物理系的人是怎樣學狹義和廣義相對論的？

01-27

大物只介紹了狹論的基本理論而對廣論幾乎是幾句帶過，對此略有不滿。想知道物理系(本科)對相對論以及量子力學涉及到各種程度。

我是2010年入學物理學院本科，在此僅說明一下當時的修課情況。

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【1】狹義相對論

高中如果選理科的話就已經開始講狹義相對論，主要是講狹義相對論的兩個基本假設：光速不變和狹義相對性原理，具體的說就是速度變換、相對論質量、質能方程、尺縮鐘慢。

物理學院本科並沒有專門的一門課是「狹義相對論」，但是必修的「力學」課（經典力學）里（一般大一上學期就修）最後一章就是是更仔細講狹義相對論。

這個階段的狹義相對論其實並不要求太多的數學工具，一個掌握經典力學前半部分的學生就能利用他已經掌握的工具方法來學習這一部分了。當然狹義相對論並不屬於經典力學，不過經典力學的一些概念和工具仍舊可以利用，而經典力學作為基礎必修課要起到打基礎的作用所以很自然的要教這部分內容。

狹義相對論很重要，所以第一學期力學裡就比較仔細地講了。

當然並沒有結束，「電動力學」里仍舊要再仔細地講一遍，跟狹義相對論直接相關的不就是電磁場嘛。

說它重要並不只是因為它物理意義重大，對於物理學院的學生來說後面的課一直在用啊親。

我在整個本科課件里搜索「相對論」三個字：

就蹦出來這麼多結果。。。還不包括許多已經用到但沒有提到「相對論」三個字的課件。

總之，對於物理學院本科生來說狹義相對論很重要，必須搞的很清楚才行。

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【2】廣義相對論

高中物理會簡單提一下廣義相對論。

物理學院有一門課就是「廣義相對論」，但本科生不是必修，可以選修。

這門課是一個做「弦論」的老師講的（說實話物理學院能講這門課的老師不多）。上圖裡是第一節課老師講修這門課的基本要求：

1.電動力學：狹義相對論，洛倫茲變換；

2.經典力學（理論力學）：拉格朗日量，歐拉－拉格朗日方程，作用量原理；

3.微分學，多變數；

4.微分方程。

也就是說基本上要修完本科生的必修課後才能來選這門課，同時也表明這門課會用哪些工具來展開。

下圖就是課程中的一張PPT：

具體課里講的東西比較理論，大概跟原先想像的有些區別。當然也會講一些簡單的黑洞模型、空間曲率等等，但是並沒有類似時空穿梭之類的。蟲洞有講然而跟大眾理解的蟲洞其實並不是同一種東西。

跟狹義相對論比較起來，可能廣義相對論沒必要「必修」。也就是說真正到研究生階段，需要用到廣義相對論的並不多，而狹義相對論的重要性真的不比牛頓三定律低。作為一個物理工作者，你可以不太了解廣義相對論，但是狹義相對論你真是躲也躲不掉。

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【2】量子力學

必須有這門課「量子力學」。當然別以為這門課學完就能學透量子力學了，這只是最基礎的，當然它也很重要。

這門課需要的工具中最重要的就是「線性代數」（矩陣）和「數學物理方法」（二階偏微分方程）。

我個人覺得量子力學是學物理的學生最重要的一門課。它和你之前學的所有物理課都不一樣。

課裡面涉及的概念中相當多的部分是你後來會一直一直用到的。

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的確，量子力學和相對論是現代物理的兩大支柱。

作為學生去學這兩門課，首先要把之前的課學好，掌握足夠的數學工具和物理概念。然後上課過程中要好好理解、慢慢琢磨，如果想學的更好一點成績更高一點，那就再多刷刷題吧。

不要嫌棄課程難，學了物理你的確可以看到不一樣的世界。