諾貝爾物理學獲獎者談如何成為理論物理學家

Gerard't Hooft，荷蘭理論物理學家、烏得勒支大學教授。他與他的論文顧問馬丁努斯·J·G·韋爾特曼因“闡明量子結構弱電相互作用”而共同獲得了1999年諾貝爾物理學獎。他的工作集中在規范理論、黑洞、量子引力和量子力學的基本方面。他對物理學的貢獻包括證明規范理論的可重整性、維度正則化及全息原理。Gerard't Hooft?列出了要成為一名優秀的理論物理學家必須掌握的知識，也為我們提供了學習理論物理的步驟。

初等數學

首先，你對數字、加法、減法、平方根等感到滿意嗎？？

·自然數:1，2，3，…

·整數:…，-3，-2，-1，0，1，2，…

·有理數(分數):1212,1414,3434,2379177323791773,…………

·實數:Sqrt(2) =1.4142135…，π = 3.14159265…，e = 2.7182818…，…

·復數:2+3i，eia= cos(a) + i sin( a)……因為他們非常重要！

·集合論:開集、緊空間、拓撲。你可能會驚訝地發現它們確實在物理中發揮了作用！

·代數方程，近似值方法。系列資料:泰勒系列。

·用復數解方程，三角學:sin(2x)=2sin xcos x，等等。

·無窮小、微分、微分基本函數(sin、cos、exp)。

·積分、積分基本函數、微分方程。線性方程。

·傅立葉變換，復數的使用，級數的收斂性。

·復平面，柯西定理和周線積分(現在這很有趣)。

·伽瑪函數(喜歡研究它的性質)。

·高斯積分，概率論。

·偏微分方程，狄利克雷和紐曼邊界條件。

這是第一步，這些主題中的一些實際上是作為整個課程來的，其中大部分是物理學理論的重要組成部分。在開始接下來的內容之前，你不必全部完成，但是記住回到第一輪跳過的那些主題。

經典力學

·靜態力學(力、張力)；流體靜力學，牛頓定律。

·行星的橢圓軌道，多體系統。

·作用原理，漢密爾頓方程，拉格朗日。(不要跳過——非常重要！)

·諧振子，鐘擺。

·泊松括號。

·波動方程，液體和氣體，納維爾-斯托克斯方程，粘度和摩擦。

光學

·折射和反射

·透鏡和鏡子

·望遠鏡和顯微鏡

·波傳播導論

·多普勒效應

·惠更斯波疊加原理

·波前

·焦散

光的折射、全反射

統計力學和熱力學

·熱力學第一、第二和第三定律。

·玻爾茲曼分布。

·卡諾循環，熵，熱機

·相變，熱力學模型。

·伊辛模型(將解決二維伊辛模型的方法推遲到以后)。

·普朗克輻射定律(量子力學的前奏)。

永動機——不存在的東西，因為它違反了熱力學定律

電子學

(只有一些關于電子電路的非常基本的東西)

·歐姆定律，電容器，電感器，使用復數來計算它們的效果

·晶體管、二極管(它們實際上是如何工作的，稍后再說)

電磁

麥克斯韋電磁理論:

·均勻和不均勻

·介質中的麥克斯韋定律。邊界。求解以下等式:

真空和均勻介質(電磁波)
在盒子里(波導)
在邊界(折射和反射)

·向量勢和規范不變性(極其重要)

·電磁波(天線)的發射和吸收

·物體的光散射

計算物理

甚至純說的理論家也可能對計算物理的某些方面感興趣。

量子力學(非相對論)

·玻爾原子

·德布羅意關系(能量-頻率，動量-波數)

·薛定諤方程(帶電勢和磁場)

·埃倫費斯特定理

·盒子里的粒子

·氫原子，系統地解決。塞曼效應，斯塔克效應

·量子諧振子

·算符:能量、動量、角動量、創造和湮滅算符

·他們的對易規則

·量子力學散射導論，S矩陣，放射性衰變

原子和分子

·化學結合

·軌道

·原子和分子光譜

·光的發射和吸收

·量子選擇規則

·磁矩

固體物理

·晶體群

·布拉格反射

·介電常數和反磁常數

·布洛赫光譜

·費米能級

·導體、半導體和絕緣體

·比熱

·電子和空穴

·晶體管

·超導電性

·內液增阻效應

核子物理

·同位素

·放射性

·裂變和聚變

·液滴模型

·核量子數

·磁核

·同位旋

·湯川理論

等離子物理

·磁流體力學

·阿爾芬波

高等數學

·群論和群的線性表示

·李群理論

·向量和張量

·求解(偏)微分方程和積分方程的更多方法

·極值原理及基于此的近似方法

·差分方程

·生成函數

·希爾伯特空間

·函數積分導論

狹義相對論

·洛倫茲變換

·洛倫茲收縮，時間膨脹

·?E = mc2

·4維向量和4維張量

·麥克斯韋場的變換規則

·相對論多普勒效應

高級量子力學

·希爾伯特空間

·原子躍遷

·光的發射和吸收

·受激發射

·密度矩陣

·量子力學的解釋

·貝爾不等式

·走向相對論量子力學:狄拉克方程，精細結構

·電子和正電子

·超導電性的BCS理論

·量子霍爾效應

·高級散射理論

·色散關系

·微擾展開

·WKB近似，極值原理

·玻色-愛因斯坦凝聚

·超液化氦

現象學

亞原子粒子(介子、重子、光子、輕子、夸克)和宇宙射線；材料和化學性質；核同位素；相變；天體物理學(行星系統、恒星、星系、紅移、超新星)；宇宙學(宇宙學模型、膨脹宇宙理論、微波背景輻射)；檢測技術。

廣義相對論

·度量張量

·時空曲率

·愛因斯坦引力方程

·史瓦西黑洞

·里斯納-諾德斯特姆黑洞

·近日點進動

·引力透鏡

·宇宙學模型

·引力輻射

宇宙學、天體物理學和天文學

宇宙學和天體物理學是相對年輕的科學分支，在那里發生了很多事情。建議注意這些重要的主題，并根據你的喜好在它們上面投入時間。事實上，你必須知道，在解決各種物理問題時，有來自宇宙學、天體物理學和天體粒子物理學的反饋。但是我可以繼續這樣做：對于其他物理學特殊科學分支——生物物理學，地球物理學，音樂物理學，...我鼓勵你在網上搜索其他感興趣的主題。

量子場論

·經典場:標量場、狄拉克旋量場、楊米爾斯矢量場。

·相互作用，微擾展開。自發對稱性破缺，戈德斯通模型，希格斯機制。

·粒子和場:福克空間，反粒子，費曼規則，π介子和原子核的蓋勒-曼-李維西格瑪模型。循環圖，單一性、因果關系和色散關系。重整化(泡利-維拉爾斯；維倫。)量子規范理論:規范不變，法迪耶夫-波波夫行列式，斯拉夫諾夫恒等式，BRST對稱性。重整化群。漸進自由。

·孤立子，斯格明子，磁單極子和瞬子。永久夸克緊閉機制。1/N擴展，算子乘積展開。貝特-薩爾彼得方程，標準模型的構建。P和CP違規，CPT定理，旋轉和統計連接，超對稱性。

正、反粒子結合后全部轉化為能量

超對稱性和超重力

天體粒子物理學

超弦理論

推薦書單

理論物理中有許多關于各種主題的好書。這里有幾個:

經典力學:

·經典力學-第三版。-戈爾斯坦、普爾和薩夫科

·經典動力學:當代方法——豪爾赫·何塞、尤金·薩勒坦

·經典力學-粒子系統和哈密頓動力學-格雷納

·經典力學的數學方法，第二版。-阿諾德

·力學第三版。-蘭道，立夫什茨

統計力學:

·長度《統計物理的現代課程》，第二版。

·R.帕提亞:統計力學

·M.普利施克和貝杰森:平衡統計物理

·長度朗道和李什茨:統計物理學，第一部分

·S.世界科學統計力學碩士

量子力學:

·量子力學——導論，第4版。- W. Greiner

·R.尚卡爾，《量子力學原理》，全體會議

·量子力學——對稱性第二版。-格雷納，穆勒

·量子力學-第1卷和第2卷-科恩-坦努吉吉。櫻井，高級量子力學，愛迪生-韋斯利

電動力學:

·杰克森，《經典電動力學》，第三版。威利父子公司。

·電磁場和電磁波-洛林和科爾森

·經典電動力學

·電動力學導論

·量子電動力學-第三版。——萊因哈特·格雷納

光學:

·光學原理

·非線性光學原理

熱力學:

·熱力學和恒溫學導論

·熱力學和統計力學

固態物理:

·固態物理學-阿什克羅夫特，尼爾·W，梅爾明，大衛·N

·固態物理導論第7版-查爾斯·基特爾

狹義相對論:

·經典力學-點粒子和相對論-格雷納

·相對論和現代物理學原理導論——伊爾馬斯

廣義相對論:

·J.B. Hartle，重力愛因斯坦廣義相對論導論，愛迪生·韋斯利，2003年。

·T.程培平，《相對論、引力和宇宙學，基礎導論》，牛津大學出版社，2005年。

粒子物理學:

·基本粒子導論

·核物理基礎-從核結構到宇宙學-巴斯德萬特，里奇，斯皮羅

場論:

·B.荷蘭北部粒子物理場論

·C.量子場論，麥格勞-希爾。

弦理論:

·巴頓·茲維巴赫，《弦理論第一課》，劍橋大學出版社，2004年

·格林，施瓦茨和威滕，超弦理論，第一卷和第二卷，劍橋大學出版社

宇宙學:

·宇宙學導論，第三版——羅斯

·相對論、熱力學和宇宙學

概述:

·馬里恩和霍恩雅克，《物理學原理》，桑德斯學院出版社，1984年，ISBN 0-03-049481-8

·H.瑪格納烏和墨菲，《物理和化學的數學》，諾斯特蘭德公司。

·R.貝克，線性代數，雷頓出版社