系列讲座第19讲•学业篇——包罗万象的物理学专业

咖啡奶茶 · 发表于谈天说地 2022-12-26 09:24:31

《三体》大家并不陌生，作为一部荣获世界科幻小说最高奖项雨果奖的作品，《三体》代表着目前国内科幻小说最高水平，连奥巴马都是它的忠实粉丝。

据说奥巴马在看完第二部之后，还曾动用总统特权，派人去出版社把还没出版的翻译稿拿来给他。

“三体太有想象力了，背景十分宏大，看完三体之后，我觉得当个美国总统和浩瀚的宇宙相比实在太渺小了。毕竟每天处理的都是和国会争论的琐事，不用担心外星人入侵” 奥巴马曾如此评价三体。

水滴、二向箔、智子、四维空间、曲率飞行等等诸多科学词汇使《三体》有着宏大的结构同时具备硬科幻的情节。

在小编看来，《三体》借着科幻的名义干了很多事：

l 提出了费米佯谬的一种自洽的可能性（黑暗森林）

l 设想了一个三恒星系统的星系（三体）

l 设想了一种外星生物（三体人）

l 提出了未来航天的发展方向（无工质推进）

l 模拟了人类和外星文明第一次接触全过程（叶文洁-太阳广播-不要回答）

l 模拟了一场不同级别文明之间的太空战役（水滴全灭人类舰队）

l 解释了暗物质、暗能量的起源（黑域）

l 形象化地科普了高维空间和弦论（虽然科普错了）

l 形象地科普了量子纠缠和超距作用（虽然也科普错了）

l 提出了引力波的一种实际用途（宇宙广播）

l 解释了宇宙从高维到低维的演化过程（不是因为自发的对称性破缺，而是因为降维打击1）

l 预言了宇宙的结局（被圣母婊用一缸金鱼灭了）

l 还有很多，就不一一列举......

这一切都让《三体》瑰丽的想象有了合理演绎的科学依据，也让《三体》这部科幻小说在与现实世界互相映射时有了更深邃的意义空间。

本期学业讲座Richard老师将会向大家介绍物理学专业是一门什么样的专业，关于物理学专业学术基础、竞赛、夏校、实习以及最牛最全的科研资源也会进行汇总介绍。让我们一起来看看这门极具魅力的学科该如何学习准备吧~

二

干货来咯！

各位家长学生大家好，我是肯思教育的Richard老师，又到了我们背景提升的系列讲座，这次我们讲物理专业。

其实在早些年的时候物理专业还没有这么火爆，那时候可能很多人都和我一样在追美剧«生活大爆炸»，然后随着这部剧的热播和完结，科学家不断取得了新的研究成果，比如黑洞照片的公布，天文物理学逐渐走进了普通人的视野。这就让这个原本冷门、生僻的专业，逐渐成为了越来越多学生的心目中很不错的专业。

但是在美国大学“最值得”和“最不值得”读的专业调查中，近30%学生都认为这个专业不值得读。曾经美国的一家薪资调查网站公布过一项调查结果，他们邀请两千名美国应届毕业生共同评选出的美国大学里“最值得”和“最不值得”读的专业。这个榜单中，“物理学、生命科学与理疗保健”的相关专业成为TOP10中的垫底，26%的学生都后悔选择这个专业，这是怎么回事呢。

我们都知道，物理可是留学申请当中非常火爆的专业，怎么会在满意度上被金融、数学、计算机赶超甚至垫底呢？

其实，物理在学生满意度上表现不佳的原因，大概就是它超难的课程和尴尬的通过率有极大的关系。首先，物理绝不是我们印象中的小车小球受力分析这么简单，它是分为不同派系的，比如：粒子物理学、固体物理学、天体物理学等等。大家也都知道物理是推动世界发展的基础学科，真的是基础中的基础。所以这个专业对于学生的知识面要求也比较高。学生不仅要通晓数学、化学、生物学、空间物理等方面的专业知识外，更要了解小到我们身边的粒子，大到宇宙的运转模式，真的是包罗万象，所以我们在产生兴趣的同时，要对物理学专业本身的难度有一个大概的心里评估。

美国的物理学专业实力雄厚，开设的院校众多，其开设比较简单，基本上都是开设在文理学院的下方，会单独开设物理学或者和天文学开设在一起。物理专业比较强的学校有MIT，加州理工，加州伯克利，哈佛等，学校的介绍就不多讲了，同学们可以自己去查找相关的资料。

我们接下来就从背景提升的各个方面去讲一下物理方向我们应该做些什么？

首先说阅读写作方面，阅读写作是每一个专业路径都需要的，还是和之前在总的背景提升板块中讲到的，在PS中反映你对物理学科兴趣最直观的方法就是，围绕学科进行大量阅读。阅读将提升你对这门学科整体的熟悉程度，对后期的面试也会有很大的帮助。

我这里也为大家准备了一份物理阅读清单，里边有牛津物理专业学生的选读书目。如果有兴趣探索物理学的学生，这是一个很好的起点。

所以我们从基础学科的范畴来说，如果想要更好的理解物理，肯定是要运用一些数学工具的。就比如高等数学，线性代数等，当然还有非常容易转专业百塔的统计学专业基础。同样物理学的好的话它也可以帮助你更好的理解数学，人类历史上很多著名的数学公式，数学理论的出现，都是为了更好的构建物理规律的数学模型，有时候当我们看到晦涩难懂的数学公式，完全摸不着头脑的时候，物理的学习能够很大程度上帮助你去理解。比如它为什么要建立这样的数学模型？如果从生动的物理图像入手去理解这些看起来非常枯燥的数学，是非常好的一种理解数学的方式。所以说从这个层面说，数理结合是一个非常扎实的一个学习方式。扎实的数理基础也会帮助你建立起严谨的思维方式，那思维方式也是搞科研非常需要的一个品质。

接下来我们说一下物理相关的竞赛都有哪些。

学习竞赛是需要天赋，需要努力，需要好的教练去培养的。我给大家列举了一些常见的含金量比较高的国际竞赛。

因为数学和物理同属于基础类的学科，如果未来想走物理专业的学生，数学的竞赛也是可以作为背景的，同样未来走数学专业方向的学生，其实数理化也不分家。这里也就出现了一个问题，该参加物理竞赛还是数学竞赛呢？

那数学竞赛和物理竞赛哪个更难呢？我们分析一下从以下几点来讨论。

首先如果是对于一些有竞赛基础的学生来说，数学竞赛难度更大一点，为什么这么说呢，数学竞赛的解题过程其本质，是考察联想和抽象思维能力。解题需要大脑高度的识别技能，把未知题目与已知解答建立相似性，就是所谓的“旁征博引”。

而物理竞赛的解题过程，很像是诊断一台出了故障的机器，利用已有的现象，做各种逻辑推理和分析，寻找背后的根源在哪，所以这就需要做极端推理和实验，其本质是考察洞察力，和建模能力。物理本质就是能看破现象，看穿本质，需要强大的数学抽象能力。

那对于一般学渣而言，物理会更难一些，这是因为数学的大多数概念本身并不抽象，甚至非常具体，只要上完课就可以做出题，做不出来也是因为技巧不够。而很多物理概念本身，如果没有微积分基础，是很难理解的，上完课很可能两眼一抹黑。所以这也就引申出来其实数学是物理的基础学科。

本质上说，数学竞赛的解题，有可能是对未知方法的探索。而物理竞赛的所有解题，必定是对已知理论的应用。对于竞赛而言，数学也就更难一些。数学竞赛题的难度是没有上限的，只要命题者愿意，可以出任何难度的题目，答题者可以给出任何不同于标准答案的解答，只要符合数学逻辑。但是物理竞赛题的难度存在人类物理学认知的上限，且理论题目必须符合物理实验结果，命题者只能从人类目前已有的物理知识中选择相关题目，答题者的解答必须有已有物理定律做为依托，自由发挥的空间不大。换句话说，最难的数学题的新颖解答可以写一篇论文发表，而最难的物理题再新颖的解答也不可能超过已经发表的论文。有些imo题目甚至大学专业数学教授也难以作答。而物理竞赛几乎难不倒“顶级”的高年级大学物理专业的学生。

所以总结一下从竞赛难度上讲数学是要更难的，从学科上下游的关系来看，数学和统计是自然科学的基础，也是物理学的基础。那物理是谁的上游学科呢？是工程。就好像化学是材料科学以及环境科学的上游学科一样。还有很多交叉学科，例如生化和生物物理，也需要建立在基础科学之上去学习。

我们选择专业时建议越广越好，但是文书里面讲故事的时候越具体越好，你对哪个细分领域特别有见地、有积累、比较感兴趣。

关于这个深度和宽度的问题，是了解美国大学申请的专业选择的核心。美国的好大学，说白了就是两个都要。这也就是叫做长指理论，五个手指头都要给我看看，但是请务必告诉我哪根是最长的。曾经斯坦福大学新校长专门写文章，论述斯坦福的学生专业方向越来越“窄”的问题，有一段话，言下之意是说学生进校的时候都说自己有很多兴趣，但是最后进校以后没想到的是都一头扎进热门专业。的确，三十年前的斯坦福，50%学习社会人文学科，今天这个比例是25%。

接下来我们说一下夏校部分，美国的夏校种类繁多，从小学开始其实物理课程就有，很大一部分学生会选择科学的课程，包括一些比较知名的天才营项目都会有物理相关的课程，比如科学和工程，运动物理学等等，初级别的课程大都没有先修要求，但是在高级别课程中比如天体物理学，快节奏的高中物理等课程还有相对论等课程就需要有一些相关的基础，可能需要提供你较好的物理成绩等来证明你的能力，同时也要达到天才营SCAT的高级别分数线。不过对于国内公立学校或者公立学校国际部的学生来说相对不是很难，对于纯国际学校的学生来说理工科的基础整体会相对弱一些，需要花更多的时间来做提升。

还有现在已经开放2022年美高的课程，比如安多福的物理课程，应用物理天文学课程等，再就是大学开设的无学分以及学分的课程，总体来说，小学，天才营，顶尖美高及大学是前期物理知识学习的常规思路。这里需要注意，在选择相关物理课程夏校的时候，要看清楚课程的具体学习内容，因为有的是偏天文方向的，有的是偏应用物理方向的等等，方向都不一样。这里我给大家重点介绍几个个比较著名的物理学科顶尖的夏校，YSPA耶鲁大学的天体物理夏校，SSP新墨西哥科技天体物理夏令营以及ISSYP加拿大的青年物理学者夏校，这三个夏校也是精英夏校，和之前讲到的数学三大数学营一样，同属于录取人数极少，申请难度极高的物理夏校项目。

先说一下SSP的新墨西哥科技天体物理夏令营，这个项目在三个校区分别有两个项目，生化和天体物理。是一个趋向于研究，并非课程的一个夏令营。项目的申请非常激烈，从官网的数据说明可以看出近两年都会收到大约750份申请，但只会录取72名学生。其中天体物理学课程是需要具备微积分和物理学的基础，10年级学生和11年级学生都有资格申请。很少有9年级学生入学，9年级学生很少有达到所要求的先决条件的。

耶鲁大学的天文物理课程真的是非常高大上，如果你是喜欢天文物理的学生，这个项目一定是你未来金字塔追求的顶端。课程将会由老师带领使用天文台的观测设备进行项目探索和研究。同样全球只有32名学生参加，32:6的比例，对于学生的关注度比较高。录取难度也比较大，除了常规的成绩单，推荐信，文书，简历等等，软性背景还要求至少有两年以上的天文学知识，有物理竞赛成绩及数学竞赛成绩最好，有参加的过程也很不错。

最后我们再说一个ISSYP加拿大国际青年物理学家项目，这个物理夏校可能是目前为止最难的物理方向夏校，录取率只有4%，这个录取率是物理难度夏校里最低的，每年只要40名学生，20名加拿大的学生，20名国际生，对于国际生来说录取率可能只有2%，这个项目虽然不在美国举办，但由于它是为数不多的针对理工科尤其理论物理研究方向高中学生的项目，导师多为物理界资深的教授或研究者，所以这所夏校在全球国家的申请中认可度相当高，尤其是申请北美系统的加拿大或者是美国来说更是物理方向的顶级项目，之前每年录取的中国学生人数也只有个位数，两个三个的是一个很正常的数字。相比耶鲁的天体物理来说，除了要有两年以上的物理知识外，建议还是高二以上的学生申请，年级低的话知识储备不够且申请成功概率确实不大。

接下来我们说一下实习部分，一提到实习部分我们肯定会和未来就业相挂钩，很多人就觉得物理专业是天坑专业，说毕业后物理专业就业的面很窄，只能去做科研或者去教书，而且觉得物理专业又难，又是一个科研转化率比较低的这么一个专业。薛兆丰老师在她的新世相读书活动中曾经和大家分享过年轻人应该如何看世界中提到，在现代社会中任何一个文明的人至少应该学习两门文明的必修课，一门就是物理学，另一门是经济学。物理学是研究没有人的世界当中的运行规律；经济学是研究在有人的世界里面的运行规律。所以说呢其实物理是一个非常不错的专业。

如果你本科阶段学习物理的话会对自己未来的职业方向是一个很大的帮助，如果你发现自己特别喜欢物理，想要在物理领域做出一番成绩的话，那你可以选择继续深造，未来读研或者博士等留任学校都是有可能的，时间也比较自由，可以按照自己的时间和节奏来完成工作。这种情况下就引申出其中一个实习的方向，那就是做科研的实习。

科研实习是根据相关分所和实验室已有的项目跟着导师去做实习工作的，时间是4周的时间，首先我们来看一下一下国家级中国科学院和物理相关的所都有哪些，很多所在世界上都有很高的成就和名气，同时肯思这边也是和这些所一手合作的，有大气物理研究所，国家天文台，中科院理化所，力学所，物理所，长春激光所，理论物理研究所，上海应用物理研究所，高能所等等。每个所下方开设的研究课题方向也有很多。

其次就是高校的研究项目，比如北京科技大学，北京邮电大学关于物理和工程方面的研究，包括量子显微镜研究等等，除此之外还有很多大学都有合作研究的课题可供学生来选择。

另外一个方面是未来毕业以后可以选择其他偏应用方向的工作，扎实的物理基础能够让你快速跟上节奏，很容易转型成功。所以说物理专业毕业的同学就业方向十分的广泛，也是跨行业最容易的专业之一，就像我们之前在背景提升讲到的数学专业一样。比如你可以去科研院校，去科技型的企业，也可以做量化金融，互联网计算机这些都是可以的，当然你肯定是要做一些准备的，但是也不用担心，经过物理专业的训练之后，自己的学习成本其实是会降低很多的，因此很多企业是非常喜欢物理专业的学生的。当然如果你在学习期间参加过相应的实习，那么你进入企业后就能更快的融入到工作中。

所以肯思这边可以安排进入大学里边做物理方向的教务助理，可以去精密仪器物理光学部门做实习等等。有需要做实习的小伙伴可以咨询肯小思来单独匹配。

我们最后一个板块讲一下物理方向的科研，也是我们最重要的一个板块，首先物理方向的学生来说除了竞赛比较重要之外就是科研了，毕竟很多结论都是从实验当中获得的，所以科研板块我们分了三个层面去讲，分别是海外高校的实验室暑期项目，海外藤校和G5等名校开设的物理相关的线上小班科研，还有就是国内科研项目。

首先是海外高校官方的暑期科研项目，在这里我给大家从易到难列举一些比较不错的科研学习项目。

首先是加州理工的环境科研项目，加州理工虽然学校小，但是在物理学，化学和天文学专业优势极其明显。课程是讲座研讨的形式，最后会出一份实验报告，如果表现优秀会得到老师的推荐信。

在这里给大家穿插说一下参加夏校获得推荐信的事情，不管是什么样的夏校，不是每个夏校都可以获得老师或者教授的推荐信，也不是每位学生都可以拿到推荐信，能得到推荐信的学生一定是为数不多的。所以选择参加夏校的意义不能直接说就是冲着获得推荐信去的。更多的是学习知识，对自我是阶段性的提升，熟悉国外环境和课程以及参加到特别知名项目后的经历，还有就是在学校留下你学习的档案经历，认识更多的校友和老师等等。

第二个推荐的，是科罗拉多大学波尔德分校的STEM项目，这个学校的理科专业研究水平位于世界前二十位，物理，化学，生物医学，地理和环境科学等专业实力超群。其中光学，原子物理等专业常年全美第一。地球科学世界排名第二，仅次于加州理工学院。这个项目对于喜欢物理，自然科学的学生来说是非常合适的项目。

第三个比较推荐的是加州大学圣塔巴巴拉科研项目，这个项目可能是美国高中生里最热门的科研项目之一。如果你向往碧天蓝海和最美的加州大学校园，丰富的科研方向，还有物理中地球科学的研究课题，你可以申请这个学校的科研，一定是会有很多收获。

我们最后再介绍两个项目，一个是科研实习，波士顿大学的实验室实习和科研项目，可以选择天文、化学、物理等领域。每周工作40小时。

另外一个就是石溪分校的科学研究项目，是为天才高中生提供的与高分子材料相关的科学实验和研究的项目。学生将成为研究团队的一员，学习和尝试为科学领域做出自己的贡献。参加Garcia项目的学生们可以参加各大全国科学比赛，在科学期刊中发表文章，或者在国际会议中展示科研成果。除此之外还有宾夕法尼亚大学下方的文理学院，物理下方也有很多细分的方向。

第二种是海外藤校，G5等其他名校的科研项目。目前海外藤校教授开设的课程形式均为班课的形式，一对一的费用比较高。班课是分春夏秋冬四季时间段滚动开班。比如伦敦大学学院教授在2月9日开始的经理力学和量子力学的课程；普林斯顿大学教授开设的天体物理课程，还有西北大学的纳米材料的物理化学性等等。海外教授的班课最终会获得教授签字的课程证明，推荐信，完成国际EI/CPCI会刊论文辅导和发表等等。在整个学习过程中，我们会前中后期三个阶段对学生的上课进度和质量进行跟进反馈。

在这里需要注意的有三点：

第一点：这种班课都是固定的时间段不能随意更改时间，好在这140节的课程中，所有的不管直播还是其他的课程都是可以看回放，而且基本直播课的时间都是安排在周末的晚上。

第二点：教授全英授课，建议学生还是要具备一定的语言基础，如果在海外教授的授课中有不明白的地方还可以听助教老师的直播课来对照学习，解决问题。若还是无法解决可以单独和助教老师约一对一的时间进行问题解决，不限制预约解答的次数，这就保证了我们学生的上课质量。

第三点：国外教授的课程最后出的论文字数是三四千字，相比我们下边讲的国内科研及论文指导加发表来说，字数差别还是比较大。国内科研及论文指导发表的字数是两三万字，是非常完整的一篇论文。

接下来我们说第三种科研，也就是国内的科研和论文指导加发表。肯思自2015年开始在原有商科的基础上增加覆盖了90%以上大学专业领域，国内985/211名校比如清华，北大，中邮，同济，上海交大等在职教授和中科院国家级实验室在职研究员，超过300名教授与学者和肯思是一手合作的。我们国内的科研项目都是一对一的形式，科研方向都是学生和导师共同协商，专门为学生当前的基础和需求去打造的。最终产出的论文是非常完整的。

在这里我要提一下，我们在选择由国内导师还是国外导师做科研时，要综合去考虑。比如你觉得你的英文水平还不是很好，可以选择国内的教授来做科研，当然国内的导师也完全可以全英授课，比如你就认准了国外导师这个牌子，那可以选择国外的导师上课，但不是说你要申请国外的学校选择国外导师就一定比国内的好，这个思想是完全错误的，因为级别都是一样的，且国内导师也有自己的优势。那再比如你时间不太灵活不好把控，已有固定的国外导师课题和自己不匹配，那可以选择国内的导师定制时间和课程等等。具体我们在匹配导师的过程中会综合考虑学生的情况帮助去匹配。

今天我们的讲座除了第一部分对物理的介绍，最重要的就是背景提升里的科研板块，我们接下来还会持续给大家做背景提升的系列讲座，如果有问题可以找群里的客服肯小思单独咨询。我们下次讲座再见。

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