原答案:
擁有工程(機械電子工程)本科學位和(偽)理論物理研究生學位的羅萊來嘗試回答這個問題~作為一名典型的“非專業”本科生,我確實經歷過下定決心轉物理后補充物理基礎知識的一段時間。 時間。 我不能說我對理論物理掌握得很扎實,但至少可以簡單介紹一下我的學習路徑,這可能是像該學科這樣的非物理專業想要的~
首先要解決的問題是“什么是理論物理?” 不要把它想得太高端,認為只有基本粒子和弦論才是理論物理。 自然科學研究的三駕馬車是理論、計算和實驗。 也就是說,如果你不做實驗,不做模擬,那么你做的就是“理論物理”——嗯,就這么簡單,我不是聽說只有智商高的人才敢接觸理論物理嗎? 有多少學理論物理的人只是因為動手能力不太好實在不想做實驗而被迫退出理論物理(光譜儀PTSD患者來了)=_=||| 理論物理學習者的日常生活自然就是看文獻、推方程、建模型、做近似。 當然,隨著時代的發展,很多理論領域也迫切需要計算模擬來輔助研究,因此同樣可能需要更多的時間來編寫代碼和調試。 所以量子物理專業推薦,只是,每個人都差不多。
當然,如果只是想了解理論物理,并不是真的想做前沿科學研究,本科階段的“理論物理”本質上集中在四門課程上,這就是著名的“四大力學”——理論力學、電動力學、量子力學、熱力學和統計物理學。 有時還會添加固體物理、廣義相對論或您想要深入研究的其他特定領域的課程。 我相信所有非物理專業的理工科學生都學過所謂的“大學物理”或“普通物理”——力學、熱學、電磁學、光學、原子物理。 那么,“理論物理”(“四大力學”)和“普通物理”有什么區別呢? 難道說理論力學只是力學的加強版,而電動力學只是電磁學的進步……? 當然不是。 如果沒有認識到“理論物理”與“普通物理”的本質區別,只是用學“普通物理”的思維來學習“理論物理”,很容易感到不適應,學習效果也會大打折扣。貧窮的。 將會大大減少。
我們先回顧一下“普通物理”是如何學習的——從生活中的現象和實驗出發,一一總結物理定律。 這種思維方式叫做“歸納法”,非常符合人類認識世界的直覺,也和我初中、高中開始學習物理時形成的思維方式是一樣的。
但《理論物理》/《四大力學》卻恰恰相反——先給你一個現成的理論(比如麥克斯韋方程組、薛定諤方程……),然后你就得用現成的理論去運用各種使其變形的數學技術。 得出不同的結論來預測自然界會發生什么現象。 至于驗證,就交給模擬和實驗吧。 這種想法……你也看到了,這顯然是反直覺的、不合常規的。 我們稱之為“演繹”。 有人說理論物理很難學,也很難理解。 其實一個很大的門檻就是這個思維的轉變。
“歸納”和“演繹”之間沒有區別。 在具體的科研實踐中,這兩種思維方式是相輔相成的。 如果進入真正理論物理的科學研究,有的領域可能更多依靠演繹,有的領域可能更多依靠歸納,有的領域可能更多依靠形而上學??……這就是為什么我認為“四大力學”并不比“普通物理”高一級,兩者其實應該是同一水平的,學“四力學”并不能涵蓋“普通物理”,不信你可以拿出你的電動力學書并將其與電磁學書進行比較。也許電動力學會更深入地研究某些主題,但電磁學通常涵蓋更廣泛的主題。
至于“四大機械師”在做什么……我無法用一兩句話解釋清楚,所以我就拿出了我之前做的PPT放在這里。 請記住主線“從簡單到復雜,從低級到高級”,或者更具體地說“從低速到高速,從宏觀到微觀,從單體到多體”。 PS:關于四大力學的名稱,我個人更喜歡張其仁先生的分類:經典力學、經典場論(電動力學+廣義相對論)、量子物理和統計物理。
我曾經為科普講座制作的PPT之一。 文中所有文字描述均為個人觀點。 歡迎討論。
這是我當時做的另一張PPT。 以浙江大學為例,簡單介紹了物理系需要學習的課程。
需要注意的是,數學固然重要,但絕對不是最重要的。 真正描述我們本質的是物理的概念和圖畫,而數學只是一個工具~所以我其實不太同意有些受訪者所說的“先學數學,然后再回到物理”。 無論如何,學習數學是沒有止境的。 如果你只是一頭扎進數學而不知道為什么要學它,你就會失去對物理的興趣。 為什么不同時開始呢? 只要題主具備普通工科學生所需的微積分、線性代數、概率統計、常微分方程等概念知識,并對復變函數、偏微分方程有一個大概的印象(有一點印象就好),這就足夠了。 可以開始學習物理的旅程了~有了一定的物理背景作為基礎,當你遇到數學困難時,你自然會想到回去彌補數學物理方法、群論、微分幾何、張量分析甚至其他奇怪的東西。 的內容。 (其實數學本身就是常讀常新的東西,學過微積分的可以回頭看看齊民友老師的這本《微積分重溫》,收獲更多。)
下面分四個方面介紹推薦的物理書籍(考慮到提問者和大多數讀者的情況,以中文版為主。如果想進階,這里有很多受訪者推薦外文原版書籍,比如正如高贊@hunso)由妖夢姐姐推薦的圣書(來自):
1.普通物理
別小看普通物理~前面說過,“歸納”的方法更自然,更有利于建立感性認識。 如果你之前對高中水平以上的物理一無所知,建議你先看一些公認優秀(但也很難)入門的普通物理教材——注意,它們必須是物理專業的普通物理。
比如趙凱華老師的《新概念物理教程》在國內是比較經典的(全套5本教材:力學、熱學、電磁學、光學、量子物理、2道題解)
并推出《伯克利物理課程》(全5冊:力學、電磁學、波物理、量子物理、統計物理)
emmm另一件事讓我印象深刻的是楊福家老師寫的《原子物理》。 這本書可以作為休閑讀物~
另一本休閑讀物是趙凱華老師的《定性與半定量物理》^_^
至于著名的《費曼物理講座》……emmm,我的建議是:學習普通物理時,可以先看第一本書(其實高中生可以嘗試看第一本書),再看第二本書本書和第三本書建議在學習四大力學的同時一起閱讀。 也可以學完之后再看~
2.理論物理(四大力學連貫統一解釋)
這是一個有趣的話題,因為所謂的“四大力學”看似是四個不同的學科,但實際上它們只是描述自然不同方面的理論物理學。 它們之間其實存在著內在的邏輯和關聯,但這種邏輯和關聯已經被當前傳統的學科教學方式所抹殺。 國外曾有嘗試將“四大力學”合并為一門課程,從整體角度進行講解,但在國內比較少見(如果以后我能在大學教物理,我會嘗試提供這樣的課程)課程,面向學校學生),更不用說那些著名作家寫的,題材廣泛,水平高的。 目前我只找到彭煥武先生和張其仁先生寫的兩本書。 其中,彭煥武先生(兩彈英雄)的《理論物理基礎》被用來作為文革后研究生的補充課程。 內容比較簡潔,所以理解起來比較困難。 適合學過基礎理論物理的人。 建立宏觀背景:
它還有一本配套的數學書:
另一套是張其仁先生的四本小書系列:《經典力學》、《經典場論》、《統計力學》和《量子力學》。 與前一本書相比量子物理專業推薦,這四本短書的細節會豐富很多,更適合那些對前一本書感到困惑的人。 此外,這兩套書都將廣義相對論納入了理論物理的范圍。 (由于已經絕版,現在很難買到,如有需要,可以到圖書館參考文獻聯盟網站進行試讀下載或文獻傳遞。)
當然,如果你不堅持找適合非物理專業的名家深入教材一起教理論物理,我也會推薦一本比較基礎易懂的書,那就是劉老師連壽《理論物理基礎教程》。 事實上,由于這本書比較輕松愉快,可能更適合題主在較短的時間內上手:
還有一本書叫《量子力學與統計力學》,也是針對非物理專業的,評價也不錯。
至于這些書的使用體驗,會慢慢更新。
3.理論物理(四大力學分別講解)
這部分就簡單介紹一下,因為受訪者已經推薦了很多日常教材。
理論力學可以用梁昆淼的《力學(第二卷)》
當然,老大也可以直接看蘭道第一卷。
注意不要誤買工科的理論力學書籍,比如哈爾濱工業大學版,其實更多對應的是普通物理力學。
電動力學入門,強烈推薦格里菲斯的《電動力學導論》
復習可以使用北大版《電動力學簡明教程》
也可以使用格里菲斯的《量子力學導論》來入門量子力學(不建議使用曾金言的書)
等到高音量...好吧,那么。
至于統計力學,目前為止我還沒有看到特別推薦的書。 或許我得研究一下……反正蘇如鏗的書我也看不懂。
4.專業領域的進步
學科到達這個領域后,必須決定往哪個方向繼續發展,閱讀相應的教材。 高能、凝聚態、光學、生物物理學等領域的教科書自然是不同的。 由于我專業是等離子體物理,對天體物理比較感興趣,所以我只簡單介紹一下這兩個理論專業的入門讀物。 (當然,說實話,普通物理基礎知識可以解決很多事情,所以有時候其實也可以當做科普讀物~)
比如你想研究可控核聚變和等離子體物理,除了國外的FF Chen等,國內的書籍,我推薦鄭春凱的《等離子體物理》進行介紹。
當然,李丁老師的《等離子體物理》也比較簡單易懂。
更多理論書籍(比如胡希偉老師的書)這里就不推薦了。
天體物理學方面,一本很好的入門書是向壽平先生的彩色插圖版《天體物理學概論》
至于星系天文學和行星科學……我一直在尋找國內有什么特別好的教材,但是一直沒有找到= =(這里@姐姐)
最后引用現在哈佛的陳立源先生的一句話:
學完物理,我腦子里自然會有一套物理思維。 在這樣的思維下,我看到的世界極其浪漫,一切都是那么自然、踏實。 你的精神可以走出孱弱的人體,與遠方的山河湖海、日月星辰產生共鳴。
每一個科目都是世界觀的洗禮,為你打開另一扇看世界的窗戶。 有無盡的距離,也有無盡的人。 天地與我并存,萬物與我合一。
所以不要懷疑自己~既然喜歡,至少嘗試一下,才不會后悔。 學習物理會讓你感覺自己更加強大,更加熱愛這個世界~
加油吧小伙子~
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