往是一些没有或很少有物理专业背景的人却对探索自然奥秘有着火一样的热情，这样的
结果导致这些人成了物理学的民科（民间科学家），使得各个论坛科学版上类似于“驳倒
相对论，我超越爱因斯坦了……我发现了惊世定律……”等等等等民科的垃圾文章层出不
穷。当然我不是反对民科，他们也许可能在一些应用技术方面能有少许的创新和贡献，这
些人都是在表面上认识了几个理论物理的词汇却根本不明白它的含义，然后通过整天的胡思乱想用他们编造出了毫无用处离物理学研究十万八千里的一堆“原理
”、“定律”甚至还有出版社为之出书，这些人不但浪费是在浪费自己的时间，也是在浪
费读者的饿时间，从这上面来看中国的科普工作还任重道远，而物理专业的人才对自然的
认识比其它专业要深刻得多使他们更能胜任这一角色。

附