如何系统自学物理系本科课程及其相应的数学内容,来为以后的理论物理科研打下牢固基础?
这个问题,我跟一位物理学教授探讨过。我们讨论的问题是,现在能不能出现自学成才的物理学家了?好像结论是不行,不是理论上不行,而是实际中没有见到过自学成才的物理学家。
现在要学习可以说是非常容易,因为网上都有物理系本科课程设置,基础课程都基本一样:普通物理、四大力学,再加上固体物理、核物理、相对论。物理系的数学基础课程基本都是:微积分、高等代数、复变函数、概率论、数学物理方法、微分几何、拓扑学等。
相应的教材和书籍也很多,有国内教授写的,也有国外教授写的。除了这些,还有网络课程,MOOC,每门课基本都有名师讲解。大家可以随意去听,还可以跟老师讨论。
如果把这些基本课程学完了,可以挑自己感兴趣的领域进行研究。当时,杨振宁和黄昆在西南联大时,他们热烈讨论量子力学,这些讨论确实都影响了他们后面的研究。
可惜的是,在现实生活中,几乎没有看到过系统自学物理系课程而成才的人。我们曾经开玩笑,比是数学的民科多还是物理的民科多。据说是真事,中科院数学所的门卫有几道题,遇到有些民间科学家想要找数学所的院士时,门卫就把这几道题拿出来,让他们做。做不出来,对不起,请回吧。
物理的民科也不少,经常有些带着大部头的著作到清华或者其他研究所找教授,要求鉴定他的研究成果。我看过一两次,里面基本没有超过高中水平的数学。现代物理对数学要求比较高,一般自学的人很难能啃下来。大家可以看看杨振宁的规范场方程的展开式,规范场方程被称为是非常简洁、优美的方程,其实极为复杂。爱因斯坦的广义相对论方程看着也很简单,展开也是极为复杂。
不过,自学可以啃数学,有自学成才的数学家。比如拉马努金、华罗庚,尤其拉马努金,他根本没有受过一点数学训练,就凭着自己的直觉,开创了一片新的数学天地。
但物理现在没有,在物理学的早期,是可以的,比如焦耳、法拉第,后来没有出现过自学成才的物理学家。也许现在的物理学已经过于复杂了。
数学系本科生如果以后想研究理论物理,该选择应用数学还是基础数学方向?
我觉得选择应用数学或者基础数学关系不大,更重要的是看你学些什么课,因为数学系的课与物理相关的不多,如果非得选,还是应该选择基础数学,因为理论物理的研究也需要非常扎实的数学理论功底。如果想学理论物理的话,当初为什么不去物理系呢?毕竟在物理系才能学到更多与物理相关的课程,数学系虽然要学相关的课程,但内容远远达不到做理论物理要求的高度。
数学系的学生一般只会基础物理,也就是力热光电的基础理论与方法,而在物理系,这些都是要分开单独学的,所以学习广度和深度都没法比。如果想做理论物理的研究,四大力学也是必须要学的。理论物理四大力学由传统的理论力学、电动力学、量子力学和热力学与统计物理组成,它是本科生在普通物理的基础上,为了进一步把感性认识提高到理性认识而必须学习的基础理论课程,类似于数学分析和高等代数基础上的实变函数、复变函数、抽象代数等课程。而在数学系,最多能上个理论物理。
当然在数学系,也是有人研究物理的,不过研究的与物理相关的数学理论,这就是数学物理,本科阶段的话最多就学个偏微分方程什么的。但待在数学系的好处就是能学到更多相关更扎实的数学知识,像黎曼几何这种在物理中应用很广泛的学科。个人建议,如果真的想学理论物理,可以多去选一些物理系的课,像四大力学这种一定是要学的,情况允许的话,最好转到物理系去,毕竟待在数学和物理还是不同的学科。