物理学

漫谈“物理学”

 

如果在中国人民大学评选最不需要介绍的专业,物理学一定会位列其中。从初中开始,物理学就是全国绝大部分学校的必修课程,也是除了中文、数学和英语之外,各位同学接触最早、最多的专业。物理学是历史最悠久的学科之一,早在2300多年前,就出现了那位泡澡泡出大名堂的阿基米德,并留下了一句至今仍在广为流传的古希腊语:Eureka(意为我发现啦,相传阿基米德在澡盆中顿悟出浮力定律时喊出了这句话)。几千年过去了,命令阿基米德鉴定王冠的那位国王早已淹没在历史长河中,但物理学一直保持着旺盛的生命力,并对我们的生活产生着重大的影响。事实上,如果随便让一个人列举出一位著名科学家的名字,他想到的很可能是一位物理学家:伽利略、牛顿、爱因斯坦、霍金……

同时,如果在中国人民大学评选最需要介绍的专业,物理学也一定会位列其中。两千多年来,人类最杰出的天才们用最伟大的智慧,将物理学发展成为一门涵盖范围广泛、学科划分细密、方法论成熟且资料非常丰富的学科。时至今日,普通公众不仅很难从事物理学研究,就连理解当代物理学关心的问题,都逐渐成为一种奢望。相对论、宇宙大爆炸、引力波、量子纠缠、超导、纳米材料、石墨烯,这些名词虽然会在新闻媒体中时常出现,但对大多数人而言,物理学更像是一个神秘的黑盒子,物理学工作者则像一群神秘的黑衣人。物理学究竟在研究什么?研究这些有什么意义?物理学专业本科要学什么?

物理学关心的核心问题之一,就是尝试理解我们的世界。这句话听起来简单,但实则不然。我们的世界诞生于137亿年前的大爆炸,目前已知的宇宙半径为137亿光年,包含上千万个星系团,每个星系团包含上千个星系,每个星系又包含上千万颗像太阳一样的恒星。而我们人类最长的寿命是120多岁,从有记载的文明到现在最多不过几千年,我们的足迹最远只到达过1光秒之外的月球。可以说,无论是时间还是空间,人类和宇宙相比都是无比渺小的存在。而正是这么渺小的人类,却相信这个宏大的世界是可以被理解的,这难道不是个浪漫到极点的想法么?但是,正是凭借着这个听起来浪漫到不可理喻的想法,人类花了短短的几千年时间,就知道137亿年前宇宙诞生之初发生了什么,知道太阳上千万度的内核中发生了什么,我们现在能制造出宇宙中最低的温度,也能利用脆弱的量子力学特性传递和处理信息。从这个角度来看,物理学发展的历史就是一部渺小的人类凭借着浪漫的好奇心,在浩瀚的宇宙中探寻真理、创造奇迹的史诗。人生而有涯,而知也无涯。今天的物理学依然存在大量难解的谜题:暗物质和暗能量究竟是什么?高温超导体为什么能超导?微观的量子世界是如何过渡到宏观的经典世界的?非平衡开放系统有什么神奇的现象?也许这些问题目前看来并没有显著的应用价值,但对大多数物理学工作者而言,他们所关心的只是一件微不足道的小事——我的双眼,是否能看得再远一些。

胸怀探索未知的浪漫情怀,物理学同样也关注国计民生的现实问题,致力于引领技术革命。纵观历史,第一次工业革命以力学和热学的发展为基础,第二次工业革命以电磁学的发展为基础,上个世纪中叶开始的信息产业革命,则完全得益于固体物理和半导体物理的发展。今天,人类文明达到了前所未有的高度,但也面临着很多紧迫的问题。传统的化石能源即将消耗殆尽且污染严重,以硅为基础的半导体行业逐渐走向极限,这些重大战略问题迫使物理学工作者们夜以继日地寻找可替代的清洁能源、开发新型量子功能材料、发展量子信息和量子计算技术,并期待着下一个技术革命的到来。随着工业体系的逐渐成熟,科技成果正在以前所未有的速度转化为生产力和社会经济效益。20年前,个人电脑的硬盘容量大多是100,家用灯泡一般是60,随着巨磁阻效应和发光二极管的出现,64G的优盘早已普及,能实现同等照明的LED灯泡的功率只有3瓦。这些新技术在物理学取得突破之后,短短几年间就创造了数千亿美元的市场,极大地改变了人类的生活。可以预见的是,未来物理学的发展,必然会为我们带来能耗更低、信息集成度更高、计算量更大的未来。

实现宏伟的目标,必然要走一条在规模上与之相衬的道路。物理学本科专业和物理这个学科一样具有悠久的历史和成熟的培养方案。从大一入校,先逐门单挑数学,高数(分上、中、下三部曲哦)、高代、复变函数、数学物理方法、概率论,全套下来只为巩固一下基本功。物理专业课的学习分为两个层次。首先是普通物理五门:力学、热学、电磁学、光学和原子物理学,用于餐前开胃;随后是物理学本科教育的核心主干课程——理论力学、电动力学、热力学统计物理和量子力学。这四门课程并称四大力学,是现代物理学教育和研究的基础。此外,物理学专业还开设固体物理、计算物理、普通物理实验、近代物理实验等必修课程,以及金融物理、超导物理、量子光学等选修课程。想拿物理学的毕业证,还真是需要付出一点努力!

除了课堂教学,人大物理系在课外实践方面有自己独特的优势。作为全国少有的研究型物理系,我们有一支高水平的教师队伍,其中院士1人、教授19人、副教授11人、拥有教育部新世纪人才8人、北京市优秀人才1人、长江特聘教授1人、国家基金委杰出青年基金获得者3人、优秀青年基金获得者3,长江讲座教授1人、人事部等七部委百千万人才工程入选者2人、国家千人计划入选者1,青年千人计划入选者1,拥有教育部长江学者创新团队2个、北京市重点实验室1个。过去5年间承担了科技部、基金委、教育部等重大或重点科研项目70余项,在《自然》《科学》《物理评论快报》等国际顶级期刊上发表文章403(2016年为147),人均承担科研经费和人均发表论文数在国内物理系位居前列。

在本科教学方面,我们一直坚持小而精的理念,教师人数和每年本科招生人数的比例均小于1∶1.5。这么高的师生比,保证了每个学生都能得到充足的资源和发展空间。从大二开始实行导师制,并通过多种渠道鼓励本科生进实验室,近距离体验科研工作的乐趣。多年以来,每年都有本科生在导师的指导下取得优秀的科研成果,在国际学术期刊上发表论文或申请专利。通过课堂教学和课外实践的结合,人大物理系在过去10年间培养了321名优秀的本科毕业生。30%的本科毕业生被推荐免试入读研究生,进入本系、其他著名高校物理系、中科院研究所,或校内其他院系。有的优秀毕业生出国深造,在国际著名大学继续进行研究。在就业方面,我们的毕业生具备优秀的数理基础和综合素质,受到科研机构、管理部门、金融机构、IT信息行业、新材料研发、高端仪器研制等多方面用人单位的青睐。

高考填志愿是很多人面临的人生第一次重大选择。有志于报考中国人民大学的考生都是全国最优秀的青年人。相较前辈而言,同学们出生在一个充满机遇和挑战的时代,也必将担负起时代所赋予的责任。走近物理、理解世界、创造未来,年轻的人大物理系邀请同样年轻的你,让我们一起变得更强!



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