美國大學物理專業解析

專業介紹

物理學（physics）是研究物質的運動規律和物質基本結構的學科。作為自然科學的帶頭學科，物理學研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質最基本的運動形式和規律，因此成為其他各自然科學學科的研究基礎。物理學起始于伽利略和牛頓的年代，它已經成為一門有眾多分支的基礎科學。物理學是一門實驗科學，也是一門崇尚理性、重視邏輯推理的科學。物理學充分用數學作為自己的工作語言，它是當今最精密的一門自然科學學科。

美國大學物理專業的開設比較簡單，基本上都是開設在學校文理學院下（School of Arts and Sciences），會開設單獨的物理系（Department of physics），由于天文學也是物理學的一部分，和天文學開設在一起，稱為物理和天文學系（Department of Physics and Astronomy）。該專業以PhD學位為主，專業排名前70的學校中，而開設Master學位的只有40所左右。側面反映出物理學的重心在于培養獨立研究的人才。

分支介紹

1、根據研究的物質運動形態和具體研究對象劃分

（1）力學（Mechanics）：研究物體機械運動的基本規律及關于時空相對性的規律；

（2）熱學（Thermodynamics）：研究物質熱運動的統計規律及其宏觀表現；

（3）電磁學（Electromagnetics）：研究電磁現象，物質的電磁運動規律及電磁輻射等規律；

（4）光學（Optics）：研究光的本性、光的傳播和光與物質相互作用的基礎學科；

（5）原子物理學（AtomicPhysics）：研究原子的組成、排布及其運動、轉化規律的科學。

2、根據研究方法的側重點劃分

（1）理論物理學（計算物理學 ComputationalPhysics）：通過為現實世界建立數學模型來試圖理解所有物理現象的運行機制。通過“物理理論”來條理化、解釋、預言物理現象。豐富的想象力、精湛的數學造詣、嚴謹的治學態度，這些都是成為理論物理學家需要培養的優良素質。

（2）實驗物理學（技術物理學TechnicalPhysics）：物理學是實驗科學，凡物理學的概念、規律及公式等都是以客觀實驗為基礎的。因此物理學絕不能脫離物理實驗結果的驗證，實驗是物理學的基礎。實驗是有目的地去嘗試，是對自然的積極探索。科學家提出某些假設和預見，為對其進行證明，籌劃適當的手段和方法，根據由此產生的現象來判斷假設和預見的真偽。因此科學實驗的重要性是不言而喻的，其中物理實驗自然也雄居要位。

3、物理學分支細化所衍生的現代新興學科

（1）原子、分子、光波物理學：原子物理學AtomicPhysics專門研究原子的結構和性質，即環繞著原子核、束縛于原子內部的電子的排列，這排列所產生的現象與效應，以及促使這排列改變的過程。分子物理學MolecularPhysics專注于研究分子的物理性質以及將原子結合為分子的化學鍵性質，它和原子物理學緊密相關。光波物理學OpticalPhysics研究電磁輻射的生成與性質、電磁輻射與物質之間的微觀相互作用，特別是其控制與操縱。

（2）粒子物理學（ParticlePhysics）：粒子物理學是研究組成物質和射線的基本粒子以及它們之間的相互作用的物理學的分支。由于許多基本粒子在大自然一般條件下不存在，或不單獨出現，物理學家只有使用粒子加速器在高能相撞的條件下才能產生和研究它們，因此粒子物理學也被稱為高能物理學High-EnergyPhysics。

（3）原子核物理學（NuclearPhysics）：簡稱核物理學或核子物理學，是研究原子核性質、結構和變化規律的物理學分支。研究各類次原子粒子與它們之間的關系、分類;分析原子核的性質和結構;研究原子核的獲得射線束并將其用于探測、分析的技術，以及研究同核能、核技術應用有關的物理問題。

（4）固體物理學（Solid-statePhysics）：是凝聚態物理學中最大的分支。它研究的對象是固體，特別是原子排列具有周期性結構的晶體。固體物理學的基本任務是從微觀上解釋固體材料的宏觀物理性質，主要理論基礎是非相對論性的量子力學。

（5）凝聚態物理學（CondensedMatter Physics）：凝聚態物理學是當今物理學最大也是最重要的分支學科之一。凝聚態物理學是一門以物質的宏觀物理性質作為主要研究對象的學科。所謂“凝聚態”是指由大量粒子（原子、分子、離子、電子）組成，并且粒子間有很強的相互作用的系統。它是研究由大量微觀粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態物質的微觀結構、粒子間的相互作用、運動規律及其物質性質與應用的科學。自然界中存在著各種各樣的凝聚態物質，它們深刻地影響著人們日常生活的方方面面。在最常見的三種物質形態——氣態、固態和液態中，后兩者就屬于凝聚態。低溫下的超流態，超導態，超固態，玻色-愛因斯坦凝聚態，磁介質中的鐵磁態，反鐵磁態等，也都是凝聚態。

（6）激光物理學（LaserPhysics）：激光發生的原因、物理機制及與其它物質間相互作用的物理學分支。在全息照相、激光核聚變、材料加工、醫療、軍事等領域應用極為廣泛。激光技術是新技術革命中最活躍的領域之一，現在研究激光用在醫院，軍事上。

（7）等離子體物理學（PlasmaPhysics）：是研究等離子體的形成、性質和運動規律的物理學分支學科。等離子體是宇宙中物質存在的主要形式，太陽及其他恒星、脈沖星、許多星際物質、地球電離層、極光、電離氣體等都是等離子體。

（8）地球物理學（Geophysics）：是地球科學的主要學科，是通過定量的物理方法和物理學原理，特別是通過地震反應、折射、重力、地磁、電、電磁和放射能的方法，研究地球及地球形成和動力的學科，研究范圍包括地球的水圈和大氣層。地球物理學研究廣泛系列的地質現象，包括地球內部的溫度分布;地磁場的起源、架構和變化;大陸地殼大

尺度的特征，諸如斷裂、大陸縫合線和大洋中脊。現代地球物理學研究延伸到地球大氣層外部的現象（例如，電離層電機效應〔IonosphericDynamo〕、極光放電〔AuroralElectrojets〕和磁層頂電流系統〔Magnetopause Current System〕），甚至延伸到其他行星及其衛星的物理性質。

（9）大氣物理學（AtmosphericPhysics）：是研究大氣的物理屬性、物理現象、物理過程及其演變規律的學科。是大氣科學的一個分支。它主要研究大氣中的聲象、光象、電象、輻射過程、云和降水物理、近地面層大氣物理、平流層和中層大氣物理，既是大氣科學的基礎理論部分，又是環境科學的一個部分。

（10）海洋物理學（OceanographicPhysics）：是以物理學的理論、技術和方法，研究海洋中的物理現象及其變化規律，并研究海洋水體與大氣圈、巖圈和生物圈的相互作用的科學。它是海洋科學的一個重要分支，與大氣科學、海洋化學、海洋地質學、海洋生物學有密切的關系，在海洋運輸、資源開發、環境保護、軍事活動、海岸設施和海底工程等方面有重要的應用。

（11）天體物理學（天文學Astronomy）：是研究宇宙的物理學，這包括星體的物理性質(光度，密度，溫度，化學成分等等)和星體與星體彼此之間的相互作用。應用物理理論與方法，天文物理學探討恒星結構、恒星演化、太陽系的起源和許多跟宇宙學相關的問題。由于天文物理學是一門很廣泛的學問，天文物理學家通常需要應用很多不同的學術領域，像經典力學、電磁學、統計力學、量子力學、相對論、粒子物理學等等。

（12）生物物理學（Biophysics）：是運用物理學的理論、概念、技術和方法，研究生命物質的物理性質、生命過程的物理和物理化學規律，以及物理因素對生物系統作用機制的科學。生物物理學是物理學與生物學相結合的一門邊緣學科，是生命科學的重要分支學科和領域之一。生物物理學是研究生物各層次結構與功能的關系、生命活動的物理、物理化學過程和物質在生命活動過程中表現的物理特性的生物學分支學科。生物物理學旨在闡明生物在一定的空間、時間內有關物質、能量與信息的運動規律。

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