理論物理是不是天才才能學好?
"實在不行就學天體物理好嗎" 哈哈哈哈, 這是什麼仇什麼怨? @王力樂
在這裡我覺得引用 Einstein 的話非常合適:當我還是一個相當早熟的少年的時候,我就已經深切地意識到,大多數人終生無休止地追逐的那些希望和努力都是毫無價值的。而且我不久就發現了這種追逐的殘酷,這在當年較之今天是更加精心地用偽善和漂亮的字句掩飾著。每個人只是因為有個胃,就註定要參與這種追逐。而且,由於參與這種追逐,他的胃是有可能得到滿足的;但是,一個有思想、有感情的人卻不能由此而得到滿足。
…在我們之外有一個巨大的世界,它離開我們人類而獨立存在,它在我們面前就像一個偉大而永恆的謎,然而至少部分地是我們的觀察和思維所能及的。對這個世界的凝視深思,就想得到解放一樣吸引著我們,而且我不久就注意到,許多我所尊敬和欽佩的人,在專心從事這項事業中,找到了內心的自由和安寧。在向我們提供的一切可能範圍里,從思想上掌握這個在個人以外的世界,總是作為一個最高目標而有意無意地浮現在我的心目中。有類似想法的古今人物,以及他們已經達到的真知灼見,都是我的不可失去的朋友。通向這個天堂的道路,並不像通向宗教天堂的道路那樣舒坦和誘人;但是,它已經證明是可信賴的,而且我從來也沒有為選擇了這條道路而後悔過。
...像我這種類型的人,其發展的轉折點在於,自己的主要興趣逐漸遠遠地擺脫了短暫的和僅僅作為個人的方面,而轉而力求從思想上去掌握事物。——《自述》首先我同意叔本華所說的,把人們引向藝術和科學的最強烈的動機之一,是要逃避日常生活中令人厭惡的粗俗和使人絕望的沉悶,是要擺脫人們自己反覆無常的慾望的桎梏。一個修養有素的人總是渴望逃避個人生活而進入客觀知覺和思維的世界;這種願望好比城市裡的人渴望逃避喧囂擁擠的環境,而到高山上去享受幽靜的生活,在那裡透過清寂而純潔的空氣,可以自由地眺望,陶醉於那似乎是為永恆而設計的寧靜景色。
除了這種消極的動機以外,還有一種積極的動機。人們總想以最適當的方式畫出一幅簡化的和易領悟的世界圖像;於是他就試圖用他的這種世界體系來代替經驗的世界,並來征服它。這就是畫家、詩人、思辨哲學家和自然科學家所做的,他們都按自己的方式去做。各人把世界體系及其構成作為他的感情生活的支點,以便由此找到他在個人經驗的狹小範圍理所不能找到的寧靜和安定。 ——《探索的動機》(愛因斯坦在普朗克生日會上的講話)我不想討論智商對科研的影響. 但我想物理學史上但凡做出留下名字的工作的, 他們的原始動機都只是對大自然的好奇心和對美的追求, 而從不考慮自己的能力是否足夠, 自己是否一定能做出名留青史的工作. 如果題主的動機是純粹的, 內心自然也會強大起來, 而不會受上面的問題的困擾.
當然, 做基礎科學研究自然是不容易的, 一定會遇到很多困難. 每個人的背景都不一樣, 追求也不一樣. 很多人放棄科研也是迫不得已, 或是失去興趣, 這都很正常. 無論做什麼還是要量力而行. 不過, 當年楊振寧和黃昆等人留學海外, 最初也經歷過各種各樣的困難. 在1947年4月黃昆給楊振寧的一封信中, 黃昆這樣寫道:只要人能把雄心放在超出自己以外的Abstraction上,人格的力量立刻就增加,沒有disillusion只有fresh challenge。把interest重心一旦傾於個人身上,幾乎早晚會覺得這目的太trivial,一切的effort都太不值得。
這封信很可以引起基礎科學研究者的共鳴. 每次生活或是工作上遇到不順時, 拿出這一封信讀一讀, 彷彿可以回到那個年代, 力量也就很快恢復了. 這裡與題主分享. 希望題主在本科高年級和以後讀博士以後常拿出來讀一讀.
題主"目前高考北大無壓力", 我想某種程度上說天賦已經很高了. 現在看不明白知乎上的一些討論只是知識儲備不夠. 提升知識儲備對於題主肯定是很容易的事情, 這些東西你以後在物理系很快就會學到, 因此不必擔心. 我三年之前和你一樣也是高三, 那時候我還在搞化學競賽, 對物理學幾乎一無所知. 我當時也有差不多和題主一樣的困惑. 但我現在和別人討論很多前沿的問題也沒有任何壓力, 自己也在做一些理論物理的科研.
北大物理系自然是很不錯的. 只是在大的物理系中容易迷失自我, 希望題主能"不忘初心".
其他的一些問題我在知乎上也說了很多了, 不再多說. 這裡只給出鏈接, 希望對題主能有幫助: 物理學(從本科到碩士)學生需要系統的學習哪些數學方面的內容? - andrew shen 的回答有什麼好點的數學、物理書籍(也包括教材)之類? - andrew shen 的回答在物理系讀書的感受如何? - andrew shen 的回答在清華北大以及其他頂尖 985 學校里,那些智商「被碾壓」的孩子們又是如何應對碾壓的? - andrew shen 的回答
不是。但等你學好之後,別人可能會把你當成天才的。昨天我剛跟一位很厲害的教授聊過天。我說我想做學術,以後可能會到國外去做理論物理。接下來他跟我說的第一句是:「去美國的話,你一定要保持你的robustness,因為大環境可能會對許多人影響很大,你要堅持自己的想法。」
他舉了當年他們那代人的例子,說很多人都轉向華爾街之類的地方了,文小剛老師還是堅持做他認為對的事情,他做的工作不隨大流,因此一開始很難為人認同,周圍的同學都離開了,他還是堅持,他做了五年postdoc才找到教職。還有馮溪喬這樣的天才,很年輕就當上教授了,後來卻自殺了。老師說:「他是天才,但是他不夠喜歡物理。」
另外,找對自己的導師、找到自己真正感興趣的問題也很重要。他提到楊振寧先生當年就是一直跟他一起推式子,這樣來指導學生的。他感到自己和自己的課題是共同成長起來的。
此外就是,你在知乎看到的關於理論物理的問題和答案是不同領域的人共同討論的,並不是每個人對所有領域都十分了解。理論物理也有不同的分支,具體到各自的領域,別的人再聰明也不如這個專家厲害。書的話,也不要貪多、跟風,根據自己到時研究的領域去針對性的看比較好。
北大物理不錯的,不過你要注意的是:不要為了出國上好學校而過分在意分數。不是說不在意分數,而是不要過分在意。P大的學生從小考試成績都是一等的,比拼分數的習慣到了大學仍在延續。但是過分在意分數會讓人迷失在得到好分數的虛假滿足感和得到差分數的沉重打擊感中。比如我考過課程的最高分,也考過七十多分低於平均分,當時心情受到這樣的分數影響,後來想來是不好的。在意你真正感興趣的物理問題,在意自己一點點超越以前的自己。
所以你看,最重要的到底是什麼呢?(11.30更新: 其實做弦論也不需要系統學習太多數學,微積分、線性代數、複變函數和群論足夠了)
1.從某種(下面將要指出的)意義來說,理論物理確實比生物、化學等實驗學科更需要「天賦」。我認為與其實說天賦,不如說是『特質』,很大程度上是可以後天訓練培養的。
我們先看理論物理的學科特點。歷史上第一個理論物理學家應該是伽利略,(當然那時候理論和實驗還沒有分離,所以伽利略應該二者都是),這已經是300多年前的事情了。300多年以來,從最開始的經典力學(第一個完整的物理理論)到最前沿的量子場論、弦理論和凝聚態理論,理論物理已經發展成了一門高度成熟、抽象性程度很高的學科,許多前言的數學概念在理論物理中得到了廣泛運用。
我舉個例子:在很多實驗學科裡面(比如生物和化學),理論往往是定性的,而不是定量的。化學和生物學的理論可以指導你的實驗方向,但絕不會告訴你某個試劑加了多少多少就一定能得到什麼結果。理論物理則不同,雖然它仍然是以實驗為基礎的(即使是弦理論,也是原則上可以通過實驗驗證或者證偽的。通常說弦理論不是物理,是因為弦理論在可以預見的未來不能做出實驗可驗證的預言或被證偽),但理論物理學家(至少大部分)的思維方式卻偏數學,和實驗科學家完全不同。比如,理論物理學家已經很少通過實驗來歸納理論了,而往往是從一些基本的原則出發,通過增加具體的假設,推理演繹出實驗室可能看到的現象。當然現在也有很多從實驗現象出發,試圖歸納理論來解釋的,但往往得出的理論也會以基本假設+演繹推理的形式給出,而且依賴的附加假設越少,適用的情況越多,這樣的理論就越優越。對一個成熟的理論物理理論的要求是:必須要能定量地預言各個客觀測量之間的精確數量關係,也就是我輸入什麼參數,實驗就一定能得到什麼結果。
所以,從事理論物理研究必須要具有較好的抽象思維能力,至少比生物、化學等實驗學科和計算學科要更高。很多時候,這種抽象思維能力是每個人不同的生活習慣、思維習慣養成的。如果把這個叫做「天賦」的話,做出好的理論物理成果是需要一定「天賦」的。
2.然而,我反對所謂理論物理所需要的智商比別的自然科學要高。每個學科都有自己不同的思維方式,適合在這個思維方式方面突出的人從事研究工作。理論物理確實是自然科學中最抽象、最嚴密的科學,但很多時候,在某些技巧上,理論物理工作者是不如計算機程序員的。很多理論物理工作者(比如我),就沒有系統性思維,動手能力也很差(再自黑一次),一旦碰到了複雜的實際操作問題(理論物理的模型都是高度抽象化的),就力不從心了。
比如我可以很快地做出一道量子力學的習題,我的同學A卻連答案都不能完全看懂;然而A搭電路的速度和條理性比我好的多,也更會碼代碼,他能解決大把我連碰都不敢碰的實際問題。(PS:我的物理實驗課基本是靠刷上課課時數拿到高分的)能說我的智商比A高,或者A的智商比我高嗎?!
即使是在理論物理學家裡面,每個人的思維方式也可以差很遠。我是比較注重數學技巧概念和物理結合的,也有的同學很不喜歡數學,數學也不好,但是卻有很強的建模能力,對各種物理量的感覺比我好得多。(我們有一個很厲害的同學每次看到一個公式就要把數量帶進字母看看那個量大概是多少,他的物理感覺非常好,而我卻完全沒有這種能力)。我不認為這裡存在誰比誰聰明的問題。
3.數學不好能做理論物理嗎?
能。對於一個扎紮實實掌握了微積分和線性代數的物理系畢業生來說,只要他有比較好的抽象理解能力,就能夠從事大部分領域的理論物理研究。舉個具體的例子:我大二的時候,Stanford的某個理論物理大牛(得過理論物理最高獎Dirac獎和凝聚態物理最高獎昂尼斯獎)在清華開辦了一個系列seminar活動。當時我正在學Galois理論,就把做了個PPT把特徵為0的Galois理論的主要內容講了一下。那個大牛是聽眾之一,我發現他的代數知識並不顯著高於優秀的大學一年級物理系本科生的水平,在許多技巧上甚至不如我們的許多本科生。
我們也有的人知道了很多高深的數學概念,就去講給另一個凝聚態理論大牛文小剛老師聽,卻發現小剛根本不知道他說的那些概念是在講什麼。
當然,也有數學很厲害的理論物理學家,比如Nima Arkani-Hamed、Ed Witten、Shamit Kachru、Davide Gaiotto(IMO/IPhO雙medalist)等人。(這些人多多少少都搞一些跟實驗關係不大的數學物理)但絕大部分理論物理學家的數學水平遠遠沒有達到這個程度,從事這些很刺激的研究也不需要那麼高的數學技巧。
More:關於學理論物理需要多少數學,我的學弟Andrew Shen(做凝聚態理論)給了很好的答案:物理學(從本科到碩士)學生需要系統的學習哪些數學方面的內容? - 知乎用戶的回答
4.如何判斷自己適不適合搞理論物理?
我低年級的時候同很多同學一樣,擔心自己太「蠢」,智商平庸,做不了理論物理(當然現在我也不敢說自己能成為好的理論物理學家)。許多老師(他們的意見我現在是同意的)給出的標準是:看看能否在學完了力學和電磁學以後,在大二上學期學好量子力學?(有一個老師的原話是,是不是對量子力學有feel。)
什麼叫學好?我想很多數學系和物理系的同學都有這種認識:考好不等於學好,學得好的人一般能考好,但考好的人不一定都學得好。對於量子力學來說,學好的標準不僅僅在於能做多少習題,更重要的是理解有多深?
舉個具體的例子:a.很多人都知道電子的干涉實驗(雙縫),可以嘗試下通過你對量子力學的基本概念的理解來嚴格解釋這個干涉現象。注意不要僅僅說什麼疊加原理之類的,重要的不是知道疊加原理(每個學過QM的人都知道如何用疊加原理來計算),而是如何用疊加原理來解釋雙縫干涉。
(PS:這個問題其實不是那麼好說清楚的,知道路徑積分最好。不知道也沒關係,可以參考費曼物理學講義第三本的頭兩章,裡面解釋地很好。)b.這個問題是一次聽Nima Arkani-Hamed的講座的時候他提的:為什麼量子力學的時間演化算符要求是幺正的?可以從那幾條基本假設推出來?c.從量子力學上如何理解磁失勢和電磁場的關係?究竟哪個更基本?如果對於類似這些問題,你都有能夠說服自己的答案(當然不要騙自己了),那你的量子力學的理解就不錯了。
如果你覺得量子力學還不夠過癮,可以看廣義相對論,量子場論的書,這樣你的理論物理生涯就邁出了第一步。
我自己的量子力學、廣義相對論和量子場論都是自學的(身邊的一些同學也都自學了量子場論),自認為在我們系算學的不錯的(也許不是最好的),所以我最終定下決心進了理論物理的坑。
題主的理想很遠大,很好。大一的時候不用急,好好學微積分、線性代數和普通物理(尤其是電磁學,非常重要!!!),大二看看自己是不是能夠對量子力學有著比一般同學更深的理解(一定不要攀比各種解題技巧,這個毫無意義的,基本取決於見過的習題的多少,當然了,以拿個好成績為下限)。如果題主決定了要做理論物理,我就用下面這段費曼物理學講義結尾的話來勉勵題主吧:
Perhaps you will not only have some appreciation of this culture (theoretical physics); It is even possible that you may want to join the greatest adventure that the human mind has ever begun.這都是時間問題。
題主如果覺得高中內容太淺不妨先學好高數再去看物理,到時候一定會是另一般風景。高中的條條框框比較多,自由時間相比大學較少。上大學之後就會發現,保持興趣並且主動學習不懂的環節(不要被課業束縛),只會越學越快。只要經得住時間的考驗就會發現,有些時候他們並不是比你聰明多少,只是懂得比你多--------------------Andrew Shen提到的對大自然美的追求才是從事科研的原始動力我完全贊成,不過我認為題主現在遇到的問題其實很簡單,就是知識儲備的不足在閱讀相對深奧的材料的時候的恐懼感,和是否熱愛科學其實關係並不是很大。從題主的描述來看應該不是一個競賽黨,因為真正的競賽黨如@彭柯堯等或許不會遇到這種困惑,因為他們很清楚要想明白此類文獻材料所以需要的知識儲備和自己的知識庫是否匹配,又有哪些知識點需要鞏固提高。不是。如果只是想理解/學好理論物理,不需要是天才,不傻就行。身邊一堆堆做理論物理的,有天才,但大部分不是。理解理論物理,需要多基礎,數學的物理的,但基礎是一點點打下來的,不坐下來學,當然不懂咯。前面很多答主都講了,知乎上理論物理的討論很專業,和《科學世界》這種科普雜誌不在一個知識層次上。
至於非天才能不能把理論研究做好,這個問題我也很想知道。但大學學理論物理並不代表以後就要做研究,大學完全可以用來學習你最感興趣的,並不一定就是以後從事的職業。況且,理論物理這行,往行內走路是越來越窄,但走出去路很寬的。
@andrew shen 在另一個答案里認為費曼講義不適合初學者,但我認為入門者其實可以把它當作「消遣」來讀。費曼講義的物理圖像漂亮,行文有種獨特的物理幽默感,有數學但不玄乎,讀來有種」物理小說「的趣味,很適合激起興趣和進一步探究的慾望(因為很多地方確實不清晰啦)。當然要獲得紮實的理論功底不能這樣學。
另外推薦t"Hooft的這個網站,how to be a good theoretical physicist,分門別類列舉基礎概念和參考書推薦,當年我相見恨晚:
http://www.staff.science.uu.nl/~hooft101/theorist.html
想學好理論物理,不用天才,努力就行。想做好理論研究,也不用天才,但要有真愛。想做出重要貢獻,就是天才也得努力,也要有真愛,而且還要運氣好。謝邀。
仔細看了一下題主的描述,我想我等知乎用戶給了一個錯誤的信息:你不懂這或那就不要學理論物理。題主需要知道的是,很多在知乎談理論物理的很多都是博士生,我們談一些你在科普雜誌不曾見過的東西也很正常,題主看不懂知乎上某些的回答和討論蠻正常,不是因為題主能力不足。而理論物理範圍很大,很多東西我是到了研究院才開始接觸的,吾生也有涯啊??
理論物理離不開了數學,但這是因為物理脫離不了若干程度的抽象思維。因為是理論,所以無可避免地要讓描述更概括,我覺得這是理論物理有挑戰性的地方。當然,當人們用到抽象的數學工具,這又加重了學習的障礙。
我覺得學習理論物理,情商比天資重要。有某些學校很喜歡錄取一些像Sheldon的天才兒童,但那些群體的退學率是十分高的。最後留下來的,大多是智力普通的人。讀理論物理需要專心,而且要面對巨大壓力,如身邊人覺得你唸的東西虛無漂淼、你的同伴在外工作掙錢多、結不了婚、問題太難、你的同僚或導師不同意你的意見(不要看少這個影響!)、無法專心、工作機會有限、社交圈子狹少??你讀過白先勇的《芝加哥之死》嗎?想一想主人公的遭遇。
如果你堅持下去,總有出頭天。我畢業後堅持不下去,為了生活,我做了些掙錢的事。我自問無力在追尋,但有時拿起以前的物理書籍和文章,還是有一種想看下去的衝動的。
我覺得有些東西確實需要年輕點就去做,如超弦理論之類的東西。我在27歲才看topology(因為液晶體的問題),很吃力。你有天資,會有幫助,但相比情商,天資的作用還是太少了。
這個問題問的我好慌張。我是天才這件事是不是暴露了
看到北大物理,特來跑題一個。認識一個學弟,高中信息學競賽拿獎保送到北大信息學院,不過此君就是喜歡物理,大二的時候終於轉到北大物院,從大一從頭讀,於是他的大學讀了5年。重點來了,他大一的時候在豆瓣的「我就是想嫁個物理學家!小組」認識了他現在的女朋友,她考到了北京另一個高校的物理系,相當於他大她一歲,但是同級。今年畢業,雙雙去了德國讀研。我挺感慨他的魄力,也深感興趣的重要性。做你愛做的事,更容易碰到志同道合的人。
我只想說,這是天體物理被黑得最慘的一次(╯°□°)╯︵ ┻━┻是。
不僅理論物理,各行各業都只有天才才能做到頂尖。高考北大無壓力,那幹嘛選擇北大。
(話說大部分學校,即使年級第一也不能保證百分百,能保證百分百的那一批人,多半有著自己的想法,並且堅定不移,根本不會跑來到處問,你看我無壓力北大,你看是不是天才才能學好理論物理,你看我牛不)
理論物理學好無需天才,但成為理論物理學家是另一回事。題主給我一種心浮氣躁的感覺,建議不要選擇理論物理。
當你對一樣東西感興趣的時候,智商有能瞬間爆表的可能。-
院里理論所老師的原話問:什麼人最適合學理論物理?答:1. 絕頂聰明 / 努力的人;或者 2. 富二代。
其實是三條:聰明(學起來不費勁)、努力(費勁我也不怕)、有錢(有閑心,學不成也沒事兒)。
題主要是一三條滿足就甭擔心了,只滿足第二條的話,等大學入學了找找理論所的老師、研究生師兄師姐還有高年級同學多請教請教,別用力用錯方向就好。
-科學世界算物理?你怎麼考上北大清華的,醉了。
找國外的大學教材,比如量子力學,自己通讀下,做做後面習題,能獨立全搞定,就說明你有天分。找物理學期刊,找專業論文,能解釋裡面的原理,就說明你是天才。
一般相學理論物理的,其實都是有哲學興趣的,想要探索世界的本源。建議你讀讀量子力學史話和宇宙的琴弦,了解下這方面最新的發展情況。因為探索的尺度是普朗克尺度,按照目前人類的科技能力,近幾十年都難以用技術手段驗證純理論物理的發展了。你讀這個實在不樂觀。
另外這個世界是有層次的,你了解了一個層次,不代表你能解釋更高級或低級層次的規律。你了解了粒子的規律,不代表你能推理出細胞的活動規律和神經活動的模式。你從理論物理探究世界本源的的努力終究會是徒勞的。
如果你非喜歡物理,建議你去搞搞量子計算機。如果你專業不限,建議你搞搞腦科學和人工智慧。啊,題主,理論物理也分方向的嘛,如果你對某個方向覺得太難,無感,那就將來科研的時候除非必要,少去深入涉足就好了,單純做科研的話,對自己的方向做到深刻的理解,涉及到別的方向知識的地方,經常惡補一番即可~
並沒有要求你所有的理論物理領域都得精通的,並沒有要求是天才是全才的,當然如果希望能夠做一些交叉的工作那也是不錯的選擇。
相信以題主的能力,堅持初心,在自己選擇的方向上一定會有一些成就,能做出成就的並不需要都是天才。怎麼會……我這麼一個弱渣北大不要的高中生都敢去學,你這種隨便考北大的大神還怕什麼……
不存在什麼天才才會的說法,是需要天賦,不是人人都行,所以你還是試試看再說吧。還有,看得懂《科學世界》不代表理解能力強,那種東西本來就是科普性質的……還是該看看學術期刊再說吧……
國內是可以訂閱英文原版的天體物理學快報的,題主可以去網上搜一下訂幾期先感受感受,就別老看科學世界了
學無所謂,開創很難
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