寫在上面
為彌補目前網路上關于學院專業的優質信息空白，集智社群從北大、北大、上交、北師、人大、央財等頂級學府招募了五十余人次的在讀大專生、研究生，從自身的學習經歷出發，推出這套文章，帶小學生了解不同的學院專業。
本文作者：陳鯤羽，復旦學院化學系專科結業，工程化學系博士在讀
黑洞藝術想像圖。不知有多少人對化學學的興趣是源于小時候見到的關于宇宙、天體的美妙場景呢？
目錄關于數學學學科的知識結構專業前景專業的文化氣氛關于數學學
本篇文章中的“物理學”指的是教育部《普通高等中學專科專業目錄》中“理學（07）”下的“物理學類”，包含“物理學（）”，“應用數學學（）”，“核化學（）”三個細分專業。
大多數朋友對化學學的興趣都起源于各種懸疑作品，這種小說或影視作品中的化學學家常常兼顧先哲與發明家兩重身分。身為先哲的化學學家才能洞察變化無端的世界背后不為別人所知的真實，身為發明家的化學學家則通過理論與工程知識實現大威力裝備或時空穿越那樣的奇跡。
這些印象與真實的化學學家相比自然有所夸張，但也并非空穴來風。數學學脫胎于物理作為萬物本質的信念，以理想模型這些實際上并不存在的東西作為骨架，對世界作出解釋與預言。嚴格來說，化學學家們所偏好的研究對象都是些并不真實存在的東西：世上沒有絕對光滑的平面，完美的質量點，完全均勻的連續流體；但那些實際上并不存在的東西與一代代化學學家們巧妙地搭建出的物理理論結合上去，卻可以實現對我們身邊的世界的近乎完美的預測。以這種預測為基礎，人類搭建了自工業革命起到現在信息時代的科技大樓，覆蓋了生活的方方面面。
圖為實驗室中搭建的激光光路，激光作為上世紀的一項重要發明，是當代數學學研究中最常用的工具之一
回溯數學學的歷史，理論的進展促使化學學家們得以從知識的邊界提取出新的理想模型，而實驗技術則為我們從自然之中盡可能將這種理想模型創造下來，把這些本來不可感知的性質變為看得見摸得到的現象。
為抽取出純粹的光，化學學家們在暗室中進行實驗，棱鏡與光柵將光的波長這些難以直接檢測的東西變為容易檢測的角度；為獲得純粹的電子或質子束，化學學家們使用磁場濾除其它雜質，而可吸收這種粒子的電容板將比毛發絲還細無數倍的基本粒子變為可以在示波器上觀測的波形。
事實上，現在的化學學家們仍然在做著與上世紀的高手們區別不大的工作：實驗化學學家設計、校正儀器，希望將此前未能飄忽的東西轉化為顯示屏上可以理解的圖表和曲線；理論化學學家調整模型的背景，進行復雜的物理估算，讓這些并不存在的理想模型一步步向復雜得多的現實靠攏。
在“上帝粒子”、“人造太陽”、“量子計算機”這些看上去新奇炫目的名詞背后，縱然有著懸疑小說中那樣的靈光一現，但更多的是對一行行公式的反復推論，對線路復雜，bug頻出的儀器的不斷改進。
學科的知識結構1.大專課程體系
各高校的培養方案圓通識類課程與公共課不盡相同，如北大化學系就要求中學生必修起碼3學分的生物課與起碼4學分的物理課，而其它中學的學分要求可能與之略有出入。但專業課程的安排整體上都是類似的，根據知識深度遞增大概可分為
數理基礎課：一般在大一一年學完。這種課程更接近在中學已有的物理與化學知識上的拓展，都是使用既有的物理工具解決簡單的數學問題。中學時是使用代數等式做受力剖析，此時是使用微積分求解略微復雜一些的運動與場。這部份課程包含
核心專業課：課程分布在大二、大三五年，若學有余力或希望在大專接觸科研也可以提早選課或自學。這種課程是最簡單的理論化學與其物理基礎，后續無論是進行理論研究、實驗研究，或是步入交叉學科，都須要以這種課程中的知識為基礎。
此前那個使用物理工具求解生活中的簡單模型的真實感在這一階段被更理論化的具象思維所替代，對中學生的思維能力與物理水平也有較高的要求。這部份課程包含
按細分方向的必修課：這種必修課的內容或是為接觸科研前沿做鋪墊，或是本身就早已接近科研前沿，課上一般同時有專科生和研究生。這部份課程包含
其中數理基礎課和核心專業課程都屬于選修內容，而后續的必修課程則與各種細分的專業方向相關。如匯聚態化學方向需學習固體化學、量子統計數學，一般也須要學習拓撲學；高能化學方向需學習粒子化學、量子場論，高等量子力學等。
部份高校會在化學系下設置“應用化學”專業，這一專業的培養方案在部份高校與數學學專業基本完全相同，區別只彰顯在保研新政上；另一部份高校的應用數學專業則會設置更少的數理基礎課程與更多的材料學課程，知識體系整體上更接近材料學，需慎重選擇。
2.數學學專業下的細分方向
數學學內部的細分方向相當之多清華大學物理系招生條件，其中最主干的方向包括
匯聚態化學：主要研究各類超導、超流、量子簡并態，從數K到μK以下的高溫系統表現出的電磁學、光學性質等。科普文章中常見的“拓撲絕緣體”、“量子霍爾效應”、“約瑟夫森結”等屬于這一方向的研究對象
高能化學：主要使用粒子對撞機研究各類基本粒子在甚高能量下的行為與數學規律，其能量若用體溫表現可高達數十萬億億度。科普文章中常見的“上帝粒子”、“夸克膠子等離子體”、“標準模型”等屬于這一方向的研究對象。
核化學：主要研究原子核相關的數學與其在核反應中表現出的性質，如原子核內部質子與中子類似物理中價層電子的軌道排布，核穩定性等。其關注方向與核工程、核聚變都有較大區別，更多屬于核技術這一門類，科普文章中常見的“重離子束”，“穩定島”等屬于這一方向的研究對象。
原子與分子化學：主要研究高溫下原子分子與光的互相作用。科普文章中常見的“冷原子技術”，“激光冷卻”等屬于這一方向的研究對象。
等離子體化學：基本上是一門與實現可控核聚變的研究伴生的學科，與激光技術、芯片蝕刻等也有交叉。科普文章中常見的“磁約束聚變”、“慣性約束聚變”、“激光粒子加速”等屬于這一方向的研究對象。
天體化學：研究對象基本上是月球之外的一切，從行星大氣到系外行星探求，從星體波譜到黑洞吸積盤，再到宇宙的大尺度結構與大爆燃理論都屬于天體化學的研究范疇。科普文章中一切與“天體”、“地外”相關的詞匯都屬于這一方向的研究對象。
這六個方向是化學學之下的細分方向中最主要的幾個，在這種方向之外還有聲學、光學等較傳統的方向，以及生物化學、數學化學等交叉學科方向，因規模相對較小清華大學物理系招生條件，在此不再贅言。
3.交叉學科
數學學基本上與所有理工類專業都有交叉，任何一個理工類專業的理論實際上都是為處理一類特定問題而優化過的數學學理論。物理熱力學中的理論內容與統計熱學基本相同，量子信息與量子估算的研究中所用到的數學學知識與匯聚態化學重合范圍很大，金融學模型的思路核心經常與統計數學模型或流體模型相關，與芯片制造相關的研究中也常常須要用到等離子體化學的專業內容。
很難總結出化學學的交叉學科列表，原則上一個優秀的數學系結業生可以在一段時間的補習后勝任大多數學科的理論研究。
4.閑談：化學學與物理
中學生常常會有“物理學就是物理的應用”一類想法，覺得學好物理就可以學好化學學。實際上，相比于理論模型中的各類物理，化學學所關注的更多是對理論的理解本身。物理中不存在時間、空間與質量，只會給出幾個實數和它們的運算規則，而對時間空間等概念的理解僅存在于數學學中——如果重要的僅僅是物理的話，這么為何我們不能把質量規定成復數呢？
物理家自然有能力給出一套兼容復數質量的理論模型，但解釋為何實數質量就足夠描述現實世界則是物理家所不可能完成的任務，這是化學學家所要思索的問題。
專業前景1.大專生結業去向
化學系專科的培養方案整體上并不支持專科就業。換言之，倘若從數學專業大專結業時既沒有申請到合適的研究生項目，也沒提早規劃好轉前路線，還會深陷在沒有任何職業技能的情況下被推入就業市場的難堪窘境——實際上真正與數學系專科結業生專業對口的工作崗位只有教育行業，也就是去學校或教育機構教數學。
全省一流院校的結業生中，大多數還會選擇繼續深造，直接就業的比列通常在20%或更低，一般對應的也是提早規劃好轉行路徑后就業的情況。
繼續深造的去向是出國+國外（保研/考研），在疫情之前各高校出國讀研的比列在20%~30%區間，日本是主要的出國目的地。國外讀研的選擇受推研新政影響，這一檔的中學中，結業成績在前50%的中學生基本都可以領到推研資格，部份高校的推研資格甚至可以給到70%~80%。只有推研失敗或希望選擇的專業與專科專業跨徑太大時才須要加入考研大軍。
在研究生階段繼續選擇化學方向的結業生并不多，大部份就會轉成與化學專業相關的其它方向（如偏理論的計算機科學、生物化學、信息化學等交叉學科）。在研究生結業后也會根據這種方向就業。
對一流水平之下的，大部份985及較為強勢的211高校的專科結業生而言，選擇繼續深造的比列一直相對較高，一般可以過半。但因為出國的難度明顯提高，推研資格要求的成績也愈加嚴酷，部份高校甚至要求成績前20%。
在這一背景下，加入考研大軍是大部份結業生的命運，此時提早規劃好轉行方向并作出打算就變得尤為重要。而若能在研究生階段步入與上一類分校結業生類似的高校與方向，后續出路便不會有太大差別。
2.學術與業界
若在碩士、博士時仍然選擇數學方向，這么在結業后須要做一次是否堅持科研的選擇。因國外外各種科研崗位都高度飽和，選擇繼續學術理想通常意味著長時間的激烈競爭與在非升即走制度下能夠留到最后的問題，因而大多數結業生都不會走學術路線。較為常見的路徑包括
改行步入計算機、金融一類行業：因為數學系出身的碩士、博士一般有較好的數理基礎，在一段時間的補習（如刷）與實習后，這類改行一般并不困難
選聘步入政府部門：具體待遇視各中學新政而定，專業背景在此時不這么重要
依托專業知識步入業界：這是最常見的出路，化學專業的研究生在學習期間會把相當多的精力投入各種軟硬件的設計、搭建、調試中，因而會形成好多外行人看上去無法想像的專業對口。以筆者個人經驗舉例，低溫等離子體實驗方向的結業生可以去做微波元件或手動駕駛，而對外行人來說這樣的“專業對口”是完全沒法理解的。
專業的文化氣氛
作為課程難度較高的理論學科，化學學專業的中學生在大專期間基本都須要在學習上飽含較多精力，換言之“內卷”的程度較高。但這些壓力較大的氣氛換來的是中學生們扎實的數理基礎以及各種交叉學科對結業生的歡迎，是否值得取決于個人判定。
