理论物理硕士

大家好，我是冷言。最近有的小伙伴问冷言作为一个理论物理学的骚年最近你讲科普的次数为什么减少了许多。冷言在这里先不回答到结尾再回答。今天跟大家聊一聊理论物理学未来的发展前景与目前存在的矛盾。以前冷言就说过很多次理论物理学的发展与现在可用科技已经有了很大的脱轨，就是理论物理学方面的理论发展很快，但是实际能够运用东西却很落后。就比如冷言昨天说到的曲率飞船，曲率飞船的论文最早是在1994年发布的。（曲率飞船这个概念在理论物理学界是很早之前就有的，大家可以看一些上个世纪的特摄剧会发现那里也用到了曲率飞船的理论。发布论文必须要有充足的理论依据，但是概念产生可以很早。）就说从论文发布到现在也有20多年了，曲率飞船的实际性研究并没有多少。之前说过美国宇航局有研究，但是因为美国自身原因这个项目很早之前就被停掉了。所以曲率飞船从论文发布到现在20多年一直处于理论状态，想要有一些实际性的进展冷言不知道要等多少年。曲率飞船的事也反映着理论物理学发展也到了某种瓶颈，虽然说理论物理学的蛮多理论是暂时不能用实验去验证的，只能通过理论推导理论，如果理论推导理论没有任何问题的话，理论物理学界暂时认为这个理论是成立的。但是太多理论都是建立于理论推导理论基础之上话，这些理论会显得很架空。所以理论物理学的发展有很多物理家都致力于协调当前物理框架下的矛盾，而目前矛盾最多就是天体物理和微观物理之间的不兼容性。最直接的就是黑洞，所以依照冷言的看法理论物理学在本世纪前期不说整个世纪，主要发展方向应该是凝聚态物理和弦理论。（所以说如果有人在大学学的是凝聚态物理专业，你研究理论物理学应该是比较有前途的。）这也是冷言个人的看法，可能欧洲许多科学家把他们的研究结果都都藏起来了。这样也会导致冷言分析的失误。关于理论物理学存在的矛盾有比较多，冷言简单一个有兴趣的朋友可以研究一下。微观状态下引力和许多量子力学的效应是存在矛盾的。费米子子不能共存是量子力学的铁律，但是如果微观粒子聚集的数量太多，导致引力太大会迫使会费米子共存，这个矛盾已经提出很多年了，但是没有人协调过起初科学家想研究微观粒子引力效应（也叫量子引力效应）这个理论，但是没有办法研究出来结果根本没有用。所以对理论物理学感兴趣的朋友可以收集相关资料，研究一下可能你把这个矛盾协调了，下一个诺贝尔物理学奖就是你的了。最后回答一下小伙伴对冷言的提问，因为冷言最近在研究自己的理论。冷言研究的理论并没有被证实，也没有发表过任何论文。所这个理论是一个不被承认理论或者说不完整的理论研。是不可能把这个理论告诉大家的，因为很可能冷言的理论是错的现在就拿出来讲就会误导许多人，而且冷言自己研究的理论暂时没有找到什么比较贴近生活的简单的例子来说明的这个理论。不知道大家对理论物理学发展的前景有何看法？欢迎在评论区留言。我是冷言如果喜欢我的文章就分享给你的朋友吧。

物理学比较厉害的大学有哪些？根据2017年教育部四轮学科评估结果排名如下：获评A+的只有两所：北京大学、中科大。1952年全国院系调整后，北京大学物理系集原北大、清华、燕大三校物理精英成为我国高校实力最强的物理重镇，并先后创办或参与创建全国高校第一个核科学专业、半导体物理专业、地球物理专业、微电子专业等。物理学院现有物理学、大气科学、天文学、核科学与技术4个一级学科博士点，物理学、大气科学2个国家一级重点学科，天体物理、核技术及应用2个国家二级重点学科，物理学、大气科学、天文学、核科学与技术4个　博士后流动站，物理学、核科学与技术、大气科学3个国家理科基础研究和教学人才培养基地，物理学、大气科学、天文学和核科学与技术4个本科专业。中国科学技术大学物理系，是国家科技人才培养基地和中国科学院博士生培养基地。目前物理系有物理学、应用物理学（凝聚态物理方向、微电子学与固体电子学方向）、光信息科学与技术3个本科生专业和凝聚态物理、光学、微电子学与固体电子学和物理电子学4个博士点，其中凝聚态物理、光学是国家重点学科。工科大佬清华大学，排名第三。清华的老物理基础1953年调整到北大，目前清华物理系的学科方向涉及物理学和天文学2个一级学科，涵盖教育部规定的物理学一级学科下除无线电物理外的全部7个二级学科（理论物理、凝聚态物理、光学、原子分子物理、粒子物理核物理、声学、等离子体物理）以及天体物理1个二级学科，其中凝聚态物理、粒子物理与原子核物理、原子分子物理为全国重点学科。清华物理系具有国家的物理学一级学科的博士学位授予权，还是天体物理二级学科的博士点。物理系设有1个物理学博士后流动站，涵盖了物理学的各个分支学科。 复旦大学物理系创建于1952年，是全国院系调整中由原复旦大学、交通大学、同济大学、浙江大学、沪江大学、大同大学等校部分物理系教师学生合并而成。它的前身是1942年在重庆建立的数理系，迄今已有60余年历史。1993年成为国家理科科学研究与教学人才培养基地，是国家首批设立博士点和博士后流动站的单位之一。1997年被列为“211”工程重点建设学科。现有1个国家重点实验室，3个国家重点学科点，3个博士点（理论物理、凝聚态物理、光物理）和博士后流动站。复旦大学物理系现设理论物理、凝聚态物理和光学3个本科专业，这3个二级学科均为国家重点学科和博士点，并被评为一级学科博士点。上海交通大学物理系于1978年重建。其中凝聚态物理是国家第一批博士点，又是国家重点学科。1999年建立物理学博士后流动站。2000年，获得物理学一级学科博士学位授予权。　　本科专业设有应用物理和光信息科学与技术2个专业，硕士点设有凝聚态物理、天体物理、光学、理论物理和光学工程，博士点设有物理学一级学科博士点和光学工程一级学科博士点。 南京大学物理学系成立于1920年，现已发展成为国内著名、国际有一定影响的物理系之一。1984年，声学和无线电专业从物理系中调整出来，组建了信息物理系（现改名为电子科学与工程系），1994年，以物理系中一些研究组为基础，发展成立了材料科学与工程系。建有具有国际先进水平的固体微结构物理国家重点实验室、固体物理研究所、加速器研究所、应用物理研究所、生物医学物理研究所和理论物理研究中心。学院现有凝聚态物理、理论物理、微电子学与固体电子学3个国家重点学科，设有物理学博士后流动站，理论物理、凝聚态物理、粒子物理与原子核物理、微电子学与固体电子学、光学5个博士生专业，理论物理、凝聚态物理、粒子物理与原子核物理、微电子学与固体电子学、光学、生物物理学6个硕士生专业，物理学、应用物理学2个本科生专业。浙江大学物理系成立于1928年，其前身可追溯到1897年的求是书院。浙大物理系具有辉煌的历史，诸多著名物理学家如诺贝尔物理奖获得者李政道教授，吴健雄、王淦昌、程开甲、吕敏、贺贤土等13位科学院院士先后在该系学习和任教。目前物理系设有物理博士后流动站，物理一级学科博士点。物理系开设有物理学本科专业，每年都有三分之一以上的毕业生免试保送攻读硕士或博士学位。南开大学物理科学学院前身物理系创建于1919年，是南开大学理科建立最早的系之一。著名物理学家吴大猷教授曾在该系执教，诺贝尔奖金获得者杨振宁、李政道教授是该系的名誉教授。从这里已培养出5名中科院院士或工程院院士。1998年物理系改建成物理科学学院，由理论物理教授、博士生导师胡北来先生任第一任院长。物理科学学院现设有物理学系、光电信息科学系、生物物理科学与技术系以及基础物理与实验教学部。物理学院现设有物理学专业、光信息科学与技术专业、应用物理学（生物医学物理）专业和材料物理专业等本科专业。物理系是中山大学30年代初就已成立的院系之一。物理系现有物理学和光学工程2个国家博士学位授予权一级学科。物理学一级学科设有博士后科研流动站，有光学工程、光学、理论物理、凝聚态物理、粒子物理与原子核物理5个博士点，光学工程、光学、微电子学与固体电子学、材料物理与化学、理论物理、凝聚态物理、粒子物理与原子核物理等7个硕士点。此外物理系设有物理学、材料物理学、光信息科学与技术和微电子学4个本科专业，其中物理学是国家理科基础科学和教学人才培养基地，光信息科学与技术专业是广东省高等学校首批名牌专业之一。 武汉大学物理科学与技术学院是在1928年成立的原国立武汉大学物理系基础上逐渐发展、壮大而来。老一辈著名物理学家查谦、潘祖武、江仁寿、桂质廷、张承修、马师亮、李国鼎、周如松等先后在这里研究执教多年。现已发展成为涵盖物理学、材料科学与工程、电子科学与技术、生物医学与工程4个学科门类，多个有突出特色的学科研究方向。物理科学与技术学院现有物理学（人才培养基地班）、应用物理学、电子科学与技术、材料物理学（材料科学与技术实验班）4个本科专业（涉及11个专业方向），有理论物理等11个硕士学位授权点，物理学一级学科博士学位授权点（含理论物理、凝聚态物理、粒子物理与原子核物理、原子分子物理、等离子物理、无线电物理、光学、声学、等8个二级学科。

学科概览什么是物理学？物理是一门研究世界本质的基础科学，万物是怎么组成的，微观粒子是如何隧穿势垒的，引力场内的时间是怎样变化的，光究竟怎样走？好奇心不停地驱使着人们探索，学习世界运行的规律也确实够吸引人，但并非所有的知识都只和有趣的自然现象有关。高速旋转陀螺不倒的现象固然很有趣，但分析受力和不同顺规的欧拉角与现实的关联则涉及复杂的数学原理；薛定谔的猫的故事固然神奇，但当生动的宏观例子具体到一个个用波函数描述的量子态上时，你还能不能静下心来分析它的本征值本征态？在学生阶段，要学习的内容很多元，周期很长（部分具体内容将在下文稍加介绍），除了复杂的四大力学和各种相关数学知识，在本科期间时间，学生还需要快速学习和掌握各种技能如编程，数学方法，使用各种仪器，甚至一些简单的第二外语等等。虽然需要学习的知识看起来繁杂，但他们隐隐连接在一起，所有的技能都支撑着你去理解更深更复杂的物理理论知识。 这些知识都是前人探索的成果，甚至有些到现在都还只是猜测，而主要学习阶段结束后，学生要根据自己的兴趣选择一个研究方向，参与科研。进入科研阶段之后，就完全是一种新的生活。此时你不再像本科阶段那样有大量自己的时间，生活中大多时间要在实验室或者办公室里，一切思考和事件都开始和物理有关；当你的算式解不出想要的结果，实验数据一直异常时，教科书上和前人的研究中也已经找不到你想要的答案 。虽然有老师和学长学姐的指导，但你的课题终究需要你自己的思考。这个时候，你最初的好奇和雄心是否保持不变？ 一代一代的物理学家数学家想象了不同的理论和假设来诠释世界为什么是这样运行，它们不停地被后来新的物理学家所验证或修改，也有源源不断的 年轻人加入探索的行列，就像你们和我。 在漫长的岁月中，你一个人在办公室看着文献，身边一杯茶，在茶杯的另一边，一定有很多并不真实的影子，波色、薛定谔、欧拉……他们沉默着，和你一起看着屏幕里他们的晚辈、你的前辈或同事的实验成果。在无数个日夜中，这些人一直陪伴着你，你之前所有的学习过程凝聚成各种各样的人的幻影，你不是他们，但你带着他们的心血前行 。很多人对学物理的人有一种误解，觉得这个群体就是不通人情，不懂浪漫，每天只和公式打交道，生活极其枯燥。但难道对世界的好奇心，在未知中摸索没有被人发现过的秘密不是一种最高等级的浪漫吗？专业方向本科培养体系很多专业都可以以物理本科为开端，因为物理对数学，建模，编程等能力的高要求，本科学物理将来再转行一般不会太难。 理论物理 纯物理主要研究现代物理理论，除了物理基础以外，对数学基础和建模能力要求也极高，一般希望读纯物学位的学生将来会继续读PhD然后做四五轮博后之后在高校谋求教职。还有一种情况是纯物的本科生在进入研究生阶段直接转行金融专业，此时只要稍加补充一些法律和经济知识便可如鱼得水。 工程物理 工程方向一般是培养解决实际问题，和如何将物理理论应用于商业产品（或服务）。虽然工程方向学习周期没有纯物长，但一般来讲读Master还是有必要。一般在毕业以后就业范围极其广泛，业界众多企业都需要工程方向毕业生帮忙做设计。 生化物理 生化方向一般属于物理系的凝聚态分支。生物物理一般情况下都是研究soft matter的种种性质，从而将这些性质应用于对人或其它动物的治疗手段上。而化学物理同样是凝聚态方向，但研究的则是各种元素组合成的分子在不同状态下的性质，一般也成为材料科学。生化物理在业界就业同样广泛，企业实验室需求量很大。PhD研究细分方向PhD阶段物理系所有分支都属于纯物，工程学院和化院分管工程和生化分支。即便是纯物一个分支，其中也是方向众多。宇宙学 宇宙学主要研究对象是天体以及星系的运动，起源和变化，以及宇宙中各种辐射。有的与高能物理的交叉方向会涉及暗物质和黑洞吸积盘等，比如著名的大爆炸理论（Big Bang Theory）就属于这个范畴。 凝聚态 凝聚态（Condensed Matter Physics，又称CMP）是用已知或猜测的相关定律解释不同物质在不同凝聚相下的物理或化学性质。凝聚态可与化学， 纳米技术等学科进行交叉并将结果应用于商业行为，主要研究超导性质与分子表面结构的关系。由于物质种类数量众多，凝聚态研究人员需求量也很大，凝聚态应该说是所有纯物理学科中就业率最高的分支。 AMO AMO全称Atomic, molecular, and optical physics，顾名思义，是研究物质与物质或物质与光的相互作用，利用粒子吸收或放出光子的行为控制其能级。此方向现在最热门的应用是量子信息实验的分子制备，如用光路将激发态的分子降为基态等。 高能物理 高能物理旨在原子核中基本单位间的相互作用，这些基本单位之间的相互转化需要或放出极高的能量。著名的粒子加速器即为高能物理的研究手段之一，一个超大型量子对撞机的科研经费动辄数百亿美元，除了建造成本还创造了数以万字的科研岗位空缺。一个高能物理的课题一般需要相当多的人和机构之间的合作，一篇高能物理的文章甚至可以前两三页都是作者署名。 量子信息学量子信息学包括量子密码术、量子通信、量子计算机等几个方面，是量子力学与信息科学相结合的产物，是以量子力学的态叠加原理为基础，研究信息处理的一门新兴前沿科学。量子信息学将对计算速度产生革命性的提升，同时又将提供一种更为安全的通信手段，其商用价值无可估量。申请方向选择因为本科物理学的内容很基础，在申请研究生或者PhD的时候可选的方向很多很多。除了物理系的三大主流方 向（理论、AMO、CMP）以外，还有生物系的 biophysics，化学系的 Chemical Physics， 工程院的 Applied Physics、 EE、 MSE、 ME等等。因此申请者一定要认真把握自己真正的兴趣究竟在哪里，自己读完硕士/PhD之后究竟想干什么。很多人都是很盲目地做出出国这个决定，又很盲目地做出申物理系的决定，尽管自己并不喜欢做物理也不想当 faculty。很多人认为， 因为本科学的是物理，所以以后申物理肯定最好申，于是就只申物理，而不去看别的系，这就走了弯路了。因为物理并不一定比交叉学科或者工科容易申，尤其是 top school，他们的交叉学科和工程专业都很喜欢招物理出身的人。而且，很多大学的物理学院专业里面也只有物理学是纯物，其它的专业细分与工科交叉交大。比如光信就是 EE 中的 Optics，材料物理就等同于 MSE，应用物理翻译过来就是 Applied Physics。对于这三个系的同学，申物理系才算是“转专业”啊！所以，除了那些对于那些真正执着于理论物理的同学们，申请者需要放宽思路，从多个系的多个方向里选择最适合自己的。 当然，作为一个只学了三年基础课的本科生，从那么多方向里选择出自己最感兴趣的方向，的确很难很难。如果你看了某篇文献或听了某个讲座后对某个小领域（比如弦论、 STM、纳米光学、超导、 Topological Insulator，激光冷原子等等）一见钟情，非它不做，那恭喜你选方向的任务已经完成了。如果没有找到最适合自己的小方向，那就多看看各个系、各个方向的网页，多听讲座多读文献，选择一个大概的方向（比如说，光学、凝聚态、材料等等），来寻找自己感兴趣的方向。选校建议即便是学习同一学科，身处不同人生阶段的同学，甚至相同阶段但抱有不同理想和计划的同学所适合的学校也不同，可以说没有最好的学校，只有最适合你的学校。在此有一些针对不同人群的择校建议可供参考。本科学习在本科阶段选择基础学科如物理作为专业者，未来发展方向十分宽泛，有留在学界继续深造者，更多则是选择在毕业之后研究生阶段转行至业界，以金融或工程，甚至其他作为发展方向。对于有意转行的人群，在本科择校时不推荐盲目按照专业排名申请学校。 以转行金融为例，在本科时发展人脉比之积累学术沉淀更为重要，此时可适当观察选择数学或金工强校，以求在学期间拓宽视野，在结识良师益友的同时，得知在毕业后转行和发展过程中有用的信息。再以欲转行工程者为例，则应看重学校与对口企业的合作与实习机会，而非一味追求学术排名，学界活跃的大学一般与业界名声良好的大学重合度很低（除藤校等顶尖大学外）。如新泽西的史蒂文斯理工学院，业界校友众多，甚至在跳槽和申请工作的时候颇有互相帮助的风格，然而在学界却学者寥寥，存在感极低。而对于将来的事业还没有太明确规划的同学，建议在择校之前尽量明确发展道路。若实在模棱两可也是很正常的，希望同学不要焦虑，此时在择校过程中，确保学术水平的同时可以多多考虑自身喜好。美国地界广阔，贫富差距十分悬殊，一些大城市如纽约湾区等地，有纽约大学，哥伦比亚大学，加州大学欧文分校，洛杉矶分校，都以娱乐生活风生水起著称，众多世界级博物馆画廊等等就在身边，其生活水平比之北京上海也不遑多让。而出了一二线城市的辐射范围，娱乐生活则十分匮乏，但也没有了满眼人群及交通混乱的烦恼。著名玉米地学校 普渡大学身处一片菜地之中，康州大学则占山为王拥有一片小山头，一进此类学校，则很难出门，但也可以享受宁静的生活状态。故而若自己对生活状态有偏好，择校时可多多考虑生活方面而非学术。院校排名对于物理学的专业排名，申请者一般可以参考的数据主要是US News的研究生项目排名，以及上海交大的物理学学术排名。而综合排名更大程度上反映的是学校的国际声誉，因为这个指标是基于本科生教育的排名，而研究生项目的排名更多的衡量了学校的学术水平。对于物理系，一般认为 Physics 的整体排名的重要性大于各个小方向的排名。一个物理系的整体排名很大程度上反映了这个系的 faculty 质量和学术氛围，而各个小方向（比如AMO或者CMP之类的）的排名更多是依据这些小方向的 faculty 规模排的。对于工科，工程院的整体排名和要申的系的排名都可以参考一下。专业排名的高低，大体上是能反映申请的难易程度的。所以，可以根据自己的硬件定位好申请学校的排名档次。特别是对于希望申请物理专业PhD项目的同学来说，绝大多数已经对自己的研究方向和学术道路有了明确的计划和想法，故而对于此类人群，在选择学校的时候最该看重的是项目组的好坏而非整体学科排名甚至研究方向排名。此外很多顶尖学校的项目组或实验组都在处于起步状态时广邀学生，甚至不顾学生硬件水平有没有满足本校一般的录取条件，有时会出现“破格录取”的假象，很多学生会因向往学校的名声而飞蛾扑火一般入组学习，但结果往往很差。以量子信息实验方向，冷分子实验室为例，这种是典型的物理实验室，从其起步时段算起，到实验台完成度足以进行一些基本实验，其中需要耗费大概三年的时间，若一个PhD学生在实验组起步时被征召入组，到实验台搭建完成，再到进行创新实验进行课题，保守估计五年已经过去了。一般学校为PhD提供funding的时间在五年到六年，而此时课题还未完成，论文还未发表，就会出现延毕，甚至自费读博的悲剧。就算是完成度极高又声名很大的项目组，也不一定是适合你的。如马里兰大学量子中心某组，挂着数学系的名号却实际上要求组员学习编程等知识，在研究过程中用到最高深的数学知识竟是微积分。但Boulder同方向项目组则侧重数学，多应用群论拓扑等理论。故就算是同种项目组，也需要深入了解，分析哪个更适合自己再做打算。地理位置地理位置是绝对不能忽视的一种选校依据，当你最后有几个学术声誉差不多的学校的 offer 时，常常会选择地理位置最适合自己的学校。毕竟， PhD 的生活至少需要五年，如果一个喜欢热闹的人去了大农村估计会闷死，如果一个喜欢安静的人去了大城市肯定又承受不了周围的烦躁。还有一个必须考虑的问题就是治安。如果一个学校靠近黑人区，那么最好不要申。如果一个学校接二连三的出枪杀砍头案，那么也要注意了。一般对于物理这类的基础学科来说，较为清静的环境是有利于培养坚实的学术基础的。当然，清净并不意味着去太偏僻的与世隔绝的小村庄，毕竟在做实验的过程中还是要从外界购买各种实验仪器和原材料的，而且地理位置的学校一般与国际学术圈的交流也更多一些。所以，像 Princeton， Berkeley， Northwestern 所在的环境优美的小镇，是最适合潜心研究物理的。至于纽约和洛杉矶这些大城市，或者 UIUC 这种偏僻的玉米地，可能不是每个人都能适应。 再有就是气候、人文环境等等，看看是否适合自己。中国人一般最喜欢加州， 其次是东海岸，最后是中部和南部。当然如果你随遇而安，对地理位置没有任何要求的话，尽量少申加州，多申几个地理位置差的但学术声誉好的学校。这样能有效地避开激烈的竞争，最后说不定会有意外的惊喜。PhD导师的选择如果你选定了一个特定的研究方向，那么你的选校就要以 potential advisor 为主了。在学术道路的起点，遇到一个好老板是三生有幸的事情。那么选老板的依据是什么呢？ 首先，老板要 nice！这一点比老板牛不牛更重要。因为老板牛不代表他会带学生（有可能主要依靠博后来发文章），而且曾经牛不代表以后继续牛。 但是，如果老板 nice，稍 push 但不是那种变态的 push，当你有事情找他时他总能抽出时间，当你有问题时他总能认真解答，那么你肯定能学到很多东西。遗憾的是，如果我们不进一个组待一段时间，很难观察出老板是不是 nice。有一个方法是，多联系这个老板现在的学生和已经毕业的学生，看看他们对这个老板是怎么评价的。还可以抓住一些面套或者onsite面试的机会，当面跟老板聊聊。 其次，当然还得看老板牛不牛。一个“牛老板”，首先当然是发 Nature/Science/PRL 多的 老板，而且论文被引频次很高。不过更重要的是他的学生的毕业出路。想做 faculty 的话，要看他的学生毕业后去哪儿做了博后，之后又去哪儿当了 AssistantProfessor；想进 instry 的话，要看这个老板是否跟工业界有合作，学生毕业后是否进了知名的大公司。 再者，对于导师学术水平的评判，可以先看该教授发表文章期刊的档次。如果 pulication 里充满了 Nature、Science、 PRL，不用再细看也知道很牛。其次，绝大多数情况光从期刊上看不出来一 篇文章到底有多大价值。比如很多在 PRB上的文章要比 PRL的更详尽、更有价值， 很多 PRL 的文章要比 Nature、 Science 更物理、更重要。这个时候，看期刊就是肤浅的，我们要看该教授发表文章的引用次数。引用率对不同的领域有不同的标准。一般领域越大，比如纳米，其文章引用次数相对也越多；而领域越小，如量子霍尔物理和 STM 等等，文章引用数比起来就要少不少。一般来说，一篇文章 如果能单篇被引超过 50 次甚至到 100 次，就是很出色的了。此外，有一个很重要的指标叫 H-index，如果一个教授的 H-index 是 20，则说明该教授迄今为止有 20 篇文章单篇被引次数超过 20 次。一般来说， H-index 能达到 20-30，该教授就应该算是较成功的物理学家了，若达到 40-50，则此人必是大牛。此外，还有一个叫做 physics author rank 的网站，会对物理学家按百分比的形式排名，大家可以参考一下。当然除了 pulication， 选导师更重要的是导师的人品。这就需要大家从该组的师兄师姐或者其他途径打听了。此外， 不是跟大牛就一定好，这要根据个人的性格而定。有的人自主性强，心理素质好； 有的人自主性不强，心理素质不够好，于后者而言，也许跟一个年轻的 nice 的 导师，比跟大牛更合适。 院校概览除了耶鲁哈佛等这些老牌名校，美国还有很多适合物理学者深造的小众大学：I.学术在细分方向属于顶尖水平但综合排名不高： 例：Rochester University, Colorado University – Boulder, SUNY University of Stony brook…… 此类学校在本科申请时时常被忽略，因为很多同学认为本科学校最重要的是综合排名。但对于希望在学术上继续深造的同学来讲，在本科时期结识业内有名的教授是相当重要的，因为申请Graate School的时候如果得到他们的推荐信，对申请工作事半功倍。很多本科生在大三大四都会参与research 工作，本科选择此类学校将有很大希望在有名的大佬手下工作并很容易做出一些对本科生来讲很优异的成果。罗切斯特为本科生提供宇宙学，生物物理，凝聚态，高能，量子光学（cooling and trapping方向）等等research opportunity。研究方向几乎比一些学校的PhD研究方向还多。而科罗拉多大学量子中心世界顶尖，也为自己的本科生提供入组实习的机会，并且有奖励学分。石溪大学更不必说，著名核物理学家、诺贝尔物理奖获得者杨振宁在该校执教37年，几乎全世界学习理论物理的学生都对石溪的杨所都心怀向往。II.专业排名不高但项目发展前景很好：比如Brandeis University, Drew University… 布兰迪斯大学近年新推出的跨学科项目 (Independent Interdiciplinary Major) 在业界风评甚佳，物理，数学，计算机，工程等系学生皆可申请。虽然布兰迪斯在传统意义上属于文科院校，但出自其跨学科项目的学生却在工作市场上炙手可热，而且也属于STEM范畴内，在申请绿卡或工作签证的时候会受到一定优待。 德鲁大学则更是名不见经传的小学校，但其排名低不意味着实力差。申请Drew时有机会入选Baldwin Honorship，一旦入选，入学第一年便要选一门代号为HON的课程。此课程一般每年有十个左右的学生有机会上，但其教授达到12个之多。十二个教授皆为新泽西著名药厂实验室（Pfizer, Novartis，Merc等 ）或医院实验室的退休研究员。将一对一辅导学生，手把手教他们进行人生中第一次research。而且此校与藤校哥伦比亚大学有合作项目，特定专业（包括物理）学生只要在前三年GPA达到3.5（十分简单），即可参加哥伦比亚大学的3+2项目，在本科第四年入学哥伦比亚大学工程学院，经过两年的学习即可拿到Master学位。III.美国之外的其他学校： 除了美国，其他国家也有很多学院项目各有特色令人向往。如加拿大的PI（Perimeter Institute for Theoretical Physics），此院校不同于美国传统Master项目，其学习时间只有一年，在一年时间里，学界大佬如年轻有为的Neil Turok，Kevin Costello教授四大力学，并有其他学校或组织的来自各个领域的博后或教授开seminar，带学生了解每个研究方向的真实生活。 欧洲有著名的剑桥，帝国理工，布里斯托，格拉斯哥等等，申请难度比美国低一个档次，但是费用昂贵。其他学校如University of Tokyo, Swiss Federal Institute of Technology Zurich, University of Munich等也是物理名校，虽不处在英语国家，也有英语项目可供选择。再就是大名鼎鼎的马克斯-普朗克研究所（Max Planck Institute， MPI），其研究领域的成绩享誉世界，虽然没有硕士项目，但是对于国内读完硕士的申请者来说，德国3年制的PhD项目是一个不错的选择。课程设置本科培养体系本科物理专业所要求的课程大同小异。在第一年要求上大物一和二，还有微积分的一系列课程，难度水平跟国内高中差不多。进入第二年之后，物理系的学生就要开始学习一些现代的物理概念，一般学校会设置有modern physics，包含简单的原子分子，量子数，和狭义相对论等等。而为了理解以后的高阶物理课，此时的物理系学生要上数学物理方法以提前接触一些简单的数学知识帮助理解抽象的物理概念（大概包括复数分析，线性代数，微分方程，傅里叶变换等等）。有的学校，如纽约州立大学系统，为了衔接大物中的简单概念与以后要学习的量子和电磁学概念会引入一门专门讲waves性质和特点的课，这门课也是物理系的必修课之一到了大二下学期，之后学生就要开始学习真正的物理基础课程：四大力学。包括经典力学（半年），研究宏观物体低速情况下的运动，略微介绍拉氏量，运动方程等概念；电动力学（分为上下，一共一年）：研究静电场，磁场等影响粒子的方式（在本科中不涉及任何关于相对论的知识）；量子力学（分为上下，一共一年）：研究微观粒子，介绍不确定度与波函数等概念；最后是热/统计力学（半年）：介绍热力学四个定律，以及热，功，熵等概念。 四大力学是物理系学生最重要的基础课，无论如何一定要学好。但是除此之外，根据学生将来的发展方向不同，要毕业还需要选修一些别的课程：i. 物理：如果倾向于毕业之后继续在物理系深造，则除了物理课还需要学一些进阶的编程技能，时下最流行的是c++和python。还有数学知识，包括实变，复变，常/偏微分方程，线性代数，群论等。而在本科的最后一年，最好选上本校的研究课程，即跟着一个实验组做research，参加组会，做一些力所能及的工作，并撰写毕业论文。ii. 工程：如果是毕业之后希望从事工程工作的学生，或者参加如哥伦比亚大学3+2项目，则最好再选修一些电子、电路设计方面的课程。并且需要掌握工程专业各种开发软件的应用。 硕士课程传统的物理学硕士课程体系其实非常flexible，因为物理学的内涵广泛，选课自由度也就非常的大了。比如普林斯顿大学的物理学硕士项目，第一年为学生上课（6-8门课），第二年进入研究阶段。授课的范围主要覆盖三个方向： 量子力学与量子场理论Quantum Mechanics 量子力学 Relativistic Quantum Theory 相对论量子理论Introction to High Energy Physics 高能物理导论 凝聚态物理与生物物理学 Introction to Condensed Matter Physics 凝聚态物理Atomic Physics 原子物理学 Biophysics 生物物理学（计算生物学）广义相对论和高能物理 Introction to General Relativity 广义相对论导论 Advanced Topics in General Relativity 高阶广义相对论 Introction to High Energy Physics 高能物理导论当然，除了这种理论物理的硕士之外，还有应用物理的硕士项目，或者其他交叉学科的物理学硕士。比如生物物理学，是物理学与生物学的交叉，有时也称为计算生物学，因此与计算机科学也有一定程度的交叉。物理学与经济学和金融学也存在一定程度的交叉，比如金融数学领域所应用的随机偏微分模型基本上都来自于物理学，所以物理学的同学去读金融数学的项目也不存在很大的跨度。 PhD课程体系在PhD的前两年中，大部分学生还是需要上课的，同时兼职TA的工作。在这两年中，PhD学生要继续学习进阶版的四大力学，时间设置跟本科的四大力学时间比例相同，并根据自己的研究方向选修其他的专业课程。如专攻宇宙学的学生要选广义相对论，专攻凝聚态的学生则要选固体物理，等等。物理系的TA工作基本包括给本科生带大物实验，判作业，判考试卷子，和带recitation等等，工作时长一般可达到一星期20小时。 在前两年的课程学习之后，学生要参加qualification考试，通过考试者正式成为PhD candidate，并加入学校的实验组进行research，此时就要开始立课题，为发论文毕业做准备了。申请规划本科申请申请本科并不是一件困难的事情，难点在学校的选择。总的来讲，申请本科的硬性要求只有SAT/ACT和托福或雅思成绩，还有高中的gpa。但是如果想稍微进好一点的学校，则还需要考物理AP和数学AP。对于国内的理科生来讲，物理和数学AP并不难，需要花时间准备和刷分的是SAT/ACT和语言考试。如果想申请好一点的学校，SAT要考到2100分（满分2400）以上，ACT则一般需要32分（满分35）以上，托福基本需要108分（满分120），雅思7.5左右。如果考AP的话最好是满分。 很多本科学校也需要申请者提供推荐信，这对于高中生是一件很头疼的事情，但如果不是特别突出的推荐信，对申请的帮助不大，可以不用过分纠结。而本科学校申请麻烦在除了统一要求的personal statement之外，很多学校要求申请人根据要求写一些小paragraph，每个学校的题目都不相同，所以申请时尽量早早建立账号，就算不立刻填写申请表也要早看看有没有要写的essay或者paragraph以提早准备。 申请季一般开始于申请者11年级结束的暑假，所以推荐申请者11年级时就开始准备各项考试如SAT或ACT，给自己留出足够的时间多刷几次分。AP物理和数学考试对中国高中生来讲并不需要花太多时间准备，选在自己时间宽裕的时候考就行，需要注意的是要在考前一个月背背相关单词，考试前一个星期做做模拟题就够了，主要把时间留给准备SAT以及语言考试。所有考试成绩在11年级结束前准备完毕，之后在申请网站填写资料和成绩并请学校寄出成绩单即可。MS/PhD申请申请Graate school的物理系，标准化考试方面需要GRE General，语言成绩，和GRE Physics Subject，其他还需要本科说得过去的gpa和质量高的推荐信。对申请物理系来讲，GRE General并不需要太高的分数，只需要达到verbal 150以上，Quantitative 170（满分），writing 3.5。语言成绩也不是很重要，跟本科标准差不多。需要认真准备的是GRE Physics Subject，在很多学校网站上都写着这一项不是必须的，但实际上如果想申请好一些的学校就必须考，而且一定达到90 percentile以上，如果连80 percentile都没达到则最好不要递交此成绩。GRE Physics Subject考试反映了申请人基础知识的掌握程度，是申请中很重要的一项。 和GRE sub重要性不相上下的是三封推荐信。推荐信一定要选能给自己强推的人写，弱推甚至不推的信基本都是起反作用。推荐同学们在自己实验室的老板，小老板，或者擅长的专业课教授中选择三个人给自己写推荐信。一个大佬或者和自己很熟悉的教授的强推对申请起的作用甚至超过subject考试。但要注意的是，很多大佬在学术界人缘并不好，这种推荐信可能反而会让你被拒。Graate School的申请有十分复杂的因素，并不如本科申请那样单纯，建议在申请前调查自己申请的教授所做的研究。 以上都做好了的话，套磁并不是必须的，可以随手给你看中的课题组老板发封邮件介绍一下自己的基本情况（但也逃不过成绩）和研究方向以及毕业论文，如果老板看中你自然会endorse自己的department给你发offer，如果老板没有回复则意味着委婉的拒绝，此时不要强行套磁惹人厌烦。与套磁同理，Statement of Purpose应实事求是，不要写的太过花哨，应主要强调申请者做过的research以及发表的文章，物理系最看重的是科研水平而非你的个人品质。 大一一年的时间必修课都十分简单，在此期间最好自己开始预习以后的专业课，看看教科书。大二要开始上专业课了，此时专业课并不难，而且教授一般会放慢脚步让学生慢慢适应，所以此时最适合开始准备GRE General 考试。 此项标准化考试对任何理科本科生来说都很难，其涉及的单词量巨大，所以准备周期也很长。个人建议在做任何习题之前，先花两个月的时间把核心单词（大约三千个）背熟，然后开始做真题及magoosh。大二结束前，力求将GRE general考得越高越好。虽然GRE General对物理系学生申请帮助不大，但它却是很多顶尖学校的门槛，如果申请人其它综合素质都很好，而仅仅是因为GRE分数不够高被藤校拒绝就太遗憾了。在大二下学期及大三整个一年，必修的四大力学应该已经学完了，此时应利用大三的暑假准备GRE Physics Subject考试。对于此项考试，尽量能考多高考多高，这是最重要的一项标准化考试。大四开始已经进入申请季了，此时最重要的是先挑选学校，明确自己的研究方向，进而开始申请。就业前景学术界：物理学属于比较复杂的基础科学，一般来讲希望以后留在学界的物理系的学生需要读完PhD之后再做几轮博后，边做research边找教职。一旦拿到AP的offer就进入高校任职，带自己的实验组，之后凭借研究和教学成果申请tenure。业界： 学术界并不是学物理的唯一出路。加州理工，北卡等名校也有针对物理系学生转金融工作的项目。而且由于在过去的学习过程中接触过大量建模练习，数学知识还掌握了一些编程技巧，物理系MS毕业生转行金融也很容易，很多咨询公司和银行非常喜欢招聘物理系学生并对其进行培训。quora上甚至有问题是“Why are there so many physics majors and PhD’s in finance?( 为什么金融界有那么多物理系学生)”。上图一目了然的展示了物理系PhD毕业之后的就业方向和工资水平。可以看到，毕业后只有不到五分之一的PhD还留在学界，而其他人都纷纷转行。虽然这个数据反映了毕业继续做研究是一件很艰难的事情，但也可以从侧面看出，物理系毕业生就业选择之广泛，再加上图二数据，不难看出各个群体的收入都十分可观（除教育工作之外，但实际上从事教育工作的人常常有如做tutor之类的外快可以赚，而此处只列出主业收入并未将副业包括其中）。 现在网络上很多信息喜欢以收入薄弱、科研清贫来劝退物理系学生，而且大部分都是物理系PhD甚至博后发表的言论。这其实都是他们的一种很不负责的自我吹嘘方式，为了体现他们自己能够忍受平淡枯燥的生活而突出学习物理这个学科的缺点。而实际上他们所列举出的所谓缺点并不应该成为热爱物理的学生不学物理的理由，毕竟业界各大公司也都知道，在学生期间学到的知识并不是最重要的，重要的是学习的能力。或者换句话来说，学物理的人再去学其他学科，都会发现很快就可以上手，故而物理系学生的就业方向并不如人们所想象的那么窄，事实上物理系是集中将来的科学家，程序员，工程师，医生，药师，交易员，咨询师等等各种广泛人才的专业。请同学们不要被网上的各种不负责任的单方面言论吓到，只要能够在学期间好好学习，再冷门的专业也有广阔的就业前景。

物理学在20世纪的时候出现的最多，当时出现了很多伟大的人，那个时候最流行的就是大家坐在一起讨论最新发现的物理知识。首先就是最受大家尊敬的爱因斯坦，他可以说是人类的一个恩人，给我们带来了很多的便利，并且他还告诉我们，不要简单的而将一个引力看作是一个力，而应该将它看做是一个空间的扭曲。很早以前就已经在原子核的内部提出了，两种新的基础作用力。一种是强的作用力，一种是比较弱的作用。这两种作用力一直都影响着在物理方面的专家，因为它向我们描述了宇宙中已经存在的，所有的粒子还有力。之前物理学的发展是非常好的，但是到了新世纪以后在，这就突然变得艰难了起来。虽然还是有一些能够引起人注意的发现，但是这些理论其实在很久以前，伟大的物理学家就已经预言过了，只是那个时候的技术还不能做到。换句话说，其实我们并没有什么新的发现，有的成果不过就是证明了前人的一些想法。并且前人的想法，依靠我们现在的技术还是不能完全证实出来，还有很多是没有证明的，这说明在那个时候，物理学的发展确实是非常好的。更加令大家觉得沮丧的是，近代物理学的预言没有一个成功的，这就说明我们不光在技术上没有什么成就，在想法上也没有进展。但是这也并不是说近代的科学家都在闲着，相反，期刊上面发表的一些研究比任何时候都要多。但是虽然有这么多的论文，还是没有让我们对宇宙方面有更多的了解，至少不会像上个世纪那些物理家那样，对大家的影响深远。其实现在很多专家，不光是在物理方面的专家，还有其他方面的，他们都存在一个相似的问题。就是大家都只停留在了理论上，虽然发表了很多的文章，还有建立很多的模型，甚至举办了很多的会议。但是这些事情永远都只停留在理论上，根本没有实质性的进展。这和上个世纪有些非常明显的区别，那个时候的人，所有的事情都是建立在动手操作上的，在操作了之后，才会写文字发表论文，因此即使是预测，也是有明确证据的。现在的人在发表论文的时候，很多都是靠着自己的想象，或者是在别人的基础上进行想象，得出的结果自然就是错的。同样，世界上其他地方对暗物质的粒子研究也是这样的，直到现在还是没有任何关于黑暗粒子等的发现。而且，如果到现在为止弦理论还是没有办法进行实验验证的话，那么之前所说的多元的宇宙，也就是我的宇宙其实只是所有宇宙中的一个，这个说法在科学家的眼里看来，就像是一本科幻小说一样。将宇宙说的非常神奇，甚至所有的理论证明都有，但是就是没有得到实际的验证。不过也有人说，物理之所以发展成现在这个样子，是因为它被数学给误导了，因为在以前，我们的物理还是一个纯粹的物理知识，有的就是实验还有推测。但是自从数学的介入以后，很多人都沉迷在了无限的推测之中，却忘记了科学的本质就是验证。研究物理的人过去主要解释的是一些观察到现象，但是现在，他们开始解释一些没有看到的现象，甚至连这件事情会不会发生也不去验证。现在的理论物理确实很让大家失望，但是如何纠正也会一个非常重要的问题，我们最先要做的就是将实验放在第一位置，在得出结果的基础上，开始理论的研究。

物理学是一门古老并运用广泛的学科，力学是物理学最先诞生的门类。由于物理是很多学科研究的基础，因此而衍生出理论物理、高能物理、量子物理、核物理等庞大的家族。物理学的研究方向很多，例如凝聚态物理、材料、光学、原子与分子、核物理等等。物理学是现代科学的基础，主要学习高等数学、普通物理学、固体物理学、数学物理方法、理论力学、电动力学、热力学与统计物理、量子力学等课程。由于物理学专业学习内容广泛，学生基础知识扎实，可塑性较强，因而该专业得到各个行业的重视和青睐，毕业生可在物理学或相关的科学技术领域中从事科研、教学、技术和相关的管理工作。如到电子信息、材料、金融、计算机、电机电器等行业就业。具体职业例如：高中物理教师、初中物理教师、销售工程师、研发工程师、光学工程师等。下面是麦可思统计的物理学专业就业情况表：物理学专业各高校开设较为普遍，如果考生对物理学情有独钟，哪些值得报考呢？仅推荐在教育部学位与研究生教育发展中心公布的全国第四轮学科评估结果中获B+以上的高校：在上面这些高校中，本文因篇幅所限，仅推荐以下三所：一、中国科学技术大学的物理学在全国第四轮学科评估中获评A+类。该校物理系是国家理科基础科学研究和人才培养基地和中国科学院博士生重点培养基地。50年来，共为国家培养各类高级人才5000余名，毕业生中已有6人当选中国科学院或中国工程院院士。目前每届本科毕业生约150人左右，80%左右的同学在国内外著名学府继续深造，由于专业基础过硬综合素质高，物理系研究生毕业生受到相关用人单位的的广泛欢迎，就业地点多分布在北京上海等大中型城市以及海内外经济发达地区。二、南京大学的物理学在全国第四轮学科评估中获评A类。因为物理学专业的学生发展后劲足，不少注重长期发展规划的单位，如华为、英飞凌、瑞声等，将南京大学物理学院做为重点招聘单位。南京大学物理学院毕业生的发展前景良好。截止 2018 年 4 月，共有 49 人拿到境外学校的 offer，83 人在大陆高校继续深造，其中保研人数62 人，已经有 21 人拿到单位录取通知，确定了工作岗位。就业去向多为华为、江苏银行总部、京东方科技集团、歌尔声学、华为南京研究所、上海立时飞讯有限公司、南京网觉软件有限公司、深圳三诺数字有限公司、无锡先导智能装备、嘉兴万科房产开发有限公司等知名单位。 三、北京师范大学的物理学在全国第四轮学科评估中获评B+类。该校物理系实行4+X人才培养模式,旨在通过提供选择和分流培养，构建出高层次、高质量、多元化，强调个性和综合发展的培养模式。“北师大”物理系近三年保送攻读硕士学位研究生（包含教育硕士）及硕博连读研究生的比例为25%－30%，毕业生读研究生比例50～60%。物理系毕业生就业率98%－100%（个别毕业生第二年考研），主要就业于中国科学院等科研机构、计算机及信息产业、金融及保险机构、国家机关、出版社、高等院校、重点中学、自主创业等。

本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。基本粒子和力的标准模型目前已经快要达到我们所想象的“完成”状态。每种不同形式的基本粒子，都是在实验室里被创造出来，并在测量后被确定性质。最后的顽固分子——顶夸克和反夸克，微中子和反中微子，以及希格斯玻色子，也都落入了我们的探测陷阱。特别是最后的希格斯粒子，解决了物理学中一个长期存在的问题：现在，我们可以自信地解释这些基本粒子的静止质量从何而来!图片来源:E. Siegel，摘自他的新书《银河系之外》。这确实很棒，但这并不意味着我们完成谜题的一部分后科学就此结束。相反，这还有一些重要的后续问题。比如我们总是在问，“接下来会发生什么?”但当说到标准模型时，我们却还没将它完全搞清楚。对于大多数物理学家来说有一件事特别重要，为了找到它，希望先思考一下标准模型的下列性质。图片来源:NSF, DOE, LBNL，和当代物理教育项目(CPEP)。一方面，弱力、电磁力和强力都是相当重要的，这取决于相互作用的能量和距离。但万有引力呢?并非如此。如果你曾有机会读过Lisa Randall写的一本精彩的书，会发现其中有很多内容都是关于这个难题，而这个难题我认为是理论物理学中最大的未解决的问题，即级列问题。图片来源:维基百科共用用户Zhitelew，粒子质量的标准模型粒子。我们所能做的是取任意两个基本粒子，其具有任意质量和任意相互作用力，然后发现引力实际上比宇宙中其他已知的力弱40个数量级。这意味着引力比其他三种力弱10的40次方倍。例如，即使它们不是基本粒子，如果你把两个质子放在一公尺远的地方，它们之间的电磁斥力大约是万有引力的10^40倍。或者，在这我把它写出来一次，我们需要把重力的强度增加10000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000，以便使它的强度可以与其他已知的力相比较。你不能让一个质子的重量是正常情况下的10^20倍，这将使引力把两个质子聚集在一起，从而克服了电磁力。图片来源:维基共享用户Wereon的公共领域作品。相反，如果你想让上面的反应自发进行，让质子克服它们的电磁排斥，你需要10^56个质子。只有通过收集这么多的粒子，在它们共同的引力作用下，你才能克服电磁力把这些粒子聚集在一起。事实证明，10的56次方质子大约是一颗完整恒星的最小质量。这是对宇宙运行方式的描述，但我们不明白其原因。为什么引力比其他力弱这么多?为什么是“引力电荷”(质量)比电荷或彩色电荷弱得多，甚至比弱电荷弱得多?这就是级列问题，这个问题在很多方面都是物理学中最大的未解之谜。我们不知道答案，但我们也不是完全一无所知。从理论上讲，我们有一些关于解决办法的好主意，并且有一个工具来帮助我们调查这些可能性是否正确。图片来源:Maximilien Brice (CERN)。迄今为止，大型强子对撞机——有史以来开发的能量最高的粒子对撞机，在地球上的实验室条件下已经达到了前所未有的能量，收集了大量的数据，精确地重建了在碰撞点发生的事情。这包括创造从未见过的新粒子(如大型强子对撞机发现的希格斯介子)，以及我们熟悉的老式标准模型粒子(夸克、轻子和规范玻色子)，如果它们存在，它可以产生任何可能存在于标准模型之外的粒子。有四种可能的方式——这是我所知道可以解决级列问题的四个方法。实验的好消息是，如果这些解决方案中有一个是自然选择的，LHC（大型强子对撞机）应该会找到它! 如果没有，我们需要继续寻找。图片来源:CMS合作，“希格斯玻色子双光子衰变的观测及其性质的测量”，(2014)。除了三年前宣布发现的单个希格斯玻色子，LHC没有发现新的基本粒子。不仅如此，也没有令人信服的新候选粒子出现。此外，发现的粒子与标准模型希格斯粒子完全一致，没有显著的统计结果来有力地表明，在标准模型之外还观察到了合成的希格斯粒子，多种希格斯粒子，非标准模型式的衰变，任何这类东西的新的物理现象。但是，我们已经开始以更高的能量获取数据——从原来的一半提高到13 / 14兆电子伏，试图以此去找到更多未知的东西。在此之前，请考虑到这一点，对于我们即将探索的级列问题什么是可能的、合理的解决方案?图片来源:DESY在汉堡。1)超对称性，简称超对称性。超对称性是一种特殊的对称性，它会导致任何粒子的正常质量大到与重力的强度与其他力相当然后被抵消，而且精度很高。对称性还意味着，标准模型中的每个粒子都有一个超粒子伙伴，并且有5个希格斯粒子和5个希格斯超级伙伴。如果这种对称性存在，那么在此它一定是被打破了，否则超伴星的质量就会和正常粒子的质量完全一样，以至于无法像现在这样被我们所发现。如果SUSY要以适当的规模存在以解决等级问题，那么LHC一旦达到14 TeV的全部能量后，应该至少找到一个超级合作伙伴，以及至少第二个希格斯粒子。否则，超级合作伙伴的存在会产生另一个困惑且没有解决方案的等级问题。(对于那些想知道答案的人来说，如果在所有能量下都没有SUSY粒子那么弦理论将失效，因为超对称性是包含粒子标准模型的弦理论的一个条件。)这是第一个可能解决级列问题的方法，目前还没有依据支持。图片来源:J.R. Andersen等人(2011)，LHC发现彩色颗粒的第一份黑色报告。2) 彩色印片（technicolor）。这不是指20世纪50年代的卡通; 彩色印片（technicolor）是一个术语，指那些需要新的规范相互作用的物理学理论，以及那些要么没有希格斯粒子，要么不稳定/不可观测希格斯粒子的理论。如果 彩色印片（technicolor）是正确的，它还需要大量有趣的可观测粒子。虽然这在原则上可能是一个合理的解决方案，但发现的希格斯介子在合适的能量下似乎是一个基本自旋为0的标量，将使这个级列问题的可能解决方案无效。唯一的出路是，如果希格斯玻色子最终不是一个基本粒子，而是一个由其他更基本的粒子组成的复合粒子。LHC即将以13/14 TeV的增强型能量全面运行，这应该足以让我们一探究竟。还有另外两种可能性，一种比另一种更有希望，这两种都涉及到额外维度。图片来源: Flip Tanedo3)扭曲的额外维度。这个理论由前面提到的Lisa Randall和Raman Sundrum提出，认为重力和其他力一样强大，但在我们的三维宇宙中不是这样。它生活在一个不同的三维宇宙中，它与我们所在的第四维度宇宙之间的距离只有10^(- 31)米。(或者，如上图所示，在第五维度中，包含了时间。)这很有趣，因为它是稳定的，而且它可以提供一个可能的解释关于为什么我们的宇宙一开始膨胀得如此之快(扭曲的时空可以做到这一点)，所以它有一些可信的好处。它还应该包括一组额外的粒子;不是超对称粒子，而是卡鲁扎-克莱因粒子，它是存在额外维度的直接结果。值得注意的是，一项太空实验表明，可能存在一个质量相当于希格斯介子5倍，能量约为600 GeV的卡鲁扎-克莱因粒子。尽管我们目前的对撞机还无法探测到这些能量，但新的大型强子对撞机应该能够制造出足够多的能量来探测它们——如果它们存在的话。图片来源:J. Chang等人(2008)，《自然》，来自高级薄电离量热计(ATIC)。然而，这个新粒子的存在绝不是必然的，因为这个信号只是在预期的背景下观察到的电子过剩。不过，有一点值得牢记，在大型强子对撞机最终达到满负荷运转时，几乎任何质量低于1000gev的新粒子都应该在这台机器的范围内。并且最终......图片来源:Caroline Collard(2004)，摘自她在大学间高能研究所的一次演讲。4)大的额外维度。有别于被扭曲的，额外的维度可以是“大的”，大只是相对于扭曲的维度大，在尺度上是10^(-31)米。“大的”额外维度大约是毫米大小，这意味着新的粒子将在LHC能够探测的范围内出现，同样也会有新的卡鲁扎-克莱因粒子，这可能是解决级列问题的一个办法。但是这个模型的一个额外结果是引力会在一毫米以下的距离从根本上偏离牛顿定律，这是很难测试的。然而，现代实验主义者已经能够应付这种挑战了。图片来源:低温氦湍流和流体动力学活动。微小的、过冷的悬臂梁上装载着压电晶体(当它们的形状改变/被扭曲时释放电能的晶体)，它们之间只有几微米的间隔就可以被制造出来，如上所示。这项新技术允许我们设置限制，如果有“大的”额外维度，它们将小于5-10微米。换句话说，就广义相对论的预测而言，引力是正确的，其尺度远小于一毫米。所以如果有更大的额外维度，它们的能量是LHC无法达到的，更重要的是，它们不能解决级列问题。当然，要么有完全不同的解决级列问题的办法，即有一个不会出现在我们目前条件下的对撞机，要么这可能只是大自然的现象，没有任何解释，根本就没有解决级列问题的办法，。但是，如果我们不去尝试，科学就永远不会进步，这就是这些想法和探索的意义:我们试图推动我们对宇宙的认识向前发展。和往常一样，大型强子对撞机运行II已经开始了，我迫不及待地想看看除了已经发现的希格斯玻色子之外，还会发现什么!作者:Ethan Siegel Senior ContributorFY:别的柱子如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

从结构上看，物理学是由理论和实验两部分组成，物理学家可分为理论物理学家及实验物理学家两大类。在理论方面没有做出成就而在实验方面有成就的是实验科学家，比如丁肇中、吴健雄。在理论方面有成就而在实验方面没有成就的是理论科学家，比如杨振宁、李政道。在理论及实验方面都做出了成绩的科学家是双料科学家，比如牛顿、费米。在科学体系越来越庞大的今天，既是理论物理学家又是实验物理学家的情况已变得越来越少，费米经常被认为是最后一位双料物理学家。从物理学史中看，最伟大的那些物理学家以理论物理学家居多，麦克斯韦、爱因斯坦、玻尔、狄拉克等等都是理论物理学家。但这并不能成为理论物理比实验物理重要的理由。实验和理论都是物理的组成部分，两者缺一不可。你很难界定出究竟是理论重要还是实验重要。理论物理学家的工作离不开实验（观察），他们的工作往往需要从已知的实验数据中发现具有普遍意义的思想或数学公式，他们给出的公式不仅要解释现在的现象，还要预言出未曾测量过的结果。从历史上看，物理学能够得到牢固的建立离不开实验。牛顿将使月球绕地球转的力和使苹果下落的力统一在一起，就是依靠实验的观测数据证明了它们都是遵循与距离的平方成反比。之后根据理论计算预言出海王星的位置更是引起了巨大的轰动，理论才牢固地扎根在人们心中。现在的理论物理学家往往不需要亲自做实验，但往往需要他们给出验证假说的实验方案。或者根据已有的科学原理及自己的假说进行实验设计，依靠思维完成实验过程。后面这种实验叫做思想实验，爱因斯坦这位理论物理学家就擅长设计思想实验，他和玻尔就量子力学进行争论时就设计过很多有名的思想实验。虽然很难再有伟大的双料物理学家，但不论是理论物理学家还是实验物理学家，都不会只拘泥于理论或实验的其中一方面，因为理论加实验才是完整的物理。

20世纪的科学界真的是百花齐放，各家争鸣，出了很多物理学大咖，还真的是热闹非凡，可以和中国古时候的战国时期和欧洲近代的文艺复兴时期相媲美，毫不夸张的说你每天睡觉起来，可能就会听到又有了新发现或者谁提出了新理论。虽然20世纪前半叶是人类社会动荡的时代，但丝毫没有阻碍科学的迅猛发展，但到了21世纪很多人就会感觉理论物理学怎么好久都没有啥重大突破了？例如题目所说近百年来，这着实有点夸张。那为什么近几十年来理论物理好像停滞不前了？这就要从一个成熟的科学理论的发展过程说起。纵观人类的科学史，我们不难发现，物理学的发展异常迅猛，科学理论的不断提出和完善已经将人类科学推到了认知的前沿。也就是说现在你想凭借一己之力，在目前的理论基础上再往前推进已经十分困难了。这个道理很简单，这就跟我们上学的时候，老师让我们用一个词语造句，你肯定会想赶紧叫我，因为越到后面越难，别人把容易的都说了。而20世纪，或者是前几个世纪，人类各行各业的科学都还是空白，属于科学开荒的年代，也是为科学大厦筑基的年代，很容易在当时利用现有的实验和观测条件提出一些容易掌握和被人理解的基础科学理论，为以后的发展提供进步的台阶。也就是说，科学不是一蹴而就的，它也跟我们上学一样，先从英文字母和1+1开始的，而且科学理论的发展并不是我们通常认为的谁推翻谁的理论，而是一个在前人的基础上不断完善的过程。那么一个新的理论诞生需要具备哪些条件呢？以下三个方面缺一不可：一个新的科学论理论必须完美的容纳和解释，前一套科学理论所能解释的所有已证实的现象。一个新的科学理论还必须完美的解释旧科学理论无法解决的问题。一个新的科学理论在满足以上两个条件的同时，还必须提出新的预测，并且能被人们通过实验和观测手段进行证伪。你看，人类近代科学的发展当从牛顿说起，万有引力和三大定律的提出可谓是为人类拨开了眼前的迷雾，为人类首次开拓了一片科学的视野，牛顿理论的成功就满足了以上的三个条件，万有引力在容纳和发展了开普勒的行星三大定律以后，就完美地解释了太阳系中一切天体的运动，而牛顿引力的预测还为我们发现了天王星。但是牛顿的这一套理论，在后来人类观测水星进动的问题上栽了一个大跟头，从此一病不起，而且他还无法解释万有引力在两个质量源之间是如何起作用的。那么在1916年广义相对论的发表，不仅解释了牛顿引力所能解释的一切现象，还解决了水星进动的问题，也顺带提出了一个惊人的预测：星光在经过大质量天体时会发生弯曲。并在1916年得到的观测的证实。从以上的例子，我们就可以看出，科学是一个不断完善，循序渐进的过程，前一个科学理论并不是不正确，而是它只适用于一定的范围内，在超出这个范围的领域就需要新的理论来解释。这就是为什么相对论取代了牛顿理论，而我们目前还在学习牛顿那一套的原因，毕竟在地球上完全够用了。而且我们还能看出，理论永远都是超前于实验的，一个完善的理论可以提出很多惊人的预测，毕竟人脑子很活泛可以想到任何乱七八糟的东西，只要能被实验和观测证伪就是正确的。相对论不仅仅是提出了那么一个预测，那简直是太多了，一个比一个听起来玄乎，但是验证起来异常的困难，在爱因斯坦去世以后的几十年间，我们一直都在通过各种严苛的手段在验证其理论的正确性，但这个理论真的不负我们的众望。那么广义相对论有什么问题？相对论也不是一个可以囊括整个宇宙的理论，它也有自己的痛点。例如：把广义相对论应用在大尺度结构上，无法解释星系团的紧密结构和星系旋转曲线异常的问题，于是我们就提出了暗物质理论，认为宇宙中还存在未知的大质量的冷粒子，这才能解释以上的问题。还有，以上的问题可能并不是引力的错， 而只是标准模型的完善的问题，但我们目前所使用的引力理论和微观层面的量子理论并不那么融洽。你看，宇宙存在的四大基本力（强力、弱力、电磁力、弱力）中，除了引力以外的这些力，都被量化了，都存在相互介导的粒子和电荷。而引力我们不知道它是如何传递作用力的，于是我们认为引力可能也存在一个名为引力子的介导粒子，而且也存在质量电荷（质荷）。但这些猜测目前都没有得到验证和证实，我们的宇宙貌似有两套不相关的理论在掌控，这对于追求完美的物理学家来说，简直无法容忍，所以科学的终极目标就是在寻找大统一理论。除了广义相对论的问题，量子力学的标准模型也不完善，除了上文说到的宇宙中存在标准模型的暗物质粒子外，可能还存在一些未被发现的粒子。例如中微子振荡的问题就是一个证据，标准模型预测中微子应该和光子一样没有质量，但我们在观察太阳中微子时，发现比预测少了2/3的中微子，这就是著名的太阳中微子消失之谜。最后我们才得知其实中微子在被创造出来以后，会在三种味道中转换，也就是电子中微子，μ中微子和τ中微子，这种相互的转换就是中微子振荡问题，说明中微子有质量，尽管很小，但说明还有未知的粒子可以赋予中微子质量。当然还有暗物质的消失之谜，超对称粒子的问题，这些都于是这科学还要继续往前发展。下面的问题就是，目前科学上这么多问题。为何就突破不了呢？是什么阻碍了科学的发展？以前的科学发展，一张纸一杆笔就足以，我们很很简单的花费就可以验证你的理论。但现在不同了，什么是科学的前沿？这其实也是更高能量和更多花费的前言。上文可以看出，所有的问题最后都集中在了粒子物理学上，而粒子物理学是一个需要频繁实验，频繁的高能量撞击去发现新粒子的过程。你可能已经想到了，就是大型对撞机！这是人类物理学突破前沿的理想机器。既然我们之前的理论都是正确的，都经过了层层的验证，那么这些理论预言出来可能存在的粒子，在宇宙早期的高能量状态下肯定都存在。但我们要想发现发现这些粒子，就必须创造出更高的能量，让粒子相互碰撞以产生未知的粒子。例如，欧洲的大型强子对撞机在2012年发现预测的希格斯玻色子以后，由于能量已达上限，再无任何建树，这只能说明在这个能量段内以无新粒子。要想突破物理学前言就要提高能量继续撞，所说就一定能撞出东西，但只要能量够高，肯定是会发现新物理的。这就是我国前段时间为何在争论对撞机的原因，这是个烧钱的无底洞，你能不能装出东西还不好说，说不定你建造的对撞机在这个能量下就有粒子，说不定就没有。所以杨振宁也说了，对撞机的风头已过，在往上走可能花钱不讨好。所以目前处在科学前沿的理论物理学，阻碍其发展的是我们目前无法跟上的实验设备和观测手段。总的来说，不管啥事，越往后越难。

20世纪的科学界真的是百花齐放，各家争鸣，出了很多物理学大咖，还真的是热闹非凡，可以和中国古时候的战国时期和欧洲近代的文艺复兴时期相媲美，毫不夸张的说你每天睡觉起来，可能就会听到又有了新发现或者谁提出了新理论。虽然20世纪前半叶是人类社会动荡的时代，但丝毫没有阻碍科学的迅猛发展，但到了21世纪很多人就会感觉理论物理学怎么好久都没有啥重大突破了？例如题目所说近百年来，这着实有点夸张。那为什么近几十年来理论物理好像停滞不前了？这就要从一个成熟的科学理论的发展过程说起。纵观人类的科学史，我们不难发现，物理学的发展异常迅猛，科学理论的不断提出和完善已经将人类科学推到了认知的前沿。也就是说现在你想凭借一己之力，在目前的理论基础上再往前推进已经十分困难了。这个道理很简单，这就跟我们上学的时候，老师让我们用一个词语造句，你肯定会想赶紧叫我，因为越到后面越难，别人把容易的都说了。而20世纪，或者是前几个世纪，人类各行各业的科学都还是空白，属于科学开荒的年代，也是为科学大厦筑基的年代，很容易在当时利用现有的实验和观测条件提出一些容易掌握和被人理解的基础科学理论，为以后的发展提供进步的台阶。也就是说，科学不是一蹴而就的，它也跟我们上学一样，先从英文字母和1+1开始的，而且科学理论的发展并不是我们通常认为的谁推翻谁的理论，而是一个在前人的基础上不断完善的过程。那么一个新的理论诞生需要具备哪些条件呢？以下三个方面缺一不可：一个新的科学论理论必须完美的容纳和解释，前一套科学理论所能解释的所有已证实的现象。一个新的科学理论还必须完美的解释旧科学理论无法解决的问题。一个新的科学理论在满足以上两个条件的同时，还必须提出新的预测，并且能被人们通过实验和观测手段进行证伪。你看，人类近代科学的发展当从牛顿说起，万有引力和三大定律的提出可谓是为人类拨开了眼前的迷雾，为人类首次开拓了一片科学的视野，牛顿理论的成功就满足了以上的三个条件，万有引力在容纳和发展了开普勒的行星三大定律以后，就完美地解释了太阳系中一切天体的运动，而牛顿引力的预测还为我们发现了天王星。但是牛顿的这一套理论，在后来人类观测水星进动的问题上栽了一个大跟头，从此一病不起，而且他还无法解释万有引力在两个质量源之间是如何起作用的。那么在1916年广义相对论的发表，不仅解释了牛顿引力所能解释的一切现象，还解决了水星进动的问题，也顺带提出了一个惊人的预测：星光在经过大质量天体时会发生弯曲。并在1916年得到的观测的证实。从以上的例子，我们就可以看出，科学是一个不断完善，循序渐进的过程，前一个科学理论并不是不正确，而是它只适用于一定的范围内，在超出这个范围的领域就需要新的理论来解释。这就是为什么相对论取代了牛顿理论，而我们目前还在学习牛顿那一套的原因，毕竟在地球上完全够用了。而且我们还能看出，理论永远都是超前于实验的，一个完善的理论可以提出很多惊人的预测，毕竟人脑子很活泛可以想到任何乱七八糟的东西，只要能被实验和观测证伪就是正确的。相对论不仅仅是提出了那么一个预测，那简直是太多了，一个比一个听起来玄乎，但是验证起来异常的困难，在爱因斯坦去世以后的几十年间，我们一直都在通过各种严苛的手段在验证其理论的正确性，但这个理论真的不负我们的众望。那么广义相对论有什么问题？相对论也不是一个可以囊括整个宇宙的理论，它也有自己的痛点。例如：把广义相对论应用在大尺度结构上，无法解释星系团的紧密结构和星系旋转曲线异常的问题，于是我们就提出了暗物质理论，认为宇宙中还存在未知的大质量的冷粒子，这才能解释以上的问题。还有，以上的问题可能并不是引力的错， 而只是标准模型的完善的问题，但我们目前所使用的引力理论和微观层面的量子理论并不那么融洽。你看，宇宙存在的四大基本力（强力、弱力、电磁力、弱力）中，除了引力以外的这些力，都被量化了，都存在相互介导的粒子和电荷。而引力我们不知道它是如何传递作用力的，于是我们认为引力可能也存在一个名为引力子的介导粒子，而且也存在质量电荷（质荷）。但这些猜测目前都没有得到验证和证实，我们的宇宙貌似有两套不相关的理论在掌控，这对于追求完美的物理学家来说，简直无法容忍，所以科学的终极目标就是在寻找大统一理论。除了广义相对论的问题，量子力学的标准模型也不完善，除了上文说到的宇宙中存在标准模型的暗物质粒子外，可能还存在一些未被发现的粒子。例如中微子振荡的问题就是一个证据，标准模型预测中微子应该和光子一样没有质量，但我们在观察太阳中微子时，发现比预测少了2/3的中微子，这就是著名的太阳中微子消失之谜。最后我们才得知其实中微子在被创造出来以后，会在三种味道中转换，也就是电子中微子，μ中微子和τ中微子，这种相互的转换就是中微子振荡问题，说明中微子有质量，尽管很小，但说明还有未知的粒子可以赋予中微子质量。当然还有暗物质的消失之谜，超对称粒子的问题，这些都于是这科学还要继续往前发展。下面的问题就是，目前科学上这么多问题。为何就突破不了呢？是什么阻碍了科学的发展？以前的科学发展，一张纸一杆笔就足以，我们很很简单的花费就可以验证你的理论。但现在不同了，什么是科学的前沿？这其实也是更高能量和更多花费的前言。上文可以看出，所有的问题最后都集中在了粒子物理学上，而粒子物理学是一个需要频繁实验，频繁的高能量撞击去发现新粒子的过程。你可能已经想到了，就是大型对撞机！这是人类物理学突破前沿的理想机器。既然我们之前的理论都是正确的，都经过了层层的验证，那么这些理论预言出来可能存在的粒子，在宇宙早期的高能量状态下肯定都存在。但我们要想发现发现这些粒子，就必须创造出更高的能量，让粒子相互碰撞以产生未知的粒子。例如，欧洲的大型强子对撞机在2012年发现预测的希格斯玻色子以后，由于能量已达上限，再无任何建树，这只能说明在这个能量段内以无新粒子。要想突破物理学前言就要提高能量继续撞，所说就一定能撞出东西，但只要能量够高，肯定是会发现新物理的。这就是我国前段时间为何在争论对撞机的原因，这是个烧钱的无底洞，你能不能装出东西还不好说，说不定你建造的对撞机在这个能量下就有粒子，说不定就没有。所以杨振宁也说了，对撞机的风头已过，在往上走可能花钱不讨好。所以目前处在科学前沿的理论物理学，阻碍其发展的是我们目前无法跟上的实验设备和观测手段。总的来说，不管啥事，越往后越难。