物理学，始终吸引着，那些对宇宙奥秘与万物运行规律满怀好奇的学生。在中国学生中，它或许不如计算机科学、经济学那般热门，但许多人选择物理学的初心，正是源于对世界本质的追问——物理学恰好能提供深入理解自然的基础知识与科学方法。
提及这一领域，你或许会想到一串闪耀的名字：牛顿、伽利略、爱因斯坦、霍金、杨振宁。。。也会记起那些贯穿课本的物理定律，比如牛顿力学三定律、万有引力定律。
你可能通过《星际穿越》、《奥本海默》这类电影，或是《生活大爆炸》这样的剧集，对物理学家的世界心生向往；也曾悄悄畅想：或许有一天，自己的名字能与诺贝尔奖相连，甚至成为教科书上“XX定律”的命名者。
今天，作为美国在读理论天体物理的博士，以及曾经的美国天文/物理专业本科生，我想和大家分享一下物理学的魅力以及我的留学体验。
分享内容摘要：
1. 物理学究竟是学什么的？
2.未来想攻读物理，高中阶段应做哪些准备？
3.美国求学：文理学院与综合大学的双重体验；
4.物理学专业的就业与读博前景；
5.一些学习物理的感悟：以热爱对抗未知。
过来⼈背景介绍：
简单介绍一下自己！我叫Sylvan，⽬前就读于德州大学奥斯汀分校，攻读物理博士项目，并附属于诺奖物理学家领衔的温伯格研究所（Weinberg Institute），博士期间的研究方向以宇宙学和暗物质为主。
本科就读于某Top20文理学院，主修物理与应用数学双专业，专业GPA 3.9。本科期间，我参与了多项科研项目，有多篇论文发表于领域顶刊，还曾在业内专家论坛上做过海报展示。
物理学究竟是学什么的
物理学，这门听起来“高深莫测”的学科，实际上是我们理解宇宙万物的钥匙。从微小的原子到浩瀚的星系，从手中的智能手机到遥远星空中的脉冲星，物理学的足迹无处不在。
它不仅是一门科学，更是一种让我们得以窥探自然界奥秘的方式。从基础定义来看：物理学是研究物质和能量如何在时间和空间中交互的科学。
这听起来可能有些抽象，那来讲几个具体一点的例子。你在公园里踢足球，当你用力踢向球时，你对球施加了力，而球则以一定的速度飞出去。
这个过程涉及到了力学，一个物理学的分支，它研究力和物体的运动。可能你不曾意识到，物理学几乎存在于我们生活的方方面面。
当你使用微波炉加热食物，那是电磁学在起作用；当你穿上有色眼镜保护眼睛不受紫外线伤害时，那是你利用了光学的原理。更不用说，手机、电脑和其他现代设备的背后，都有复杂的物理法则在运作。
物理学可以大致分为两个领域：经典物理学和现代物理学。
经典物理学包括像牛顿的运动定律这样的理论，这些理论解释了日常生活中大多数物理现象，比如为什么汽车会加速或减速，为什么地球围绕太阳旋转。
而现代物理学，包括相对论和量子力学，解释了更加微观和宇宙级别的复杂现象。例如，量子力学揭示了原子和亚原子粒子的行为，而相对论则解释了引力如何影响时空的结构。
同时，物理跟其他很多学科也有很多交集，例如生物和化学，而且工程相关的学科里也会经常用到物理。
总之，物理学不仅帮助我们解答了 “从厨房到宇宙” 的各种问题，还不断推动科技的进步，改善我们的生活。
对于那些对世界充满好奇心的人来说，物理学不仅是一个学术领域，更是一次探险——它挑战我们的想象力，拓宽我们的视界，让我们在理解世间万物的道路上走得更远。如果你热爱探索、渴望解答生活中的 “为什么” ，那么物理学可能正是你的菜。而这一切，都可以从中学的物理课本开始，从 “树上掉下来的那颗苹果” 开始。
若未来想攻读物理
高中阶段应做哪些准备
为了将来较为顺利的攻读物理，个人建议从高中阶段就可以开始着手准备，因为要学的东西实在太多了。想搞好物理学不仅仅是学会推导公式，更重要的是理解背后的数学以及逻辑思维方法，以及还需要具备阅读大量文献的能力。
因此，高中时期的准备应该从“理论学习”、“数学基础”以及“科学思维”等多个方面着手。不过具体学习进度也因人而异，达不到也不用太强求，毕竟不是还有大学四年嘛。而且不是每个人都最后要做学术，实验或者工程学也都非常有趣。当然如果是那种天赋型选手，早点学了基础知识，可以争取学完跳级早早毕业。
1）核心课程：AP物理和微积分
AP物理课程是为有志于深入了解物理学，并准备将来在大学主修物理或相关领域的学生设计的。 它会为多个模块：AP物理 1 和 2，涵盖基础的力学和电磁学，而AP物理 C则更加深入，包括了微积分应用，为大学里的进阶物理课程打好基础。
通过这些课程，学生不仅能学习到物理的基本原理和概念，还能通过实验和实际问题解决，培养分析和批判性思维能力。
同时， 物理学的很多高级概念，如动力学、电动力学和量子力学，都需要运用微积分进行严格的数学描述。AP微积分课程提供了这些必需的数学工具，涵盖了微分和积分的基础知识。掌握了这些内容，你将能更好地理解物理公式和原理，同时也为大学阶段需要使用到的更复杂的数学准备好。
2）拓展课程：统计、化学与计算机编程
除了物理和微积分，AP统计学和AP化学等课程，也对未来学习物理大有益处。统计学可以帮助处理和分析实验数据，而化学则能加深对物质基本性质的理解，这在学习物理化学和热力学时尤为重要。
同时，学习编程也越来越成为物理学研究中不可或缺的一部分，掌握如Python等编程语言，将帮助你在未来进行科学计算和模拟。比如我自己，虽然搞的是理论物理，但实际工作中则是天天写代码😂
3）科学俱乐部，竞赛以及研究项目
高中期间尽量争取多参加学校的科学俱乐部和相关竞赛，这些都是提高物理学习兴趣和应用知识的绝佳方式。例如，参与物理奥林匹克或科学竞赛，不仅能够加深你对物理知识的理解，还能帮助学习如何在团队中协作，如何在压力下解决问题——这对未来的科研生涯或工程项目都是极好的锻炼。
一些研究项目如果有条件，也可以找机会参加，不仅能早点了解领域前沿的动态，能要到好的推荐信也对申请增益颇大。
美国求学
文理学院与综合大学的双重体验
我的本科在文理学院，如今在综合大学攻读博士，还曾做过一些本科课程的助教，所以对两种大学的课程设置以及就读体验都有些了解。
先聊聊大学课程吧。在美国大学以及文理学院，物理专业的课程设置通常包括力学（classical Mechanics）、电磁学(Electrodynamics)、热力学(Thermodynamics)、量子力学(Quantum Mechanics)等核心课程，伴随这些主课的，还有实验课，这些课程不仅仅教授物理理论，更强调实验和实际问题解决能力的培养。
除此之外，每个课常常会伴随recitation/discussion session，类似于国内的习题课，一般由助教带领。这些课往往在第一、二年就差不多学完，然后进一步学习高阶课。高阶课的时候，课程会向“细分领域”深化 —— 比如我为了从事宇宙学研究，专门选修了广义相对论（Relativity Theory）、宇宙学（Cosmology）及天体物理学相关课程。
若想深耕材料或实验方向，则可选择物理化学（Physical Chemistry）、凝聚态理论（Condensed Matter Theory）等课程。
最后一年，还会有专门的“论文课”，要求是通过做一个研究课题写出本科毕业论文。
数学课程的重要性同样不可忽视。我自己还学了很多数学课。一般来说，物理的prerequisite就是微积分(Calculus)和线性代数(Linear Algebra)，因为会大量用到这里面的概念，个人建议是尽量大一都学完。
如果需要做很多计算，那么数值分析(Numerical Analysis)和微分方程(Differential Equation)会非常重要。但是如果想做很多学术尤其是理论物理相关的，数学课就是能上多少就上多少，甚至包括抽象代数(Abstract Algebra)和拓扑学(Topology)这种，因为数学知识对理解物理概念非常重要。
如果想做的方向偏天文学，那么编程和统计课就需要学习了。
值得一提的是，综合大学与文理学院的课程存在差异：综合大学会开设研究生/博士阶段的高阶课程，这类课程作业量可能不如本科课程大，但内容深度与难度显著提升，进度快的本科生可提前选修。
而文理学院受限于资源，难以提供如此深入的课程，但小班教学的优势更为突出。因为学生相对老师比例小些，更像是一种小班教学，所以每个人能得到的研究机会相对更多。
我大学四年基本上每个暑假都是在学校做研究，而且跟老师能保持每周一对一单独开会。这样的师生关系跟我在大U的经历就很不一样。在综合性大学，老师不仅要带很多学生，同时也要承担很多研究任务，所以分配到每个学生的时间就很有限，更需要学生独立自主寻找答案。
物理学专业的
就业与读博前景
学物理可能听起来比较抽象，但实际上物理学毕业生因其扎实的数学和分析技能，以及解决复杂问题的能力，而受到各个行业的欢迎。以下是一些物理学毕业生常见的职业领域：
教育
许多物理学毕业生选择成为教师或讲师，将自己对科学的热情传递给下一代，从高中的科学教师到大学的教授不等。门槛最高的是成为大学教授，因为不仅需要博士学位，还得做几个博后。
工程
应用物理学原理于实际，物理学毕业生在各类工程领域，如电子工程、机械工程、航空航天等领域都能找到自己的位置。
数据分析和软件开发
物理学培养的量化分析、统计学和编程能力让毕业生能够胜任在金融、咨询、科技公司中的数据分析师或软件开发者岗位。
科研与开发
不少公司，特别是高科技、新材料研发公司，尤其高度重视物理学背景的研究人员。现如今半导体是非常热门的方向，学习材料和光学方向的物理学生很对口。
对于本科物理专业生来说，完全对口的工作机会会相对少一些，所以往往大家都会去申请相关的研究生/博士项目，或者直接转到跟业界需求更匹配的专业。
对于那些渴望深入研究物理学未解之谜的学生，继续攻读博士学位是一条可行的道路。物理学的博士生可以选择专注于理论研究，探索宇宙的基本原理，也可以参与更多实践性的应用科学项目，如新能源技术、医疗物理等领域。
物理学想要读博，需要面临非常残酷的竞争，因为物理这个学科在美国很少有研究生项目。大部分学校都是“直博模式”，导致招的人很少，很多应届本科生没有申请上当年博士的情况比比皆是。近些年了解到的，这一行也是越来越卷，竞争对手都是“既聪明又非常努力”。
所以要想在申请中脱颖而出，本科阶段就得需要大量做研究，以及保持高的GPA。在这个申请过程中，像是GRE一类的标化成绩占比反而会小一些，更重要的是推荐信和研究成果。物理这个圈子，其实也是讲究人情世故的，如果有幸得到导师的大力推荐，即使标化没那么好，也可以去到很好的项目。
不过就算没申请上，也并非“走投无路”——如果想来年再战，可以申请别的国家的研究生或者找找pre-doc研究项目。实在不行，及时转行也是很好的选择，毕竟读物理的PhD是非常非常辛苦，但是工资却远比不上去业界工作。
学习物理的一些感悟
我对于物理的兴趣，始于高中时期。当时看了很多霍金的畅销书，《时间简史》、《果壳里的宇宙》以及《大设计》等。还依然记得出国前在山顶看了一夜的星空及流星雨。懵懵懂懂中对宇宙、对世界有很多的憧憬和想象。
多年过去，我也是实现了自己的很多目标，成为研究霍金黑洞理论的后继者。这个过程中，并不是一帆风顺，有很多挣扎也有很多彷徨。就算现在也是，生活中充满了未知与不确定，就像量子力学里薛定谔的猫那样。
但我还是想说：如果有理想有志气，就应该鼓起勇气，努力去实现它。毕竟人活这一辈子，不要留下太多遗憾，多去享受当下。😌
总之，如果你对探索自然界的基本原理充满热情，物理学可能是一个非常适合你的专业。虽然挑战不小，但在这个过程中，你将获得理解世界的新视角和解决问题的强大工具——这份收获，值得全力以赴。
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