美国留学热门理工科专业——物理学专业

01 专业介绍
物理学（Physics）是研究物质基本运动规律和结构的学科。作为自然科学的核心领域，物理学探讨从宇宙的宏观现象到基本粒子的微观行为等各种物质的基本运动形式和规律，因此为其他自然科学奠定了基础。物理学的起源可以追溯到伽利略和牛顿的时代，现已发展成为一个拥有众多分支的基础科学。它既是一门实验科学，又是一门强调理性和逻辑推理的学科，广泛应用数学作为其主要语言，因此被认为是当今最精密的自然科学之一。

02 专业细分领域
核物理与粒子物理学（Nuclear and Particle Physics）
核物理学研究原子核及其组成和相互作用，同时也探讨其他形式的核物质。核物理学的发现推动了多个应用领域的发展，包括核能、核武器、核医学、磁共振成像、工业和农业中的同位素应用、材料工程中的离子注入，以及地质和考古学中的放射性碳测年。粒子物理学（又称高能物理学）是物理学的一个分支，专注于研究构成物质和辐射的基本粒子的性质。虽然“粒子”可以指各种微小物体（如质子、气体分子，甚至是家用灰尘），但粒子物理学通常关注不可还原的最小可检测粒子及其行为所需的基本相互作用。根据当前理解，这些基本粒子是量子场的激发，并控制着彼此的相互作用。粒子物理学源于核物理学，通常这两个领域会紧密结合进行教学。核天体物理学则是将核物理应用于天体物理学的重要工具，对理解恒星内部运作和化学元素的起源至关重要。

原子、分子与光学物理学（Atomic, Molecular, and Optical Physics, AMO）
原子、分子与光学物理学研究物质与光之间的相互作用，主要集中在一个或多个原子尺度以及几个电子伏特的能量范围内。

AMO 理论
AMO理论涵盖经典、半经典和量子处理三个方面，这三者之间紧密相连。相关内容通常包括受激原子和分子所发射或吸收的电磁辐射（光）的散射、光谱分析、激光和微波激射器的产生，以及物质的光学特性理论和应用。

凝聚态物理学
凝聚态物理学是研究物质宏观和微观物理性质的领域，涉及量子力学、电磁学和统计力学的原理。凝聚态物理的研究主要通过实验探针测量各种材料的特性，同时利用理论物理方法来构建有助于理解物理行为的数学模型。该领域对可研究的系统和现象种类繁多，使其成为当今物理学中最活跃的研究领域之一，并与化学、材料科学和纳米技术密切交叉，同时与原子物理学和生物物理学也保持着紧密联系。凝聚态物质的理论物理学在概念和方法上与粒子物理学和核物理学有着重要的联系。

应用物理学
应用物理学的研究动力源自对物理基本原理的深入理解，以及强烈的愿望通过应用这些知识来创造新实验技术、工艺、设备和材料。课程设置包括经典物理学、经典电动力学、量子力学、热力学、统计力学及数学物理学的入门课程，此外还有固态物理学、电磁波传播、光电材料与器件、流体动力学、凝聚态系统中的传输现象、等离子体物理学、生物物理学、半导体原理与器件、量子电子学及低温电子学等课程和研究活动。学生还需熟练掌握数据和图像分析的数值计算技术以及仪器自动化相关软件。

天体物理学

天体物理学是天文学的一个分支，主要利用物理和化学的原理来研究天文物体的性质，而非其在空间中的位置或运动。研究对象涵盖太阳、其他恒星、星系、太阳系外行星、星际介质及宇宙微波背景等。由于天体物理学的广泛性，天体物理学家采用多种物理学学科的概念和方法，包括经典力学、电磁学、统计力学、热力学、量子力学、相对论、核物理学、粒子物理学以及原子和分子物理学。

在实际研究中，现代天文学工作通常涉及理论和观测物理学的大量内容。天体物理学家的研究领域包括暗物质和暗能量的确定、黑洞及其他天体的特性，探讨时空穿越的可能性、虫洞的形成、多元宇宙的存在，以及宇宙的起源与最终命运等问题。理论天文学家还研究太阳系的形成与演化、恒星的动力学与进化、星系的形成与演变、磁流体动力学、宇宙中物质的大规模结构、宇宙射线的起源，以及涵盖广义相对论、狭义相对论、量子物理和物理宇宙论的各个方面，包括弦理论和天体物理学。