虽然在本文动笔之前高考还未结束，但在本文完成时高考应该已经结束多时，正是广大高中毕业生选择志愿的时候。所以，这篇文章的主要目的是提供有关物理学专业的专业选择指导。除此之外，如果你早已在其它行业功成名就，而又希望能领略如今物理学中人类的智慧光芒，那么本文也应能为你提供一些思路。本文作者为慕尼黑大学索末菲理论物理研究所在读博士，在物理学专业的学习和研究领域有丰富经验。本文将向大家介绍物理学专业的专业面貌、学习内容、就业去向及选择建议。
什么是物理学？(认真)
这是一个看起来很难回答的问题，因为它太 “大” 了 — 物理学是一个包罗万象、丰富多彩的学科，你似乎很难去用很简洁的话语把这些精彩纷呈的故事概括出来。但是我仍然要去讲这个问题。从我本人第一次认真接触前沿物理学算起到现在已经几乎十年了。这十年的经历给我的一个很深的感触之一，就是高中物理不是真正的物理。所以，对于只在中学阶段接触过物理学的许多读者来说，你们通过中学学习所获得的关于物理学的基本印象，与我从业将近十年所感受到的物理学有着几乎是云泥之别。所以，在作任何更细致的阐述之前，我希望能通过一些论述，向大家展示一下职业科研工作者眼中的物理学是何模样。
如果你翻开高中物理学的教科书，你通常会在头几页的某个位置看到类似这样的一句话：物理学是研究物质运动、物质状态和物质间相互作用的一门学科。我不能说这句话是错的，只是它完全没能抓住物理学中最令人着迷的那些内涵。业内通常更喜欢著名期刊 Nature 官网上给物理学下的定义：
Physics is the search for and application of rules that can help us understand and predict the world.
物理学寻找并应用一系列规律，这些规律帮助我们理解并预测这个世界。
这句话虽然简单，但却精准描述了现代物理学的核心特征。这里面有两个关键词：规律、预测。物理学中的一切都是围绕着某种规律来展开。我们在工作中所做的实验、收集的数据、相应的计算等等，最终的目标都是这个世界运行的一套规律。这是物理学的祖师爷牛顿留给我们的最重要的遗产。是的，牛顿带给人类最大的贡献并不是什么三大定律或万有引力。牛顿最大的贡献是在那个宗教横行的年代告诉人们：这个世界的运行是存在规律的，并且这些规律是可以通过实验所获得的。正是这一信念带领人类开启了科学的时代。所以，物理学就是对这些规律的寻找和应用。
但仅有这前半句话是不够的：不是所有的 “规律” 都能被物理学所接纳。这后半句话就是对这些规律的限制：它们必须能帮助我们理解并预测这个世界。“理解” 很好理解。物理学规律必须要能解释我们已知的所有实验事实。但是仅有这一点也是不够的。我们来看这样一个例子。数百年前，亚里士多德认为重物下落得快，轻物下落得慢。这一规律被伽利略在比萨斜塔上的铁球实验所证伪 (历史上伽利略是否真的做过这个实验已不可考，不过这不重要)。从此以后，这条规律被 “所有物体都以同样的加速度下落” 取代。但是慢着，这是唯一可以符合实验的规律吗？我们似乎完全可以制定另一条规律，认为 “重物下落得快，轻物下落得慢，铁球例外”。这条规律看起来有点耍无赖的意思，不过你理智地思考一下，这样的规律是不是确实可以解释铁球实验的结果呢？这就是我们为什么需要给物理学规律加上 “预测” 一词。物理学的规律除了要能符合实验以外，它还要能预测实验范围之外的其它情况。只有它的诸多预测也能够被证实，我们才会将其接纳为物理学的规律。这种情况在现代物理学中非常常见。你经常会看到理论物理学家发表论文阐述某些规律，同时给出这些规律能够给出的预测。而实验物理学家看到这些预测后，就会尝试验证这些预测是否准确。
希望这些故事能够让你一窥现代物理的风貌。当然，物理学中精彩的故事远远不止这些。这里的空白太小，我写不下。所以，其它的传奇就留待将来有机会再叙。
物理学专业都学些什么？
与高中物理十分不同，大学及以上层次的物理学并没有充斥着各种斜面、电路图和绕着磁场转圈圈的小球。具体的课程安排高度取决于具体的学校。不过，有几个基本物理学理论是所有开设物理学专业的学校都必须涵盖的，也就是我们业内常说的 “四大力学”：理论力学、电动力学、量子力学、统计力学。
理论力学 主要包含两个基本方法论：拉格朗日动力学 (Lagrange Dynamics) 与哈密顿力学 (Hamilton Mechanics)。这两个 “力学” 其实并不是两套物理学理论，而是 “生产理论的理论”。具体来说，拉格朗日动力学中有一个拉格朗日量 (Lagrangian)，哈密顿力学中有一个哈密顿量 (Hamiltonian)。不同的物理系统都有各自的拉格朗日量或哈密顿量。而拉格朗日动力学或哈密顿力学则提供了一种标准操作程序 (Standard Operating Procedure)，可以根据拉格朗日量或哈密顿量计算出对应物理系统所满足的物理规律。这是物理学中很强力的方法论，因为你原则上可以根据这两大方法获得任何物理系统所需要满足的物理规律。
电动力学 主要是我们常见的电磁学的高级版本。我们知道电现象和磁现象其实是同一类电磁现象的两种表现。19 世纪，物理学家麦克斯韦将电磁相关的现象总结为了四个基本方程组，而电动力学的一切都是围绕着这四个方程组在不同的情境下展开。同时，麦克斯韦的电磁理论也是促成狭义相对论的原因之一。所以，许多物理系学生也都是通过从电动力学开始正经涉足狭义相对论的时空观。
量子力学 的大名应该都听过，它几乎就是神秘和不可理解的代名词。但是可能让很多人意外的是，量子力学其实是物理学专业的必修课之一。是的，任何一个合格的物理学专业的本科毕业生都理应掌握量子力学的基本科学事实。与各路媒体所渲染的不同，对于物理学的业内人员而言，量子力学其实并没有什么特别神秘和难以理解的。就我个人而言，我每天的工作都需要和大量量子力学的概念和方法打交道。它其实就是我的日常。当然，量子力学确实有它反直觉的地方。所以，你可能确实需要具备一定的对抗自己直觉，利用纯理性分析问题的能力。
统计力学 是和以上所有力学都不同的一类物理学理论。它关注的主要是物质的群体行为。最常见的案例要属与热相关的现象，它们都是大量分子或原子群体行为的结果。事实上，统计力学从历史角度讲正是由热力学发展而来。只是我们后来发现，同样的方法除了可以应用在热相关的现象外，也可以用于许多其它群体行为相关的现象中，比如导体中的大量电子。
除四大力学外，各个高校自己也会根据各自的学校特色开设一些高级别的课程给大三、大四的学生，例如核物理、基本粒子物理、广义相对论、生物物理、医学物理、天体物理等。相关的学科特色可以去相应高校物理系的官网查找，通常在研究相关的页面中会有涉及。
物理学专业的学生毕业后都去了哪里？
这应该是许多人会非常关心的问题。首先，一条很明显的道路就是成为物理学科研工作者，这也是不少选择物理学专业的同学首选的职业道路。当然，成为科研工作者是有相当的难度和门槛的。一般而言，职业科学家最常见的职业规划是 本科 ➡️ 硕士 ➡️ 博士 ➡️ 博士后 ➡️ 助理教授 (助理研究员) ➡️ 副教授 (副研究员) ➡️ 教授 (研究员)，基本上就是一路升级打怪直到正高职称。这里面每一步都会有不少的淘汰率。
另一条明显的职业路线便是成为中学教师。由于我本人对此了解不多，也就无法介绍太多细节和经验，就仅凭本人与几位在国内高中工作的同学闲时攀谈的内容聊一些八卦吧。随着高中生内卷愈演愈烈，现在的许多高中除了在正常招收物理学老师外，也在高薪聘用一些硕士及以上学历的物理学教师。这些高学历的教师通常会负责学校的学科竞赛和自主招生。近些年来也吸引了些许物理硕士博士的加入。
当然，物理学专业的学生毕业后还有许多其它的去向。不过，对国内大学毕业的物理学本科生而言，走以上两条职业道路的比例一般会占到九成以上。也就是说，如果你选择在国内读物理学专业，那么你大概率会从继续深造读博和去高中当老师这两条路里选一条。网络上有许多宣传声称物理学专业出来的毕业生可以轻松转到其它行业。但据我所知，这并不是事实 — 至少对国内大学的毕业生而言。
如果你即将去欧美大学学习物理学，那么你的职业道路确实会宽泛很多。欧洲不少学校的物理学本科毕业生只有大约两成还留在本专业相关的领域工作。其它热门的就业方向包括各类金融、咨询机构、各种商业公司的研发岗位、自主创业等等。造成这一差异的主要原因还是欧美大学物理系较为全面的培养方案以及较为宽松的就业环境。例如，欧洲许多高校物理系的本科毕业生一般要求至少熟练掌握一门编程语言并有利用编程解决较为大型工程的能力。欧洲的商业公司也有招收物理系毕业生的传统 — 例如，在几年前传得沸沸扬扬的操纵英国脱欧选举的案件中，起到主要作用的剑桥分析公司就聘用了许多欧洲核子中心退役的高能物理学家。他们利用他们在欧洲核子中心里寻找基本粒子相类似的算法，构造出了一套广告推荐算法，并利用这套算法对目标选民进行精准推送，从而影响了上百万选民的选择。
我应该选择物理学专业吗？
我不会在这篇文章里给出任何具体的建议。本文主要目的只是提供物理学专业基本情况的介绍，消除信息差。至于是否要选择物理学专业，还是由各位自行决定。不过，在这一小节中，我会消除两个社会上以及网络上流传甚广的迷思，供大家参考。
我想选 (机械、航空航天、... )，但考虑到物理学是基础学科，所以我本科阶段先选物理学，等到研究生阶段再选择更具体的专业方向，可以吗？
通常不建议。物理学确实是许多其它专业的基础。但这并不意味着你需要先掌握物理学基础知识才能够去涉足其它以物理学为基础的专业。同时，这也不意味着有了物理学知识作为基础，你就能在其它专业获得更多优势。就像我在上一小节中介绍的那样，国内大学物理学本科生一般九成概率在毕业后仍然留在专业相关的领域工作，或是继续深造，或是进入中学。这里面有主动选择的成分，也有被迫的成分。被迫的主要原因还是在于国内物理学专业并没有针对 “转行” 作相应设计，使得大部分物理学本科毕业生并不具备在其它行业工作的 (无论是知识、机遇还是人脉) 基础。
从另一个角度讲，即使许多其它专业以物理学为基础，但既然它们能够被开设出来，就意味着这些专业已经完成了对相关物理学的 “封装”，变得不再依赖这些物理学知识。这种对基础知识的 “封装” 是未来的大趋势。比如，如果你想学 Python，你并不需要知道汇编语言的工作原理 — 即使 Python 仍然是以汇编为基础。同样，你就算是熟练掌握汇编，也不见得就会提升你用 Python 解决问题的能力。在选择专业上，亦是如此。
我想先选择就业前景好的专业，等我以后功成名就、财富自由以后再回头研究物理学，可以吗？
这种概率极小，通常不建议作为首选的职业规划。且不说一个人功成名就、财富自由要耗费多长时间。我就算你能在 35 岁时达到目的，开始进军物理学领域。要知道，通常情况下，一名科研人员的产出高峰是在 25 - 40 岁。也就是说，你至多有 5 年时间。而许多青年物理学生 (他们通常都是万里挑一的高智商人员) 大都需要耗费至少 5 年才能完成科研训练，博士毕业。也就是说，在这种情况下，等你学成，能够开始正式研究时，基本就已经过了科研人员的职业巅峰期了。
当然，如果你已经选择了其它行业，这并不意味着你就一定无法再回到物理学科研的行列中来，虽然这种情况高度取决于机遇。我本人所在的研究组里，就有一位资深研究员是计算机专业毕业的。他毕业后甚至已经在某公司工作了几年，然后被我导一顿忽悠 😂，加入了我们研究组。之后，他为我们研究组开发了一套程序库，用于高温超导材料的理论模拟。在过去的几年里，我组至少有三届博士是依靠他的这套程序库获得的博士学位。虽然这种机会可以说是可遇不可求，不过若是碰上了，其实也不失为一个不错的选择。
