我在各大網絡平臺上看到，對于“理論物理學家的一天是怎樣的”這個問題，沒有多少人有足夠的了解，所以接下來我會根據我的經歷來講述我的故事。 這個問題的答案。 首先，我必須指出，從技術上來說，我還不是一個“理論物理學家”，因為我還有幾個月的時間來完成我的博士學位。 有很多人寧愿等到獲得“博士”頭銜。 在稱自己為“物理學家”之前，但也有人更喜歡在完成該學科的學士學位后立即使用該術語。 就我而言，只要有人在大學或公司里做物理相關的研究，他就可以稱自己為物理學家。 在這篇文章中，我將從博士生的角度回答一些關于理論物理研究工作是什么樣的問題。
理論物理學家做什么的？
a 有什么作用？
第一個問題：理論物理學家是做什么的？ 簡短的答案是：大量的數學和大量的計算機模擬。 理論家們用筆和紙完成所有工作的日子已經一去不復返了。 自從計算機出現以來，理論物理學家充分利用數值編程來解決手工無法解決的復雜數學問題。 因此，理論物理學家不僅需要在巨大的白板和論文上處理數學問題，還需要使用計算機程序（通常是他們自己編寫的代碼）。 我整個博士期間的日常生活職業生涯基本上是這樣的：在一張紙上手動推導和計算方程，將它們變成完美的形式，然后使用或編碼它們。 我處理的大多數方程（以及其他物理學家通常處理的方程）都是我們所說的“微分方程”，特別是“偏微分方程”。 這些方程包含一個或多個變量（如空間、時間等）的一些未知函數及其導數。 它們通常很難求解，因此我使用一些數值方法來獲得具有一定精度的近似解，并針對可以找到解析解（或精確解）的特殊情況進行測試。
事實上，我認為我花了更多的時間試圖手動找到解析解，而不是實際編寫代碼來找到這些方程的數值解，所以我猜我作為物理學家的大部分工作仍然是“筆和紙”風格。 當解析解根本不可能時，我嘗試用我已知的物理學知識來回答一些基本問題，例如“我的解是否遵守能量和動量守恒定律？”，“系統在這些條件下表現如何？具體條件？” 這是我所期望的嗎？”物理學家翻譯，“數值解在數學屬性（例如連續性、可微性）以及物理屬性（例如系統隨時間的變化）方面有意義嗎？”物理直覺對我意味著什么？這項工作非常重要，因為沒有它，我將不知道如何闡明我的研究工作或以連貫且合理的方式解釋它。
從某種意義上來說，我認為理論物理學家的工作可以概括如下：
日常生活是怎樣的？
日常工作是怎樣的？
這是另一個重要問題。 我不得不承認，理論物理學本身就是一項有點奇怪的工作。 我沒有采用典型的朝九晚五的工作方式，而是在許多周末和節假日加班。 有時我的工作可能會從一大早開始（例如早上 7 點）一直持續到下午 1 點，但其他時候很容易持續到午夜。 我證明，在我攻讀博士學位的過去三年里，我經常熬夜。 而且每年生日我也會工作，這對我來說并不算太麻煩，但卻說明了工作很敬業，也很雜亂。
我每天所做的工作量取決于我想要實現的短期目標，這也取決于我的研究小組中其他人的需求。 例如，如果我們正在寫一篇研究論文，我們會為每周制定一個時間表，并逐步研究論文的不同方面，從結果開始（因為沒有結果=沒有論文），然后努力分析這些結果結果（我這么說并不夸張：我必須說明每一個細節，就像我在奧林匹克游泳池中計算亞原子粒子一樣）。 這也意味著我每周要召開多次研究會議（通常每周 2-3 次），我們會回顧迄今為止取得的進展，并提出未來幾天的新工作任務。 這是一個乏味的過程，但有助于更快地完成論文。
這些天我的大部分工作都是模擬，我用一些數值方法的背景知識從頭開始編碼。 寫代碼是一件很累的工作，一天寫超過1000行代碼的情況并不少見，而且需要大量的排錯（事實上，排錯占了我寫代碼時間的95%）。 代碼必須針對已知的精確解決方案進行嚴格測試物理學家翻譯，并且我們還必須檢查不同條件下模擬的行為，以識別可能的缺陷或錯誤。 我還必須進行大量收斂測試，這意味著以不同的步長（例如在空間或時間上）運行模擬，并查看隨著步長的減小，解是否接近某個恒定值（這就是我們所說的“數值收斂”） ）。
在像我現在這樣編寫代碼之前，我的大部分工作都是圍繞手動得出方程的解（如果可能的話），并嘗試使用物理原理獲得對這些解的本質的物理見解。 我想說，到目前為止，我的整個博士學位大約 70% 是筆和紙，30% 是編程，這對我來說很好，因為我總是更喜歡用手而不是通過代碼解決工作問題。
物理學研究的主要目標是什么？
主要目標是什么？
這是一個有點復雜的問題，因為自 17 世紀至 20 世紀以來，物理學發生了很大變化。 今天的物理研究有兩個主要目的：尋找“新物理”并增強我們對現有物理的了解，以便我們能夠在現實世界中提出更好的工程應用。 因此，21 世紀的物理學是純物理學（以獲取知識為目的的研究）和工程學的交叉點。 許多人會質疑物理學的工程方面是否真的可以稱為“物理研究”，因為“應用物理學”和“工程”之間幾乎沒有區別，但我不明白為什么這有如此大的問題，我的意思是：是的：我的大部分研究都是“基于物理的”，因為我正在研究基本行為和機制，但同時我所做的工作是專門針對工程應用的子集，所以我需要保留我的理論和模型的實用性和現實性。
然而，我確實預見在不久的將來，物理和工程學將會越來越融合，因為我看到很多工程師在做物理工作，而且我看到很多物理學家在做工程工作。 兩者在大型強子對撞機等大型研究項目上有很多合作。 所以也許100年后兩者之間不會有太大區別，我們將被稱為“物理工程師”。
從事理論物理工作令人滿意嗎？
是工作嗎？
這取決于個人以及他們對這種生活方式的喜歡程度。 我想說，如果你對自然及其內部運作方式感到好奇，并且你喜歡解決數學問題并提出關于“事物如何運作”的抽象理論，那么這份工作絕對很有趣。 同時，我也不能說這份工作很輕松或很平衡。 在我的博士生涯中，我全年平均每周工作約 60 小時。 不用說：這項工作很累人。 即使我沒有“實際做工作”，至少我“非常努力地思考工作”，這基本上意味著我的大腦一直在高速運轉。 因此，我想說，作為一個長期的職業（比如20年以上），理論物理學可能不是人類最可持續的職業選擇。
21世紀理論物理學的另一個不太令人滿意的方面是，你所做的研究可能在任何方面都不是開創性的。 在過去的幾個世紀里，做開創性的工作要容易得多，即使手工求解一個方程也足以讓你獲得諾貝爾獎。 如今，在全世界數以百萬計的研究物理學家中，尤其是作為理論物理學家，中彩票的幾率比贏得諾貝爾獎的幾率要大得多。 有些人可能會覺得這有點過于悲觀，但保持你的期望現實是有好處的，而且這是明智的。 畢竟，如果你期望從理論物理學中獲得很多名聲或獎項，你就不應該成為一名理論物理學家。 否則，你在職業生涯中最有可能得到的就是與其他物理學家的幾次握手。
最后的想法
最終的
總之，理論物理是一個非常難的專業。 這項工作需要大量的數學、問題解決、抽象思維和計算機編程。 這項工作很有趣，但也很漫長、乏味，有時讓人感覺毫無進展。 但盡管它帶來了種種挑戰，我也認為這是一項重要的工作，特別是如果我們想加深對自然及其內部運作的理解。
本文翻譯自奧斯卡的博文《A day in the life of a》。 原文鏈接：
|翻譯：雙吉
| 校對：小琪
