普通人学物理，当然有用！第一、学物理告诉我们许多常识性的东西。再者物理是实验科学，在本科阶段不做大量物理实验，就不会有好的物理品味和敏锐的物理直觉。第二、学物理可以激发我们的好奇心。第四、学物理可以培养我们的抽象逻辑思维。
大学物理专业学什么？
物理学是重要的基础学科。物理学的主要研究对象是：物质存在的基本形式、结构、性质和运动，以及物质组成元素之间和物质与物质之间相互作用的基本规律。（配图是Rb的玻色凝聚，目前物理学研究的前沿之一）按国内的学科分类体系，物理学是一级学科，下面有：理论物理、粒子物理与原子核物理、原子与分子物理、等离子体物理、凝聚态物理、声学、光学和无线电物理几块。
由于历史的原因，天文学是单独的一级学科，但实际上天文系需要学习的课程和物理系重叠度很高，个人认为可以看做是一个学科。实际上，国外很多大学里面的物理系就叫物理与天文系。天文学下面有两个二级学科：天体物理、天体测量与天体力学。其中天体物理与物理学更加接近。目前国内很多大学都开设有物理系，这本身就是物理学“基础”地位的体现，不管理工农医，物理学都是大家的基础，或深或浅大家都要学一些物理，教大学物理的这些老师本身也要做研究，放在一起就构成了大学里面的物理系。
由于历史的原因，我们国家的高等教育曾经向苏联学习过，留下了浓重的计划经济色彩。体现在物理学的高等教育上，就是综合性大学开设物理系，培养基础研究人才；工科大学开设应用物理系，培养技术应用人才；而师范院校培养物理教育人才。实际上这些学校的物理系所讲授的课程绝大多数都是相同的，只有少数课程因不同学校优势学科不同而稍有侧重，换句话说毕业于综合性大学物理系的学生同样可以去中学教书，毕业于工科大学应用物理系的学生照样可以做理论物理，而毕业于师范院校物理系的学生选择不当老师，当科学家也完全可以。
泛泛而言综合性大学的物理系都非常强，以下几所大学拥有我们国家最强的几个物理系：1.北京大学；2.南京大学；3.中国科学技术大学；4.复旦大学；5.清华大学。那么进入大学物理系后，大家将学哪些课程呢？下面以某综合大学的物理系为例，予以介绍（其他学校也都差不多）：数学课：两学期高等数学，一学期线性代数，一学期微分方程。
以上是必修课，如果你觉得不够，还可以去数学系选课，一般来说综合性大学的选课是很自由的，物理系选数学系的课完全没问题，考试成绩也能记在成绩单上。物理实验：三学期大学物理实验，两学期近代物理实验。以上是必修，根据专业方向的不同，还可选修专业实验。衡量一个学校物理系的好坏，实验条件（包括实验课）是重要指标，有些东西大家可以自学，但实验条件不行是硬伤，很难补足。
再者物理是实验科学，在本科阶段不做大量物理实验，就不会有好的物理品味和敏锐的物理直觉。普通物理：力学一学期，热学一学期，光学一学期，电磁学一学期，近代物理学一学期这部分和非物理专业的大学物理在内容上差不多，但物理系更注重基础，学时也更多，但在内容上其实讲的更少，如：不会涉猎核物理、宇宙等内容。理论物理：理论力学一学期，热力学与统计物理一学期，电动力学一学期，量子力学一学期，此外为了学习以上课程还必须学习一门很繁琐的课程：数学物理方法一学期。
这部分是物理学的理论基础，统称四大力学，打好这个基础就可以准备进入自己感兴趣的前沿了。其他课程：固体物理一学期，群论一学期一般来说所有物理系的学生都需要学习固体物理和群论。这两门课程也是非常非常重要的，固体物理需要良好的量子力学和热力学与统计物理的基础，群论比较繁琐枯燥。此外还有：原子核物理一学期，计算物理一学期，高等量子力学一学期，高等统计物理一学期，粒子物理一学期，晶体物理学一学期，超导物理学一学期，生物物理一学期等。
学物理究竟有什么用？
普通人学物理，当然有用！第一、学物理告诉我们许多常识性的东西。比如通过物理，我们认识了什么是力、电是如何产生和利用的、组成世界的基本单元是什么等，因此我们明白如何增大摩擦来防滑，如何利用杠杆和滑轮来省力，如何换灯泡时保证不触电等。这些常识对日常生活有直接用处。第二、学物理可以激发我们的好奇心。物理研究的对象是世间万物、宇宙苍穹、古往今来，就是人类探索未知世界的历程。
直到现在，我们依然在探索未知世界，宇宙中的物质，仅有0.03%是人类比较熟悉的，其他的绝大部分都茫然物质，难道你不会好奇想知道吗？第三、学物理可以教会我们辨别流言真假。物理学中的结论都是通过实验来验证的，即需要实践来检验真理，学物理过程形成这个习惯非常重要。如今社会上许多流言，特别是一些看起来就不太科学的谣言，其实只要实验检验一下，一戳击破。
有基本物理知识的人，就会常存一颗疑心，对流言存在辨识度。第四、学物理可以培养我们的抽象逻辑思维。物理学的理论是建立在数学描述基础上的，但又不是直接的数学，而是基于现象的一种抽象描述。如何把一件具体的事情，变成一个简单的公式？法拉第积累了数十年的笔记，在麦克斯韦看来不过四个公式就能说清。如此强大的逻辑思维，岂不厉害？第五、学物理可以告诉我们如何抓住事物本质。
为了描述复杂的自然现象，物理学实际上经过了一系列的简化和抽象，为了理解我们想知道的关键点，在一些不太重要的方面，物理学是忽略掉了，抽出其中的核心问题。例如关于物体之间的运动，物理学很多时候就把有形状和体积的物体等效为质点，如此数学处理起来要方便的多。但我们同样需要明白，每一个物理理论都有它适用的范围，最根本原因就是它总是从一些理想化的假设条件或公理出发的。
自学物理，有什么出路？
普朗克在一次关于物理学发展的演讲中说过：“在科学史中，一个新概念从来都不会是一开头就以其完整的最后形式出现，象古希腊神话中雅典娜一下子从宙斯的头里跳出来那样。”物理学的历史不仅是一连串实验发现和观测，再继之以它们的数学描述的序列，它也是一部概念的历史。为了理解现象，第一个条件就是引入适当的概念。只有借助于正确的概念，我们才能真正知道观察到了些什么。
当我们进入一个新的领域时，常常需有新的概念。照例，新的概念总是先以不甚清楚、不很全面的形式出现。之后它们被修改，有时几乎被完全抛弃，并为一些更好的概念所取代，最后才成为清晰而明确的概念。我准备用三个实例来说明这种发展，这三个实例对我自己的工作一直是重要的。第一个是分立定态的概念，这显然是量子论中的一个基本概念。
其次是态——不一定是定态或分立的态——的概念，它是只有在量子力学和波动力学发展了以后才能理解的概念。最后，与前面二者紧密连系着的，是基本粒子的概念，这是直到现在还有争议的概念。分立定态的概念是尼尔斯·玻尔于1913年引入的。这是他的原子理论的中心概念，它的意思玻尔用如下的话作了说明：“必须弄清楚，这个理论不打算在以往的物理学中所使用的‘解释’一词的意义上来解释现象。
它只打算把各种看来不相联系的现象联结起来，并指出它们是有联系的。”玻尔说，只有在建立起这种联系以后，才有希望给出一种在以往物理学中所指的“解释”那种意义上的解释。必须联系起来的现象主要有三个。第一是原子的稳定性这个奇特的事实。一个原子可以受到扰动，这种扰动或者由于化学过程，或者由于碰撞，或者由于辐射，或者由于其他任何原因，然而它总得回到它的原来的状态——它的正常态。
这是以往的物理学不能满意地解释的一桩事实。其次是光谱定律，特别是有名的里兹定律：一个光谱中潜线的频率可以写成光谱项之差，这些光谱项必须看作是原子的特征性质。最后是卢瑟福的实验，这些实验引导他得出了他的原子模型。上面这三组事实必须联结起来，而我们知道，分立定态的观念就是把它们联结起来的出发点。首先，我们不得不相信，原子处在分立定态的行为能够用力学来解释。
这是必要的，否则就同卢瑟福模型联系不起来，因为卢瑟福实验是以经典力学为根据的。其次，也必须把分立定态同光谱的频率联结起来。这里就得应用里兹发现的定律，这个定律现在写成如下形式：h乘以谱线频率等于始态与末终态能量之差。但这定律最好用一个玻尔不肯接受的假设来解释，这就是爱因斯坦关于光量子的概念。玻尔有很长一段时期不愿相信光量子，所以他采取如下的看法：电子在它的统原子核运动的轨道上由于辐射失去能量，而定态则有如电子作运动时的中间站。
其假设是：在辐射过程中，电子在称为分立定态的一些中间站上停止辐射。由于某些未知原因，它在这些中间站上不辐射，而最后一个站就是原子的正常态。当发生辐射时，电子从一个定态走到另一个去。按照这个图象，处于定态的时间，要比从一个态到另一个态所需的时间长得多。但这两个时间之比当然绝未明确过。关于辐射本身又怎样呢，我们可以使用麦克斯韦理论的一般概念。
从这个观点看来，原子与辐射之间的相互作用似乎是一切困惑的根源。在定态时，不存在这样的相互作用，因此看来可以用经典力学来处理。但能不能应用麦克斯韦的辐射理论呢？我不妨提一句，采取这种观点大概是不必要的。人们本来可以更认真地采用光量子的观点。本来可以说，我们看到的光的干涉条纹，是由于对光量子运动的一些附加条件而产生的。
我隐约记得早年同温采尔（wentzel）的一次讨论，那次他向我解释过，有可能使光量子的运动量子化，从而得以解释干涉条纹。但不管怎样，这不是玻尔采取的观点。无论从哪里开始，总要碰到一大堆困难，所以我想比较详细地谈一下这些问题。首先，曾有强大的论据支持定态的力学模型。我已提到过卢瑟福的实验。于是，原子中电子的周期性轨道就很容易同量子条件联系起来。
因此，定态的概念可以同电子的特定椭圆轨道的概念联结起来。玻尔在他早期的演讲中，常常展示电子在它们绕原子核的许多轨道上运动的图象。在好些有趣的场合，用这模型可处理得很完满。首先是在氢光谱中。再有索末菲关于氢光谱线相对论性精细结构的理论，以及所谓斯塔克效应——在电场中谱线的分裂。因之，大量材料似乎表明，量子化轨道同分立定态的这种联系是正确的。
另一方面，也有其他理由反驳说，这样的图象不会是正确的。我记起同斯特恩的一次谈话。他在1913年告诉我，当玻尔的第一篇论文发表后，他曾对一个朋友说，“要是玻尔刚发表的那些谬论是正确的话，我就不想再当物理学家了。”现在我来指出这个模型的困难和错误。最严重的困难或许是如下所述。电子在这模型中作由量子条件规定的周期运动，因而它要以一定的频率绕原子核运动。
然而，这个频率绝不会在观察中出现。我们决不会看到它。我们看到是些不同的频率，每一频率决定于从一个定态到另一定态的跃迁中的能量差。还有关于简并性的一个困难。索末菲引进了磁量子数。按照这种量子条件，当某方向有磁场时，原子绕这个磁场的角动量必须为±1或0。但如在另一方向取一不同磁场，就必须对这个不同的方向进行量子化。
然而，可以先在某一方向有一极其微弱的磁场，而在很短时间之后变为另一方向。磁场是太弱了，不足以使原子转过去。因之同量子条件的矛盾看来无法避免。正好五十年前我同玻尔的第一次讨论；就是围绕着这些难点之一进行的。玻尔在哥丁根作过的一次讲演中说过，在一恒定电场中，可以按量子条件算出定态的能量，而克拉麦斯（kramers）关于二次斯塔克效应的最近计算可能给出正确结果，因为在其他场合这个方法很成功。
另一方面，恒定电场与缓变电场的区别实在很小。若一电场不是变化得很缓慢，而是以一（比方说）很接近轨道频率的频率在变化，那末，我们知道，谐振当然并不是在外电场频率等于轨道频率时发生，而是当它等于在光谱中观察到的、由跃迁决定的频率时发生。当我们讨论这问题时，最后玻尔试图解释说，一当电场随时间变化时，辐射力便出现，因而用经典方式把结果算出来大概就不可能了。
但同时他当然会看到，在这一点上求助于辐射力是有些不自然的。所以我们很快便倾向于认为，分立定态的力学模型中必定有点什么东西是错误的。还有一篇非常关键性的论文没有提到。那是泡利关于离子的一篇论文。泡利想过，如果有一个像氢那样具有周期轨道的明确模型，我们也许能应用玻尔-索末菲量子化规则，但对于一个复杂的模型，比方说氦原子，其中有两个电子绕原子核运动，那就恐怕不能应用了，因为这时我们将碰到三体问题中的一切可怕的数学困难和繁冗。
另一方面，若有两个固定中心，两个氢核和一个电子，则电子的运动仍然是很好的周期运动，且可以计算出来。对于其他，这模型已经是太复杂了，所以它可用来作为一种校验，看看旧规则是否真的在这样一种中间状况下适用。泡利把这模型算了出来，发现他的计算果然得不出。的正确能量。因此对于用经典力学计算分立定态的疑虑增加了，而注意力越来越转到了定态之间的跃迁。
我们已经懂得，为了获得现象的完整解释，只算出能量是不够的，还必须算出跃迁几率。我们从爱因斯坦1918年的论文知道，跃迁几率是规定为与始态、终态两个态有关的量。玻尔曾在其对应原理中指出，跃迁几率可以与电子轨道博里叶展开式的高次谐波的强度联系起来，从而加以估计。想法是：每条谱线对应于电子运动展开式的一个傅里叶分量，由其振幅的平方便可算出强度。
当然，这强度不能与爱因斯坦的跃迁几率马上联系起来，但是它与之有关，因此可对爱因斯坦的量作某种估计。循此思路，注意力逐渐从定态的能量转移到定态之间的跃迁几率，而正是克拉麦斯，开始认真研究原子的色散，并将玻尔模型在辐射时的行为与爱因斯坦系数联结了起来。在写出色散公式时，克拉麦斯的指导思想是，原子中虚谐振子对应于谐波。
之后，克拉麦斯同我还讨论了散射光频率与入射光频率不同的散射现象。在这种现象中，散射光量子与入射光量子不同，因为当散射时原子从一个态跃迁到另一个态。这种现象那时刚被喇曼在带光谱中发现。在这些场合要写出色散公式时，就不单要谈到爱因斯坦的跃迁几率，而且也要谈到跃迁振幅，必须给振幅以相位，并且须将两个振幅相乘——比方说，从态m到态n的振幅乘上从态n到态k的振幅等等，然后对中间态n求和。
只有做了这些以后，才得出色散的合理公式。这样，我们看到，不把注意力集中到定态的能量而是集中到跃迁几率和色散以后，结果得出一条探索事物的新途径。事实上，如我适才所说，克拉麦斯和我写人我们的色散论文中的这些乘积之和，差不多已经就是矩阵之积。从那里只要再走很小一步就可以说，好吧，让我们抛弃电子轨道的整个想法，让我们简单地用相应的矩阵元来代替电子轨道的傅里叶分量吧。
我必须承认，在那时我还不知道矩阵为何物，不知道矩阵乘法规则。但我们可以从物理中学到这些运算，尔后发现那正是数学家所熟知的矩阵乘法。这时我们可看到，与分立定态联系着的电子轨道的概念，实际上已被抛弃了。然而分立定态的概念仍保存着。这概念是必要的，它在观测中有其根据。但电子轨道不能同观测联系起来。所以它被抛弃了，留下的是这些坐标的矩阵。
似乎应当提一下，在1925年发生这些之前，玻恩于1924年在哥丁根讨论班上已强调指出，把量子论的困难单单归诸辐射与力学体系间的相互作用，是不正确的。他宣传了这种想法：力学必须加以改造，必须用某种量子力学来代替，方能提供理解原子现象的基础。之后，矩阵乘法也规定了。玻恩与约尔当，和狄拉克独立地发现，在我第一篇论文中加于矩阵乘法的那些附带条件，实际上可写成qq-qp=h/2πi这样精致的形式。
这样一来，他们便能为量子力学建立起一个简单的数学方程。但即便到这时候，谁也说不出分立定态究竟是什么，所以现在来谈谈我这个报告的第二部分——态的概念。在1925年，确实已有了计算原子分立能量值的方法。并且至少在原则上，也已有了计算跃迁几率的方法。但原子的态是什么呢，怎样才能描述它呢，它不能根据电子轨道来描述。
直到此时，态只能用能量和跃迁几率来描述，但原子的图象却一点也没有。何况也很显然，有时还有非定态。最简单的非定态的例子，是穿过云室的电子。因此问题实质上是，怎样处理这种可在自然界中出现的态。穿过云室的电子的径迹这样的现象，能不能用矩阵力学的抽象语言来描述呢？幸而，那时薛定谔已经发展了波动力学。在波动力学中，事物看起来很不相同。
在那里，对分立定态可以定又一个波函数。有一段时候薛定谔想过，分立定态可发展成如下图象：一个三维驻波，它可以写成一个空间因数与一时间周期函数e iωt的乘积，这个波函数绝对值的平方意味着电子密度。这种驻波的频率则使之等同于光谱定律中的项。这是薛定谔概念中决定性的崭新之点。那些项并不一定意味着能量，却是意味着频率。
因此薛定谔走到了分立定态的一个新的“经典”图象，起初他相信，真的可以把这个图象应用于原子理论的。但没多久便看出，那也还是不行。1926年夏，在哥本哈根曾有十分激烈的争论。薛定谔认为，物质按波函数环绕原子核连续分布的原子波动图象，可以代替量子论的旧模型。但是与玻尔讨论导致的结论却是，这种图象甚至不能解释普朗克定律。
对这种诠释，十分重要的是应当说，薛定谔方程的本征值不仅代表着频率，——它们实际上是能量。这样一来，当然就回到了从一个定态到另一定态的量子跳跃的概念，薛定谔对于我们讨论的这种结果十分失望。但即便我们知道了这一点，接受了量子跳跃，我们也并不知道“态”这个词能意味着什么。当然，我们可以试试看，能否用薛定谔方程去描述穿过云室的电子。
很快作了这种尝试，结果表明那是不行的。在初始位置时，电子可用波包来表示。波包要向前运动，于是我们获得了有些象穿过云室的电子径迹的东西。但困难的是，波包要越变越大，以致如果电子的行程足够长的话，它就会有一厘米或甚至更大的直径。这肯定不是在实验中观察到的现象，所以这种图象仍然必须抛弃。在这种情况下，当然我们作了许多讨论，而且是很困难的讨论，因为我们都感到，量子力学或波动力学的数学程式已是最终的了。
它无法再改变，我们不得不按这个程式进行一切计算。另一方面，却没人知道在这程式中，怎样去表示象穿过云室的电子径迹这样简单的事例。玻恩迈出的第一步是：从薛定谔理论算出碰撞过程的几率：他引进了一个概念：波函数的平方并不是薛宝谔所认为的电荷密度，而是代表在某绘定地点找到电子的几率。之后狄拉克和约尔当的变换理论也出来了。
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