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物理系

物理学,也被称为是“自然哲学”。它研究的是物质的原理以及物质在时空中的运动规律。

在文艺复兴的后期,伽利略提出了用科学实验来检验理论假说的方法论,现代意义上的物理学由此诞生。牛顿力学的诞生以1687年《自然哲学的数学原理》的出版为标志。这是人类历史上掌握的第一个完整的科学理论体系,其影响力涵盖自然科学的所有领域。这也是一次深刻的认知革命,它揭示了天体的运动和日常事物遵循统一的运动定律。麦克斯韦方程将电和磁现象统一起来。据此,麦克斯韦预测了光是一种电磁波,这就奠定了后来光电时代的基础。费曼曾经说过,麦克斯韦方程的发现对人类历史的影响要远大于同时代发生的美国南北战争。爱因斯坦站在麦克斯韦的肩膀上,揭示了时空、运动和物质之间不可分割的关系:狭义相对论是在探索麦克斯韦方程在不同参照系间的协变性的研究过程催生的,而广义相对论是麦克斯韦方程在引力研究上的类比。不用说,量子力学从根本上将我们对世界的看法改变了,从确定性的转变为不确定的几率性的 --- 我们每个人都对测不准原理和薛定谔猫的生死很着迷。量子力学还提供了解微观粒子(例如原子,电子和原子核)的基本工具,甚至也是研究宏观现象(例如超导性)所必须的。

当代物理学大致分为四个分支:高能物理学、天体物理学(宇宙学)、原子,分子物理和光学(AMO),以及凝聚态物理学。高能物理研究的是最小尺度下的时空结构,以及基本粒子之间的相互作用。天文学则是另外一个极端,它研究的是最大的尺度上的时空结构:宇宙的诞生、演化,和最终的命运。 AMO物理学的主题包括激光、原子钟、量子信息、冷原子等。其目标是实现最精确的调控,甚至可以达到调控单个电子和单个光子的程度。凝聚态物理是现代物理学中最大和最多样化的领域,包括硬凝聚态物理(即电子材料的量子物理学)和软凝聚态物理(如液晶,膜和生物物质等)。凝聚态物理研究大量粒子的“社会学行为”,探索其“社会组织”的基本原理。

尽管在时空和能量尺度上非常不同,但物理学的所有分支都是相互紧密联系的,所表现出的物理特点也很相似。“一沙一世界,一花一天堂”。每个凝聚态的样品都是我们可以研究的“宇宙”,而现实的宇宙也是物理学家的一个样品。高能物理学和凝聚态物理学,通过交流诸如量子场论和对称性自发破缺的思想和概念而彼此受益。冷原子物理学最初是AMO物理学的一个方向。在过去的二十年中,它已成为AMO与凝聚态物理之间的交叉科学的新领域,其研究包括了玻色-爱因斯坦凝聚和超冷费米子超流动性在内的新的原子物态。量子信息对凝聚态物理的影响一直在增加。量子纠缠的观点已成为探索强相关联量子物理的现代方法。凝聚态物理中拓扑超导性的研究,具有调控Majorana费米子的潜力,这也是未来量子计算的重要方向。

物理学永葆青春。不断涌现的新现象和深刻的问题,激发了我们探索新方法和提出新观念的灵感。西湖大学物理方向近年来发展迅速,在理论物理,凝聚态物理、原子分子和光物理等方向有很大的进步, 高能物理学和天文物理学也是将要重点发展的方向。物理方向的学生将接受数学、理论和实验物理方面的扎实的训练。他们将通过课程学习、实验以及参加学术研讨会和学术报告来发展广泛的兴趣和技能。在此过程中学习到的知识和能力,将为他们的未来职业生涯中打下坚实的基础。物理专业学生在毕业后,通常会在各种专业中取得成功,包括电气工程、计算机科学、化学、生命科学,甚至是金融。对于年轻的学生来说,这是一个值得奉献一生的领域。