美国大学物理专业解析

专业介绍

物理学（physics）是研究物质的运动规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。物理学起始于伽利略和牛顿的年代，它已经成为一门有众多分支的基础科学。物理学是一门实验科学，也是一门崇尚理性、重视逻辑推理的科学。物理学充分用数学作为自己的工作语言，它是当今最精密的一门自然科学学科。

美国大学物理专业的开设比较简单，基本上都是开设在学校文理学院下（School of Arts and Sciences），会开设单独的物理系（Department of physics），由于天文学也是物理学的一部分，和天文学开设在一起，称为物理和天文学系（Department of Physics and Astronomy）。该专业以PhD学位为主，专业排名前70的学校中，而开设Master学位的只有40所左右。侧面反映出物理学的重心在于培养独立研究的人才。

分支介绍

1、根据研究的物质运动形态和具体研究对象划分

（1）力学（Mechanics）：研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律；

（2）热学（Thermodynamics）：研究物质热运动的统计规律及其宏观表现；

（3）电磁学（Electromagnetics）：研究电磁现象，物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律；

（4）光学（Optics）：研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用的基础学科；

（5）原子物理学（AtomicPhysics）：研究原子的组成、排布及其运动、转化规律的科学。

2、根据研究方法的侧重点划分

（1）理论物理学（计算物理学 ComputationalPhysics）：通过为现实世界建立数学模型来试图理解所有物理现象的运行机制。通过“物理理论”来条理化、解释、预言物理现象。丰富的想象力、精湛的数学造诣、严谨的治学态度，这些都是成为理论物理学家需要培养的优良素质。

（2）实验物理学（技术物理学TechnicalPhysics）：物理学是实验科学，凡物理学的概念、规律及公式等都是以客观实验为基础的。因此物理学绝不能脱离物理实验结果的验证，实验是物理学的基础。实验是有目的地去尝试，是对自然的积极探索。科学家提出某些假设和预见，为对其进行证明，筹划适当的手段和方法，根据由此产生的现象来判断假设和预见的真伪。因此科学实验的重要性是不言而喻的，其中物理实验自然也雄居要位。

3、物理学分支细化所衍生的现代新兴学科

（1）原子、分子、光波物理学：原子物理学AtomicPhysics专门研究原子的结构和性质，即环绕着原子核、束缚于原子内部的电子的排列，这排列所产生的现象与效应，以及促使这排列改变的过程。分子物理学MolecularPhysics专注于研究分子的物理性质以及将原子结合为分子的化学键性质，它和原子物理学紧密相关。光波物理学OpticalPhysics研究电磁辐射的生成与性质、电磁辐射与物质之间的微观相互作用，特别是其控制与操纵。

（2）粒子物理学（ParticlePhysics）：粒子物理学是研究组成物质和射线的基本粒子以及它们之间的相互作用的物理学的分支。由于许多基本粒子在大自然一般条件下不存在，或不单独出现，物理学家只有使用粒子加速器在高能相撞的条件下才能产生和研究它们，因此粒子物理学也被称为高能物理学High-EnergyPhysics。

（3）原子核物理学（NuclearPhysics）：简称核物理学或核子物理学，是研究原子核性质、结构和变化规律的物理学分支。研究各类次原子粒子与它们之间的关系、分类;分析原子核的性质和结构;研究原子核的获得射线束并将其用于探测、分析的技术，以及研究同核能、核技术应用有关的物理问题。

（4）固体物理学（Solid-statePhysics）：是凝聚态物理学中最大的分支。它研究的对象是固体，特别是原子排列具有周期性结构的晶体。固体物理学的基本任务是从微观上解释固体材料的宏观物理性质，主要理论基础是非相对论性的量子力学。

（5）凝聚态物理学（CondensedMatter Physics）：凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。凝聚态物理学是一门以物质的宏观物理性质作为主要研究对象的学科。所谓“凝聚态”是指由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成，并且粒子间有很强的相互作用的系统。它是研究由大量微观粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态物质的微观结构、粒子间的相互作用、运动规律及其物质性质与应用的科学。自然界中存在着各种各样的凝聚态物质，它们深刻地影响着人们日常生活的方方面面。在最常见的三种物质形态——气态、固态和液态中，后两者就属于凝聚态。低温下的超流态，超导态，超固态，玻色-爱因斯坦凝聚态，磁介质中的铁磁态，反铁磁态等，也都是凝聚态。

（6）激光物理学（LaserPhysics）：激光发生的原因、物理机制及与其它物质间相互作用的物理学分支。在全息照相、激光核聚变、材料加工、医疗、军事等领域应用极为广泛。激光技术是新技术革命中最活跃的领域之一，现在研究激光用在医院，军事上。

（7）等离子体物理学（PlasmaPhysics）：是研究等离子体的形成、性质和运动规律的物理学分支学科。等离子体是宇宙中物质存在的主要形式，太阳及其他恒星、脉冲星、许多星际物质、地球电离层、极光、电离气体等都是等离子体。

（8）地球物理学（Geophysics）：是地球科学的主要学科，是通过定量的物理方法和物理学原理，特别是通过地震反应、折射、重力、地磁、电、电磁和放射能的方法，研究地球及地球形成和动力的学科，研究范围包括地球的水圈和大气层。地球物理学研究广泛系列的地质现象，包括地球内部的温度分布;地磁场的起源、架构和变化;大陆地壳大

尺度的特征，诸如断裂、大陆缝合线和大洋中脊。现代地球物理学研究延伸到地球大气层外部的现象（例如，电离层电机效应〔IonosphericDynamo〕、极光放电〔AuroralElectrojets〕和磁层顶电流系统〔Magnetopause Current System〕），甚至延伸到其他行星及其卫星的物理性质。

（9）大气物理学（AtmosphericPhysics）：是研究大气的物理属性、物理现象、物理过程及其演变规律的学科。是大气科学的一个分支。它主要研究大气中的声象、光象、电象、辐射过程、云和降水物理、近地面层大气物理、平流层和中层大气物理，既是大气科学的基础理论部分，又是环境科学的一个部分。

（10）海洋物理学（OceanographicPhysics）：是以物理学的理论、技术和方法，研究海洋中的物理现象及其变化规律，并研究海洋水体与大气圈、岩圈和生物圈的相互作用的科学。它是海洋科学的一个重要分支，与大气科学、海洋化学、海洋地质学、海洋生物学有密切的关系，在海洋运输、资源开发、环境保护、军事活动、海岸设施和海底工程等方面有重要的应用。

（11）天体物理学（天文学Astronomy）：是研究宇宙的物理学，这包括星体的物理性质(光度，密度，温度，化学成分等等)和星体与星体彼此之间的相互作用。应用物理理论与方法，天文物理学探讨恒星结构、恒星演化、太阳系的起源和许多跟宇宙学相关的问题。由于天文物理学是一门很广泛的学问，天文物理学家通常需要应用很多不同的学术领域，像经典力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等等。

（12）生物物理学（Biophysics）：是运用物理学的理论、概念、技术和方法，研究生命物质的物理性质、生命过程的物理和物理化学规律，以及物理因素对生物系统作用机制的科学。生物物理学是物理学与生物学相结合的一门边缘学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。生物物理学是研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。