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2017美國留學(xué)熱門專業(yè)解析物理
2017美國留學(xué)熱門專業(yè)解析：物理
伽利略創(chuàng)立了近代物理的實(shí)驗(yàn)方法論，為后世物理學(xué)家開創(chuàng)了道路。從此物理學(xué)開始了蓬勃的發(fā)展，近代和現(xiàn)代的技術(shù)發(fā)明和人類進(jìn)步，大多最初源自物理學(xué)上的發(fā)現(xiàn)。沒有物理學(xué)就沒有計(jì)算機(jī)、相機(jī)、汽車等等現(xiàn)代生活中必不可少的工具�，F(xiàn)代的技術(shù)發(fā)明，往往是在物理實(shí)驗(yàn)室研究到一定程度之后，進(jìn)入工業(yè)界的研究室，再推廣到市場(chǎng)。
能級(jí)是物理學(xué)中的重要概念，標(biāo)識(shí)物理過程中涉及的能量等級(jí)。當(dāng)代的物理最大的兩個(gè)分支是凝聚態(tài)物理(condensed matter)和高能物理(high energy)，分別是在原子的能級(jí)和原子核內(nèi)部粒子的能級(jí)。
經(jīng)過20世紀(jì)的發(fā)展，對(duì)單一原子的理解已經(jīng)相當(dāng)深入，但是當(dāng)大量原子形成一定結(jié)構(gòu)(如晶體(crystal))時(shí)，電子在其中的行為與在單一原子中有極大的不同。這就是凝聚態(tài)物理研究的主要對(duì)象：多體效應(yīng)(many-body effect)。超導(dǎo)(superconductivity)、超固體(super solid)、波色-愛因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation)、量子計(jì)算機(jī)(quantum computer)、碳納米管(carbon nanotube)和單層碳結(jié)構(gòu)(graphene)、光學(xué)晶體(optical lattice)等等，都是凝聚態(tài)物理研究的最前沿。由于多體問題的數(shù)學(xué)復(fù)雜性，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象往往很難得到理論解釋。許多理論都通過簡化實(shí)際情形來抓住物理過程的主要本質(zhì)，從而簡化數(shù)學(xué)上的困難。也有一些從最基本的公式出發(fā)來推導(dǎo)，試圖去擬合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)的能量比原子和電子運(yùn)動(dòng)的能量要高很多，因此物理學(xué)的這個(gè)分支叫做高能物理。標(biāo)準(zhǔn)模型(standard model)比較好的描述了組成原子的粒子的物理性質(zhì)，但是仍然有很多實(shí)驗(yàn)和理論問題是它不能描述的，如中微子(neutrino)的轉(zhuǎn)化和質(zhì)量，西格斯粒子(Higgs boson)的模型等等。要進(jìn)行如此高能量的實(shí)驗(yàn)，主要借助遇加速器(accelerator)，將粒子加速到非常高能量后轟擊要研究的標(biāo)靶(target)。高能物理往往同時(shí)存在有數(shù)種乃至數(shù)十種不同的理論，然而由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的匱乏，這些理論都暫時(shí)無法驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻_(dá)到的能級(jí)是高能物理的最大瓶頸。
物理學(xué)的研究提供了許多有用的工具來為其他學(xué)科服務(wù)。生物物理(biophysics)就是利用物理的工具來研究生物過程，比如用光學(xué)扭矩(optical tweezers) 來研究DNA的分解和力矩。
光學(xué)也是物理學(xué)中的一個(gè)重要分支，特別是在量子光學(xué)(quantum optics)的概念被提出后，這一領(lǐng)域得到了極大的發(fā)展。光有著波粒二像性，是一種量子波。一般認(rèn)為光線是直的，乃是忽略了波的性質(zhì)，因而光顯得由粒子組成。在一定條件下，光的量子性會(huì)在物理系統(tǒng)中起到主要作用，不能被近似忽略掉。因而我們必須研究量子光學(xué)來描述這些體系。光學(xué)跟工業(yè)界有著非常的密切聯(lián)系，很多成果走出實(shí)驗(yàn)室就上流水線了。
物理是人類認(rèn)識(shí)自然中走得最前的一個(gè)學(xué)科，它的分支、研究范圍和方法都是一直變化，隨時(shí)都可能出現(xiàn)或大或小的新前沿和交叉學(xué)科。進(jìn)行物理的研究生學(xué)習(xí)，最重要的是習(xí)得物理的研究方法。許多其他的科學(xué)界、工業(yè)界、金融界的問題，都可以用物理的方法去研究，因而物理的畢業(yè)生未來就業(yè)的方向是很廣的。
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