理論物理學家

理論物理學家

對應于物理學分為理論物理和實驗物理,物理學家也可以分為理論物理學家和實驗物理學家。當然,物理學中理論和實驗都是必不可缺的組成部分,所以有時候這樣的分類很難界定。隻不過在一個物理學家更偏重理論的情況下,他(她)被稱為理論物理學家,例如愛因斯坦;而如果偏重實驗,則稱為實驗物理學家,例如法拉第。

  • 中文名稱
    理論物理學
  • 學科
    物理學

簡介

愛因斯坦愛因斯坦

對套用物理學分為理論物理和實驗物理,物理學家也可以分為理論物理學家和實驗物理學家。當然,物理學中理論和實驗都是必不可缺的組成部分,所以有時候這樣的分類很難界定。隻不過在一個物理學家更偏重理論的情況下,他(她)被稱為理論物理學家,例如愛因斯坦;而如果偏重實驗,則稱為實驗物理學家,例如法拉第。

忠告

首先,必須認真對待這一點。所有必須的科學課程是在大學教的,因此,自然地,你應該做的第一件事是進入一所大學,並學習你能夠學到的所有知識。但是,如果你還很小,還在上中學,在進入大學之前,你不得不忍受那些被稱之為科學的幼稚的奇聞軼事時,你怎麽辦?如果你已經比較年長,你完全不期望參與到那些吵鬧的年輕大學生中間去時,你又怎麽辦?

在這個時代,你完全可以從internet上收集到所有的知識。而現在的問題是,Internet上有太多的垃圾。你能從中選出那些真正有用的少底可憐的網頁嗎?我很清楚什麽東西應該教給那些剛入門的學生。那些絕對必須的課程和主題的名字是很容易列出的,並且這是我下面已經做了的。我在這裏的目的是蒐集那些真正有用文章和書所在的網頁,最好是可以下載的。通過這種方法,成為一個理論物理學家的成本不會超過一台能和Internent連線的電腦,一個印表機,很多很多的紙和筆。不幸的是,我還是不得不建議你還得去買一些課本。但這兒是很難給出建議的,也許在未來的網站上再說。讓我們先給出我們最低限度的知識需求。下面所列的科目是必須學習的。任何的遺漏都都將會得到懲罰:失敗。確信我是對的:你不用單憑信仰相信這一點——你可以驗證。你可以試你能做到的各種不同的方法。你將會發現,一次又一次,那些研究者做出的事情的確是最聰明的。令人驚異。最好的課本都有練習。做這些練習,看看你是否理解了所有的內容。你要盡量的達到這種程度:發現大量的印刷錯誤,一些微小的錯誤和一些重要的錯誤,並想象你怎麽樣用一個更聰明的方法寫那些教材。

我可以告訴你我自己的經驗。我是非常的幸運的,有那麽多的優秀的老師在我周圍。這幫助我不會誤入歧途。這一點幫助我一路到達Noble獎。但是我沒有Interent。我將嘗試做你的老師。這是一個令人畏懼的任務。我正在請學生,同事和老師們幫助我改進這個站點。目前這個站點的建立是僅僅為了那些想成為理論物理學家的人,不是所有的普通人,而是那些完全決定想要得到Noble獎的非常好的人。如果你比較普通,那麽,首先完成那些那些讓人厭惡的國小,初高中學習,並且按部就班的學習那些教育者和專家們是如此混帳地把每一個細小的部分都仔細地嚼碎了再喂給你的知識。這個站點是為了那些有雄心壯志的人。我確信任何人都可以這樣做,如果你具有一定的智力,興趣和決心。

條件

理論物理學就像一座摩天大樓。他有堅實的基本數學和經典(20世紀前)物理學的基礎。即使現在我們有這麽多的物理學突破,也不要認為20世紀前的物理學是不相關的。在那些日子裏,堅實的基礎是放置我們享受的知識的地方。在你自己沒有重新構建這些基礎前,不要去嘗試構建你自己的摩天大樓。摩天大樓的下面幾層是由先進的數學組成的,它們讓經典物理學理論變的更加美麗。如果你想走的更高,這是必須的。此後,列出一些其他的主題。最後,如果你足夠瘋狂,想解出那些可怕的讓人困惑的調停引力物理學和量子世界的矛盾這樣的問題,你將需要繼續學習廣義相對論,超弦,M-理論,卡拉比-丘緊致化等等。這是摩天大樓目前的頂端。還有其它一些峰,如波色-愛因斯坦凝聚,分數量子霍爾效應,等等。如同過去幾年證明了的,也是很好的得Nobel獎的論題。給你一個忠告:即便你聰敏絕頂,你還是很可能在某些地方被困。你自己在網上沖浪吧。找更多的東西。告訴我你的發現。如果這個站點對那些打算進入大學學習的人有所幫助,如果激勵了某些人,幫助一些人沿著這條路走,去除了他或者她走向科學道路上的一些障礙,那麽我想這個站點是成功的。請讓我知道。這裏是課程列表。

課程列表,按照邏輯次序(並不是每件事情都必須按照這個次序,但是這個次序近似地指明了不同科目的邏輯關系。一些文章比另一些有更高的級別)(在目前的初建階段,這個網頁還很不完整)

語 言:英語是一個先決條件。如果你還沒有掌握,那現在學吧。你必須能夠讀,寫,說,並且理解英語,但你不用非常的好。這篇文章裏惡心的英語是我自己寫的。那已經足夠了。所有的出版物是用英語的。註意能夠用英語書寫的重要性。不久你將希望發表你自己的結果。人們必須能夠閱讀和理解你的材料。

法語,德語,西班牙語和義大利語可能也是有用的,但他們不是必須的。他們並不在我們的摩天大樓的基礎上,因此不要擔心。你確實需要希臘字母。希臘字母用的很多。知道他們的名字,否則你在做演講用到它們的時候會犯愚蠢的錯誤。現在,開始給出嚴肅的材料。不要抱怨這些東西看起來有點多。你不會免費得到Nobel獎的,並且記住,所有這些將至少要化我們的學生近5年的時間來學習(至少有一個讀者對此很驚訝,說他絕不會5年裏掌握這些內容;的確我是對那些計畫化大多數他們的時間在這個學習上的人說的,並且確實,一些沒有開發的智力假定是存在的)。

基礎數學。你對數位熟悉嗎?加、減、乘、除、開方、等等?

關于數學的很多網上課程可以在這裏找到!(比你需要的要多)

自然數:1,2,3,…

整數:…,-2,-1,0,1,2,…

分數:

實數:Sqrt(2)=1.4142135...,pi=3.14159265...,e=2.7182818...,...

復數:2+3i,eia=cosa+isina,...它們非常重要!

集合論:開集,緊致空間,拓撲。

你可能覺得奇怪,他們的確在物理學中很有用。

DaveE.Joyce的三角函式課程

這是必須的:JamesBinney教授的復數課程(差不多)上面所有的,在這裏!(K.Kubota,Kentucky).還可以看ChrisPope的講義:Methods1-ch1Methods1-ch2

復平面。柯西定理和圍道積分(G.Cain,Atlanta)

代數方程。近似方法。級數展開:Talylor級數。解復數方程。三角函式:sin(2x)=2sinxcosx,等等。

無窮小。微分。求基本函式(sin,cos,exp)的微分。

積分,可能的話,求基本函式的積分。

微分方程組。線性方程組

Fourier變換。復數的使用。級數的收斂。

復平面。Cauchy定理和圍道積分法(現在這很有趣)。

Gamma函式(享受在學習他的性質時的樂趣).高斯積分。概率論。

偏微分方程組。Dirichlet和Neumann邊界條件。

這些是針對初學者的。有些內容可能做為一個完整的講座課程。這些內容的大多數是物理學理論中必須的。在開始學習後面一些內容的時候,你不需要完成所有這些課程,但記住以後要回來完成那些你第一次漏過去的。

一套來自哈佛的非常好的講義;

Lagrange和Hamilton方程的更多講解

A.A.Louro的光學講義

AlfredHuan的“統計力學”教材

DonaldB.Melrose教授的熱力學講義

經典力學:靜力學(力,應力);流體靜力學。牛頓定律。

行星的橢圓軌道。多體問題。

作用量原理。哈密頓方程。拉個朗日(不要跳過,及其重要!)

諧振子。擺。

泊松括弧。

波動方程。液體和氣體。粘滯性。納維-斯托克斯方程。粘滯性和摩擦。

光學:折射和反射。透鏡和鏡子。望遠鏡和顯微鏡。波傳播導論。多卜勒效應。波的疊加的惠庚斯原理。波前。焦散線。

統計力學和熱力學:熱力學第一,第二和第三定律。

玻爾茲曼分布。

卡諾迴圈。熵。熱機。

相變。熱力學模型。

伊辛模型(把求解2維伊辛模型的技術延後到後面)。

普朗克的輻射定律(作為量子力學的前奏)

(僅僅一些非常基本的)電子學:電路。歐姆定律。電容,電感,利用復數計算他們的效應。電晶體,二極體(他們的工作原理以後再學)。

MathematicaforStudentsofSciencebyJamesKellyAngusMacKinnon,ComputationalPhysics

W..J.Spence,Electromagnetism

BoThide抯EMFieldtheorytext(advanced)

傑克遜的書中已經做出的練習題,set1/set2

IntroductiontoQMandspecialrelativity:MichaelFowler

AnalternativeIntroductionNielsWaletlecturecourseonQM(Manchester)lecturenotes

即便是最純的理論家也許對計算物理的某些方面感興趣。

電磁學的麥克斯韋理論。麥克斯韋定律(均勻和非均勻)

介質中的麥克斯韋定律。邊界。求解這些情況下的方程:

真空和均勻介質(電磁波);

在一個箱子內(波導);

在邊界上(折射和反射);

(非相對論)量子力學。玻爾原子

德布洛意關系(能量-頻率,動量-波數)

薛定厄方程(有電勢和磁場)

艾倫菲斯特定理

箱中的一個粒子

氫原子,給出詳細的求解過程。塞曼效應。斯塔克效應。

量子諧振子。

算符:能量,動量,角動量,產生和消滅算符。

他們之間的對易關系。

量子力學的散射理論導論。S矩陣。放射性衰變。

原子和分子。化學鍵合。軌道。原子和分子光譜。光的發射和吸收。量子選擇定則。磁矩。

SolidStatePhysics:notesbyChetanNayak(UCLA)

固體物理.晶體。布拉格反射。晶體群。介電常數和抗磁磁導率。布洛赫譜。費米能級。導體,半導體和絕緣體。比熱。電子和空穴。電晶體。超導。霍爾效應。

核物理。同位素。放射性。裂變和聚變。液滴模型。核的量子數。幻數核。同位旋。湯川理論。

電漿物理:磁流體動力學,阿耳文波。

SeeJohnHeinbockel,Virgunia.

SeeChr.Pope:Methods2

G.'tHooft:Liegroups,inDutch+exercises

特殊函式和多項式(你無需記住這些,隻要能夠理解就行了).

高等數學:群論,和群的線性表示。李群理論。矢量和張量。

更多的求解(偏)微分方程和積分方程的技巧。

極值原理和基于它的近似技巧。

差分方程。產生函式。希爾伯特空間。

泛函積分導論。

PeterDunsby'slecturecourseontensorsandspecialrelativity

Michigannoteson(advanced)QuantumMechanics

狹義相對論。洛侖茲變換。洛侖茲收縮,時間膨脹。E=mc2。4-矢量和4-張量。麥克斯韋方程的變換規則。相對論多卜勒效應。

高等量子力學:希爾伯特空間。原子躍遷。光的發射和吸收。受激發射。密度矩陣。量子力學的解釋。貝爾不等式。向相對論量子力學過渡:狄拉克方程,精細結構。電子和正電子。超導的BCS理論。量子霍爾效應。高等散射理論。色散關系。微擾展開。WKB近似。極值原理。波色-愛因斯坦凝聚。超流液氦。

更多的唯象理論:亞原子粒子(介子,重子,光子,輕子,誇克)和宇宙線;材料性質和化學;核的同位素;相變;天體物理(行星系,恆星,星系,紅移,超新星);宇宙學(宇宙學模型,暴漲宇宙理論,微波背景輻射);探測技術。

Introduction+exercisesbyG.'tHooft

Alternative:SeanM.Carrol'slecturenotesonGR

PierrevanBaal'snotesonQFT

廣義相對論。度規張量。時空曲率。愛因斯坦的引力方程。施瓦茨查爾德黑洞;李斯奈爾-撓茨陶姆黑洞。近日點移動。引力透鏡。宇宙模型。引力輻射。

量子場論.經典場:標量場,狄拉克-旋量場,楊-米爾斯矢量場。

相互作用,微擾展開。自發對稱性破卻,戈德斯通模。黑格斯機製。

粒子和場:福克空間。反粒子。費恩曼規則。派介子和核德蓋爾曼-列維西格瑪模型。圈圖。麽正性,因果性和色散關系。重整化(泡裏-維拉斯;維數重整化)。量子規範理論:規範固定,法捷也夫-波波夫行列式,斯拉夫諾夫恆等式,BRST對稱。重整化群。漸進自由。

孤立子,Skyrmions.磁單極和瞬子.誇克禁閉機製。1/N展開.算符乘積展開。貝塔-薩佩塔方程。標準模型德建立。P和CP破壞。CPT定理。自旋和統計的聯系。超對稱。Introduction+exercisesAmoregeneralsiteforsuperstringsSuperstringtheory.更多的網上講義可以在這裏找到.

書籍

書有非常多的理論物理方面各個論題的書。

這裏列出很少的幾本:H.MargenauandG.M.Murphy,TheMathematicsofPhysicsandChemistry,D.v.NostrandComp.R.Baker,LinearAlgebra,RintonPressL.E.Reichl:AModernCourseinStatisticalPhysics,2nded.R.K.Pathria:StatisticalMechanicsM.Plischke&B.Bergesen:EquilibriumStatisticalPhysicsL.D.Landau&E.M.Lifxxxxz:StatisticalPhysics,Part1S.-K.Ma,StatisticalMechanics,WorldScientificJ.D.Jackson,ClassicalElectrodynamics,3rded.,Wiley&Sons.A.Das&A.C.Melissinos,Quantummechanics,Gordon&BreachA.S.Davydov,QuantumMechanics.PergamonPressE.Merzbacher,QuantumMechanics,Wiley&SonsR.Shankar,PrinciplesofQuantumMechanics,PlenumJ.J.Sakurai,AdvancedQuantumMechanics,Addison-WesleyB.deWit&J.Smith,FieldTheoryinParticlePhysics,North-HollandI.J.R.Aitchison&A.J.G.Hey,GaugeTheoriesinParticlesPhysics,AdamHilgerL.H.Ryder,QuantumFieldTheory,CambridgeUniv.PressC.Itzykson&J.-B.Zuber,QuantumFieldTheory,McGraw-Hill.M.B.Green,J.H.Schwarz&E.Witten,Superstringtheory,Vols.I&II,CambridgeUniv.PressJ.Polchinski,StringTheory,Vols.I&II,CambridgeUniv.Press

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