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為彌補(bǔ)目前網(wǎng)路上關(guān)于學(xué)院專業(yè)的優(yōu)質(zhì)信息空白，集智社群從北大、北大、上交、北師、人大、央財(cái)?shù)软敿?jí)學(xué)府招募了五十余人次的在讀大專生、研究生，從自身的學(xué)習(xí)經(jīng)歷出發(fā)，推出這套文章，帶小學(xué)生了解不同的學(xué)院專業(yè)。
本文作者：陳鯤羽，復(fù)旦學(xué)院化學(xué)系專科結(jié)業(yè)，工程化學(xué)系博士在讀
黑洞藝術(shù)想像圖。不知有多少人對(duì)化學(xué)學(xué)的興趣是源于小時(shí)候見(jiàn)到的關(guān)于宇宙、天體的美妙場(chǎng)景呢？
目錄關(guān)于數(shù)學(xué)學(xué)學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)專業(yè)前景專業(yè)的文化氣氛關(guān)于數(shù)學(xué)學(xué)
本篇文章中的“物理學(xué)”指的是教育部《普通高等中學(xué)專科專業(yè)目錄》中“理學(xué)（07）”下的“物理學(xué)類(lèi)”，包含“物理學(xué)（）”，“應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)（）”，“核化學(xué)（）”三個(gè)細(xì)分專業(yè)。
大多數(shù)朋友對(duì)化學(xué)學(xué)的興趣都起源于各種懸疑作品，這種小說(shuō)或影視作品中的化學(xué)學(xué)家常常兼顧先哲與發(fā)明家兩重身分。身為先哲的化學(xué)學(xué)家才能洞察變化無(wú)端的世界背后不為別人所知的真實(shí)，身為發(fā)明家的化學(xué)學(xué)家則通過(guò)理論與工程知識(shí)實(shí)現(xiàn)大威力裝備或時(shí)空穿越那樣的奇跡。
這些印象與真實(shí)的化學(xué)學(xué)家相比自然有所夸張，但也并非空穴來(lái)風(fēng)。數(shù)學(xué)學(xué)脫胎于物理作為萬(wàn)物本質(zhì)的信念，以理想模型這些實(shí)際上并不存在的東西作為骨架，對(duì)世界作出解釋與預(yù)言。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，化學(xué)學(xué)家們所偏好的研究對(duì)象都是些并不真實(shí)存在的東西：世上沒(méi)有絕對(duì)光滑的平面，完美的質(zhì)量點(diǎn)，完全均勻的連續(xù)流體；但那些實(shí)際上并不存在的東西與一代代化學(xué)學(xué)家們巧妙地搭建出的物理理論結(jié)合上去，卻可以實(shí)現(xiàn)對(duì)我們身邊的世界的近乎完美的預(yù)測(cè)。以這種預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，人類(lèi)搭建了自工業(yè)革命起到現(xiàn)在信息時(shí)代的科技大樓，覆蓋了生活的方方面面。
圖為實(shí)驗(yàn)室中搭建的激光光路，激光作為上世紀(jì)的一項(xiàng)重要發(fā)明，是當(dāng)代數(shù)學(xué)學(xué)研究中最常用的工具之一
回溯數(shù)學(xué)學(xué)的歷史，理論的進(jìn)展促使化學(xué)學(xué)家們得以從知識(shí)的邊界提取出新的理想模型，而實(shí)驗(yàn)技術(shù)則為我們從自然之中盡可能將這種理想模型創(chuàng)造下來(lái)，把這些本來(lái)不可感知的性質(zhì)變?yōu)榭吹靡?jiàn)摸得到的現(xiàn)象。
為抽取出純粹的光，化學(xué)學(xué)家們?cè)诎凳抑羞M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，棱鏡與光柵將光的波長(zhǎng)這些難以直接檢測(cè)的東西變?yōu)槿菀讬z測(cè)的角度；為獲得純粹的電子或質(zhì)子束，化學(xué)學(xué)家們使用磁場(chǎng)濾除其它雜質(zhì)，而可吸收這種粒子的電容板將比毛發(fā)絲還細(xì)無(wú)數(shù)倍的基本粒子變?yōu)榭梢栽谑静ㄆ魃嫌^測(cè)的波形。
事實(shí)上，現(xiàn)在的化學(xué)學(xué)家們?nèi)匀辉谧鲋c上世紀(jì)的高手們區(qū)別不大的工作：實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)家設(shè)計(jì)、校正儀器，希望將此前未能飄忽的東西轉(zhuǎn)化為顯示屏上可以理解的圖表和曲線；理論化學(xué)學(xué)家調(diào)整模型的背景，進(jìn)行復(fù)雜的物理估算，讓這些并不存在的理想模型一步步向復(fù)雜得多的現(xiàn)實(shí)靠攏。
在“上帝粒子”、“人造太陽(yáng)”、“量子計(jì)算機(jī)”這些看上去新奇炫目的名詞背后，縱然有著懸疑小說(shuō)中那樣的靈光一現(xiàn)，但更多的是對(duì)一行行公式的反復(fù)推論，對(duì)線路復(fù)雜，bug頻出的儀器的不斷改進(jìn)。
學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)1.大專課程體系
各高校的培養(yǎng)方案圓通識(shí)類(lèi)課程與公共課不盡相同，如北大化學(xué)系就要求中學(xué)生必修起碼3學(xué)分的生物課與起碼4學(xué)分的物理課，而其它中學(xué)的學(xué)分要求可能與之略有出入。但專業(yè)課程的安排整體上都是類(lèi)似的，根據(jù)知識(shí)深度遞增大概可分為
數(shù)理基礎(chǔ)課：一般在大一一年學(xué)完。這種課程更接近在中學(xué)已有的物理與化學(xué)知識(shí)上的拓展，都是使用既有的物理工具解決簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問(wèn)題。中學(xué)時(shí)是使用代數(shù)等式做受力剖析，此時(shí)是使用微積分求解略微復(fù)雜一些的運(yùn)動(dòng)與場(chǎng)。這部份課程包含
核心專業(yè)課：課程分布在大二、大三五年，若學(xué)有余力或希望在大專接觸科研也可以提早選課或自學(xué)。這種課程是最簡(jiǎn)單的理論化學(xué)與其物理基礎(chǔ)，后續(xù)無(wú)論是進(jìn)行理論研究、實(shí)驗(yàn)研究，或是步入交叉學(xué)科，都須要以這種課程中的知識(shí)為基礎(chǔ)。
此前那個(gè)使用物理工具求解生活中的簡(jiǎn)單模型的真實(shí)感在這一階段被更理論化的具象思維所替代，對(duì)中學(xué)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(xì)分方向的必修課：這種必修課的內(nèi)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(shí)有專科生和研究生。這部份課程包含
其中數(shù)理基礎(chǔ)課和核心專業(yè)課程都屬于選修內(nèi)容，而后續(xù)的必修課程則與各種細(xì)分的專業(yè)方向相關(guān)。如匯聚態(tài)化學(xué)方向需學(xué)習(xí)固體化學(xué)、量子統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)，一般也須要學(xué)習(xí)拓?fù)鋵W(xué)；高能化學(xué)方向需學(xué)習(xí)粒子化學(xué)、量子場(chǎng)論，高等量子力學(xué)等。
部份高校會(huì)在化學(xué)系下設(shè)置“應(yīng)用化學(xué)”專業(yè)，這一專業(yè)的培養(yǎng)方案在部份高校與數(shù)學(xué)學(xué)專業(yè)基本完全相同，區(qū)別只彰顯在保研新政上；另一部份高校的應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)則會(huì)設(shè)置更少的數(shù)理基礎(chǔ)課程與更多的材料學(xué)課程，知識(shí)體系整體上更接近材料學(xué)，需慎重選擇。
2.數(shù)學(xué)學(xué)專業(yè)下的細(xì)分方向
數(shù)學(xué)學(xué)內(nèi)部的細(xì)分方向相當(dāng)之多清華大學(xué)物理系招生條件，其中最主干的方向包括
匯聚態(tài)化學(xué)：主要研究各類(lèi)超導(dǎo)、超流、量子簡(jiǎn)并態(tài)，從數(shù)K到μK以下的高溫系統(tǒng)表現(xiàn)出的電磁學(xué)、光學(xué)性質(zhì)等。科普文章中常見(jiàn)的“拓?fù)浣^緣體”、“量子霍爾效應(yīng)”、“約瑟夫森結(jié)”等屬于這一方向的研究對(duì)象
高能化學(xué)：主要使用粒子對(duì)撞機(jī)研究各類(lèi)基本粒子在甚高能量下的行為與數(shù)學(xué)規(guī)律，其能量若用體溫表現(xiàn)可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)億億度。科普文章中常見(jiàn)的“上帝粒子”、“夸克膠子等離子體”、“標(biāo)準(zhǔn)模型”等屬于這一方向的研究對(duì)象。
核化學(xué)：主要研究原子核相關(guān)的數(shù)學(xué)與其在核反應(yīng)中表現(xiàn)出的性質(zhì)，如原子核內(nèi)部質(zhì)子與中子類(lèi)似物理中價(jià)層電子的軌道排布，核穩(wěn)定性等。其關(guān)注方向與核工程、核聚變都有較大區(qū)別，更多屬于核技術(shù)這一門(mén)類(lèi)，科普文章中常見(jiàn)的“重離子束”，“穩(wěn)定島”等屬于這一方向的研究對(duì)象。
原子與分子化學(xué)：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(jiàn)的“冷原子技術(shù)”，“激光冷卻”等屬于這一方向的研究對(duì)象。
等離子體化學(xué)：基本上是一門(mén)與實(shí)現(xiàn)可控核聚變的研究伴生的學(xué)科，與激光技術(shù)、芯片蝕刻等也有交叉。科普文章中常見(jiàn)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(duì)象。
天體化學(xué)：研究對(duì)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(pán)，再到宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)與大爆燃理論都屬于天體化學(xué)的研究范疇。科普文章中一切與“天體”、“地外”相關(guān)的詞匯都屬于這一方向的研究對(duì)象。
這六個(gè)方向是化學(xué)學(xué)之下的細(xì)分方向中最主要的幾個(gè)，在這種方向之外還有聲學(xué)、光學(xué)等較傳統(tǒng)的方向，以及生物化學(xué)、數(shù)學(xué)化學(xué)等交叉學(xué)科方向，因規(guī)模相對(duì)較小清華大學(xué)物理系招生條件，在此不再贅言。
3.交叉學(xué)科
數(shù)學(xué)學(xué)基本上與所有理工類(lèi)專業(yè)都有交叉，任何一個(gè)理工類(lèi)專業(yè)的理論實(shí)際上都是為處理一類(lèi)特定問(wèn)題而優(yōu)化過(guò)的數(shù)學(xué)學(xué)理論。物理熱力學(xué)中的理論內(nèi)容與統(tǒng)計(jì)熱學(xué)基本相同，量子信息與量子估算的研究中所用到的數(shù)學(xué)學(xué)知識(shí)與匯聚態(tài)化學(xué)重合范圍很大，金融學(xué)模型的思路核心經(jīng)常與統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型或流體模型相關(guān)，與芯片制造相關(guān)的研究中也常常須要用到等離子體化學(xué)的專業(yè)內(nèi)容。
很難總結(jié)出化學(xué)學(xué)的交叉學(xué)科列表，原則上一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)學(xué)系結(jié)業(yè)生可以在一段時(shí)間的補(bǔ)習(xí)后勝任大多數(shù)學(xué)科的理論研究。
4.閑談：化學(xué)學(xué)與物理
中學(xué)生常常會(huì)有“物理學(xué)就是物理的應(yīng)用”一類(lèi)想法，覺(jué)得學(xué)好物理就可以學(xué)好化學(xué)學(xué)。實(shí)際上，相比于理論模型中的各類(lèi)物理，化學(xué)學(xué)所關(guān)注的更多是對(duì)理論的理解本身。物理中不存在時(shí)間、空間與質(zhì)量，只會(huì)給出幾個(gè)實(shí)數(shù)和它們的運(yùn)算規(guī)則，而對(duì)時(shí)間空間等概念的理解僅存在于數(shù)學(xué)學(xué)中——如果重要的僅僅是物理的話，這么為何我們不能把質(zhì)量規(guī)定成復(fù)數(shù)呢？
物理家自然有能力給出一套兼容復(fù)數(shù)質(zhì)量的理論模型，但解釋為何實(shí)數(shù)質(zhì)量就足夠描述現(xiàn)實(shí)世界則是物理家所不可能完成的任務(wù)，這是化學(xué)學(xué)家所要思索的問(wèn)題。
專業(yè)前景1.大專生結(jié)業(yè)去向
化學(xué)系專科的培養(yǎng)方案整體上并不支持專科就業(yè)。換言之，倘若從數(shù)學(xué)專業(yè)大專結(jié)業(yè)時(shí)既沒(méi)有申請(qǐng)到合適的研究生項(xiàng)目，也沒(méi)提早規(guī)劃好轉(zhuǎn)前路線，還會(huì)深陷在沒(méi)有任何職業(yè)技能的情況下被推入就業(yè)市場(chǎng)的難堪窘境——實(shí)際上真正與數(shù)學(xué)系專科結(jié)業(yè)生專業(yè)對(duì)口的工作崗位只有教育行業(yè)，也就是去學(xué)校或教育機(jī)構(gòu)教數(shù)學(xué)。
全省一流院校的結(jié)業(yè)生中，大多數(shù)還會(huì)選擇繼續(xù)深造，直接就業(yè)的比列通常在20%或更低，一般對(duì)應(yīng)的也是提早規(guī)劃好轉(zhuǎn)行路徑后就業(yè)的情況。
繼續(xù)深造的去向是出國(guó)+國(guó)外（保研/考研），在疫情之前各高校出國(guó)讀研的比列在20%~30%區(qū)間，日本是主要的出國(guó)目的地。國(guó)外讀研的選擇受推研新政影響，這一檔的中學(xué)中，結(jié)業(yè)成績(jī)?cè)谇?0%的中學(xué)生基本都可以領(lǐng)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(yè)與專科專業(yè)跨徑太大時(shí)才須要加入考研大軍。
在研究生階段繼續(xù)選擇化學(xué)方向的結(jié)業(yè)生并不多，大部份就會(huì)轉(zhuǎn)成與化學(xué)專業(yè)相關(guān)的其它方向（如偏理論的計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物化學(xué)、信息化學(xué)等交叉學(xué)科）。在研究生結(jié)業(yè)后也會(huì)根據(jù)這種方向就業(yè)。
對(duì)一流水平之下的，大部份985及較為強(qiáng)勢(shì)的211高校的專科結(jié)業(yè)生而言，選擇繼續(xù)深造的比列一直相對(duì)較高，一般可以過(guò)半。但因?yàn)槌鰢?guó)的難度明顯提高，推研資格要求的成績(jī)也愈加嚴(yán)酷，部份高校甚至要求成績(jī)前20%。
在這一背景下，加入考研大軍是大部份結(jié)業(yè)生的命運(yùn)，此時(shí)提早規(guī)劃好轉(zhuǎn)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(lèi)分校結(jié)業(yè)生類(lèi)似的高校與方向，后續(xù)出路便不會(huì)有太大差別。
2.學(xué)術(shù)與業(yè)界
若在碩士、博士時(shí)仍然選擇數(shù)學(xué)方向，這么在結(jié)業(yè)后須要做一次是否堅(jiān)持科研的選擇。因國(guó)外外各種科研崗位都高度飽和，選擇繼續(xù)學(xué)術(shù)理想通常意味著長(zhǎng)時(shí)間的激烈競(jìng)爭(zhēng)與在非升即走制度下能夠留到最后的問(wèn)題，因而大多數(shù)結(jié)業(yè)生都不會(huì)走學(xué)術(shù)路線。較為常見(jiàn)的路徑包括
改行步入計(jì)算機(jī)、金融一類(lèi)行業(yè)：因?yàn)閿?shù)學(xué)系出身的碩士、博士一般有較好的數(shù)理基礎(chǔ)，在一段時(shí)間的補(bǔ)習(xí)（如刷）與實(shí)習(xí)后，這類(lèi)改行一般并不困難
選聘步入政府部門(mén)：具體待遇視各中學(xué)新政而定，專業(yè)背景在此時(shí)不這么重要
依托專業(yè)知識(shí)步入業(yè)界：這是最常見(jiàn)的出路，化學(xué)專業(yè)的研究生在學(xué)習(xí)期間會(huì)把相當(dāng)多的精力投入各種軟硬件的設(shè)計(jì)、搭建、調(diào)試中，因而會(huì)形成好多外行人看上去無(wú)法想像的專業(yè)對(duì)口。以筆者個(gè)人經(jīng)驗(yàn)舉例，低溫等離子體實(shí)驗(yàn)方向的結(jié)業(yè)生可以去做微波元件或手動(dòng)駕駛，而對(duì)外行人來(lái)說(shuō)這樣的“專業(yè)對(duì)口”是完全沒(méi)法理解的。
專業(yè)的文化氣氛
作為課程難度較高的理論學(xué)科，化學(xué)學(xué)專業(yè)的中學(xué)生在大專期間基本都須要在學(xué)習(xí)上飽含較多精力，換言之“內(nèi)卷”的程度較高。但這些壓力較大的氣氛換來(lái)的是中學(xué)生們?cè)鷮?shí)的數(shù)理基礎(chǔ)以及各種交叉學(xué)科對(duì)結(jié)業(yè)生的歡迎，是否值得取決于個(gè)人判定。
