1薛定諤的貓原來是物理學(xué)知識

物理學(xué)是人類科學(xué)的重要組成部分，在物理學(xué)的發(fā)展過程中涌現(xiàn)了一大批天才物理學(xué)家和顛覆性的理論。

最為人熟知的是著名的思想實驗“薛定諤的貓”，這只貓被關(guān)在一個裝有毒氣的箱子內(nèi)，而釋放毒氣的開關(guān)是一個放射性原子，如果放射性原子衰變就會將貓毒死。在我們未觀察時候，貓?zhí)幱谏蜡B加態(tài)，只有打開箱子后才能準確知道貓的生死，薛定諤的貓用宏觀尺度闡述了微觀世界的量子疊加原理。

除了神奇的“薛定諤的貓”，大家日常生活最常接觸的應(yīng)該就是勻變速直線運動、瞬時功率、歐姆定律和串并聯(lián)電路了，你是否真的了解這些物理學(xué)科呢？這篇文章帶你了解物理學(xué)科的奧秘。

2尋根現(xiàn)代物理

高中物理題目雖然成千上萬，但萬變不離其宗，追根究底高中物理知識共有五大板塊，分別是力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、原子物理學(xué)。下面就讓我們看看智慧的人類是怎樣一步步揭開這些物理學(xué)奧秘的吧。

力學(xué)

力學(xué)知識最早起源于對自然現(xiàn)象的觀察和在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的經(jīng)驗，古代人民在建造房屋、農(nóng)業(yè)灌溉等勞動中使用杠桿、斜面、汲水工具，在實踐中積累起對平衡受力情況的認識。古希臘的阿基米德對杠桿、浮力、重心等物理知識做了系統(tǒng)的研究，揭示了它們的基本規(guī)律。

伽利略在實驗研究和理論分析的基礎(chǔ)上，最早闡明自由落體規(guī)律和加速度的概念。動力學(xué)的另一位奠基者是牛頓，他提出了物體運動三定律。歐拉站在牛頓的肩膀上，進一步把牛頓運動定律推廣于剛體和理想流體的運動方程。

之后，納維、柯西、泊松、斯托克斯等人推動了運動定律和物性定律的結(jié)合，提出了彈性固體基本理論和粘性物體力學(xué)基本理論。重力、萬有引力、彈力、靜摩擦力、滑動摩擦力、電場力、安培力等是高中物理力學(xué)模塊重要考點。?

?電學(xué)

電學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了上千年的歷史，世界上最早文字記載的電磁現(xiàn)象是沈括的《夢溪筆談》。1660年做過著名的馬德堡半球?qū)嶒灥牡聡こ處煀W拓.馮.格里克發(fā)明了較大的摩擦起電機器。1733年，法國的杜費發(fā)明了正電和負電兩種電荷，并發(fā)現(xiàn)了同性相斥、異性相吸的特性。你知道什么是“庫侖定律”嗎？它由法國物理學(xué)界庫侖在1785年提出，即兩個電荷之間的相互作用力與兩個電荷電量的乘積成正比，與兩個點之間的距離的平方成反比。

以上研究都關(guān)于靜電，動電研究起始于1800年意大利物理學(xué)家福特發(fā)明了化學(xué)電池，這也是人類首次通過人工方法獲得了穩(wěn)恒的電流。1820年丹麥哥本哈根教授奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)后，安培致力于電流方向和磁場方向關(guān)系的研究，并提出了安培定則。

1825年德國科學(xué)家歐姆得出了今天我們所熟知的歐姆定律，他指出了電阻、電壓、電流之間的關(guān)系，歐姆定律是電學(xué)中最基本的公式。1831年，英國的法拉第發(fā)明了電磁感應(yīng)定律。1840年，英國科學(xué)家焦耳提出了電流熱效應(yīng)的計算公式，就是后人所稱的“焦耳定律”，這些都是重要考點！1866年德國的西門子發(fā)明了使用電磁鐵的發(fā)電機，為機器的使用提供了電力能源。

隨著發(fā)電機的問世，大量依賴于電的機器被創(chuàng)造出來，1879年愛迪生發(fā)明了世界上第一只實用的白熾燈泡，1924年約翰·貝爾德發(fā)明了第一臺電視機，1927年美國通用電氣公司研制出全封閉式冰箱……電器的使用極大地改變了人類的生活。

光學(xué)

光學(xué)的歷史可追溯到2000多年前，早在春秋戰(zhàn)國時《墨經(jīng)》已記載了小孔成像的實驗：“景，光之人，煦若射，下者之人也高”，指出小孔成倒像的根本原因是光的直射。十七世紀上半葉，斯涅耳和笛卡爾總結(jié)出了今天的重要考點：反射定律和折射定律。

1665年，牛頓進行太陽光的實驗，他把太陽光分解成簡單的組成部分，并創(chuàng)造了把顏色按照一定順序排列的光譜。1846年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動面在磁場中發(fā)生旋轉(zhuǎn)。1856年，韋伯發(fā)現(xiàn)光在真空中的速度等于電流強度的電磁單位與靜電單位的比值。他們的發(fā)現(xiàn)表明光學(xué)現(xiàn)象與磁學(xué)、電學(xué)現(xiàn)象有一定的內(nèi)在聯(lián)系。

1900年，普朗克從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念，提出了輻射的量子論。1905年，愛因斯坦運用量子論解釋了光電效應(yīng)。量子論不但給光學(xué)，也給整個物理學(xué)提供了新的概念，所以通常把它的誕生視為近代物理學(xué)的起點。

1905年，愛因斯坦提出了狹義相對論基本原理，指出從伽利略到牛頓時代以來占統(tǒng)治地位的古典物理學(xué)，其應(yīng)用范圍僅限于速度遠小于光速的情況，他的新理論可解釋與很大運動速度有關(guān)的過程的特征。現(xiàn)代物理學(xué)中兩個最重要的基礎(chǔ)理論：量子力學(xué)和狹義相對論都是在關(guān)于光的研究中誕生的。此后，光學(xué)研究進入了新時期，以至于成為現(xiàn)代物理學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿的重要組成部分。

熱學(xué)

熱學(xué)是研究物質(zhì)處于熱狀態(tài)時的有關(guān)性質(zhì)和規(guī)律的物理學(xué)分支，它起源于人類對冷熱現(xiàn)象的探索。中國戰(zhàn)國時代的鄒衍創(chuàng)立了五行學(xué)說，他把水、火、木、金、土稱為五行，認為這是萬事萬物的根本。古希臘時期，赫拉克利特提出：火、水、土、氣是自然界的四種獨立元素。這些都是人們對自然界的早期認識。

1593年，伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質(zhì)，制成了溫度計的雛形。1714年，華倫海特改良水銀溫度計，定出華氏溫標，建立了溫度測量的一個共同的標準，使熱學(xué)走上了實驗科學(xué)的道路。

1840年以后，焦耳做了一系列的實驗，證明熱是同大量分子的無規(guī)則運動相聯(lián)系的。焦耳的實驗以精確的數(shù)據(jù)證實了邁爾熱功當量概念的正確性，使人們擯棄了熱質(zhì)說，并為能量守恒定律奠定了實驗基礎(chǔ)，德國科學(xué)家亥姆霍茲最終建立了能量守恒定律的數(shù)學(xué)表達。

熱力學(xué)第一定律就是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在熱現(xiàn)象過程中的具體表現(xiàn)。之后，德國物理學(xué)家克勞修斯和英國物理學(xué)家開爾文通過分別對法國工程師卡諾關(guān)于理想熱機效率問題研究成果的細致分析，各自獨立地發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律。1912年，能斯脫提出熱力學(xué)第三定律后，人們對熱的本質(zhì)才有了正確的認識，并逐步建立起熱學(xué)的科學(xué)理論。

原子物理學(xué)

19世紀，原子物理學(xué)的發(fā)展是物理學(xué)史上的重要里程碑！經(jīng)過長期的探索，直到20世紀初，人們對原子本身的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部規(guī)律才有了比較清楚的認識，之后逐步建立起近代的原子物理學(xué)。

公元前400年，希臘哲學(xué)家德謨克列特提出原子的概念。1803年，英國物理學(xué)家約翰·道爾頓提出原子說。1833年，英國物理學(xué)家法拉第提出法拉第電解定律，表明原子帶電，且電可能以不連續(xù)的粒子存在。1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福的α粒子散射實驗，發(fā)現(xiàn)原子有核，且原子核帶正電、質(zhì)量極大、體積很小。1913年，丹麥物理學(xué)家玻爾提出了原子所具有的能量形成不連續(xù)的能級，當能級發(fā)生躍遷時，原子就發(fā)射出一定頻率的光的假說。

20世紀的前30年，原子物理學(xué)處于物理學(xué)的前沿，發(fā)展迅速，促進了量子力學(xué)的建立，開創(chuàng)了近代物理的新時代。目前原子碰撞研究的課題非常廣泛，涉及光子、電子、離子、中性原子等與原子和分子碰撞的物理過程，促進了空間技術(shù)和空間科學(xué)的發(fā)展。

3專業(yè)設(shè)置與就業(yè)前景

根據(jù)2017年教育部學(xué)科評估結(jié)果，物理學(xué)專業(yè)中獲評A+的高校只有兩所：北京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。北京大學(xué)物理學(xué)院開設(shè)有物理學(xué)、大氣科學(xué)、天文學(xué)、核科學(xué)四個本科生專業(yè)。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院開設(shè)有物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、天文學(xué)、光電信息科學(xué)與工程、核工程與核技術(shù)五個本科生專業(yè)。

以北京大學(xué)為例，一般而言，物理學(xué)院按照物理大學(xué)科招生，入學(xué)兩年后學(xué)生可自由選擇方向。物理學(xué)院的四個專業(yè)都很看重學(xué)生數(shù)學(xué)能力和物理理論水平的提升，物理學(xué)專業(yè)是大多數(shù)人的選擇。

物理學(xué)專業(yè)注重理論水平和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，畢業(yè)生有較強的社會適應(yīng)性，既具有從事基礎(chǔ)科學(xué)研究的基礎(chǔ)知識，也具有在應(yīng)用物理技術(shù)、電子信息技術(shù)等領(lǐng)域從事高科技開發(fā)的實際業(yè)務(wù)能力，適合在工業(yè)、交通、郵電、金融、商業(yè)等行業(yè)從事科技開發(fā)、生產(chǎn)和管理工作。物理學(xué)專業(yè)學(xué)生所特有的專業(yè)素養(yǎng)，使他們具有持久的專業(yè)發(fā)展后勁和較強的開拓能力，因而深受社會各界的歡迎。

主要有三個就業(yè)方向：

前沿科技方向：計算機軟硬件都非常受歡，電子信息和通信可謂非常對口。

現(xiàn)代制造方向：機械設(shè)計、自動化、能源動力都是很好的選擇，并且游刃有余。

新型崛起方向：材料物理類、單獨物理分支等。

也可以從事：

光學(xué)工程師

光學(xué)設(shè)計工程師需要具備光、機、電專業(yè)知識背景，熟悉光機電系統(tǒng)的基本原理，負責微型投影光學(xué)系統(tǒng)、攝像光學(xué)的方案設(shè)計及光學(xué)設(shè)計。

熱設(shè)計工程師

熱設(shè)計工程師主要在四個領(lǐng)域，分別是LED燈設(shè)計，逆變器領(lǐng)域，手機、筆記本等通訊領(lǐng)域，新能源汽車、鋰電池散熱等大規(guī)模儲能設(shè)備的設(shè)計，是目前比較熱門的行業(yè)。

前沿技術(shù)的研發(fā)

前沿顯示技術(shù)的研發(fā)需要光電子技術(shù)、激光技術(shù)、電信技術(shù)等等，所以扎實的物理基礎(chǔ)是必不可少的。

總體而言，物理學(xué)就業(yè)與大多基礎(chǔ)性專業(yè)相同，主要在高校、國防部門、科研機構(gòu)等從事教學(xué)研究及相關(guān)科研管理工作。中國有很多與物理相關(guān)的研究所，如中國科學(xué)院高能物理研究所、理論物理研究所、近代物理研究所、等離子體物理研究所、國家空間科學(xué)中心等，這都是物理學(xué)畢業(yè)生深造和就業(yè)的好去處。

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參考資料：

《電學(xué)發(fā)展簡史》，茶香飄萬里

《光學(xué)發(fā)展史》，曲東雪

《熱學(xué)發(fā)展史》

《原子物理發(fā)展史》

《中國大學(xué)物理學(xué)專業(yè)實力排行榜》，博雅數(shù)據(jù)庫

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