【专业解析】:物理学—析万物之理

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2015年是爱因斯坦逝世60周年和广义相对论发表100周年。为什么说物理学是当今最精密、最基础的自然科学?艰深的公式定律和现实生活有什么联系?我们特别邀请了北京大学物理学院杜红林老师来谈一谈物理学专业。

专业解析

物理学是揭示和阐述物质世界基本属性、基本构成、相互作用和运动规律的自然科学。更广义地说,物理学是探索、研究大自然现象及其规律的学问。它是当今最精密、最基础的自然科学之一,也是众多技术学科的支柱。

物理研究的是什么?

在两千年前,物理学与哲学、化学等等经常被混淆在一起称为“自然哲学”,直到十六世纪才单独成为一门现代科学,至今经历了自然哲学时代、经典力学时代和现代相对论、量子力学三个阶段。

科学界流传着一个段子:19世纪末,由于牛顿力学和麦克斯韦电磁理论趋于完善,一些物理学家认为,“物理学的发展实际上已经结束,物理学已经走到尽头,后人能做的只是进行一些越来越精确的测量。”然而,这句话说了不到30年,量子力学和爱因斯坦的相对论就颠覆了物理学领域。相对论彻底改变了人们对时间、空间、重力以及宏观宇宙的理解;而量子力学则揭示出一个奇异的微观宇宙。时空是扭曲的,物质是由大量微观粒子构成的。这两大发现使我们对这个世界的认识,发生了深刻的变革,由此而发展的各种科学技术改变了整个世界的面貌。直至现在,这种变革仍然没有结束,无数物理学家仍然在努力拓展人类对自然界的认知。

据杜老师介绍,物理学的研究大致可以分为两类:第一类是研究物质的状态、变化及应用,形形色色的物理理论与精妙的物理器件,关系着人类能否享受更加便捷、智能的生活;第二类则是看上去更加形而上的领域,纯粹是满足人类的好奇心,这些研究可能在很长一段时间内都不能直接应用,却能使我们更好地认识这个世界。很少有哪个学科的研究领域,在时间和空间的尺度上像物理学科这样宽广,小到原子、夸克、中微子,大到星系和宇宙,短至阿秒,长至百万亿年。因此,物理学及相关学科是探究物质结构和运动的基本规律的前沿学科,是科学发现与技术创新的基础和源泉。

本科阶段主要课程

说到物理基础学科的地位,从大学的课程设置可见一斑。在高校里除物理类专业外,理、工、农、医、林等各类非物理专业的基础课中普遍设有《大学物理》。与大学其他非物理类专业相比,物理专业所学的知识更加体系化。

物理学本科阶段的课程主要是以数学和物理为主,数学主要包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计等;物理最主要的是五门普通物理学(力学、热学、电磁学、光学和原子物理)和四大力学(理论力学、电动力学、热力学与统计物理、量子力学)。还有一些如固体物理学、数学物理方法和工具课程(如计算机程序设计、语言编程等)。

杜老师认为,物理学最大的魅力在于朴实。朴实有两方面的含义,一是简单的原理蕴含着丰富的推论,二是忠于事实的严谨态度。一般而言,能学好物理的人都是纯粹的人,踏实严谨、睿智勤奋,有一颗充满好奇的心。从学习的角度来说,要学好物理离不开数学手段的支持,因为物理学研究强调精确定量和数学建模,这就需要数学方法和物理思维的紧密结合,所以数学基础显得尤为重要。当然,具有一定的实验技能对学习也大有裨益。

文章来源于:阳光高考网

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