诺贝尔物理学获奖者谈如何成为理论物理学家

Gerard't Hooft，荷兰理论物理学家、乌得勒支大学教授。他与他的论文顾问马丁努斯·J·G·韦尔特曼因“阐明量子结构弱电相互作用”而共同获得了1999年诺贝尔物理学奖。他的工作集中在规范理论、黑洞、量子引力和量子力学的基本方面。他对物理学的贡献包括证明规范理论的可重整性、维度正则化及全息原理。Gerard't Hooft 列出了要成为一名优秀的理论物理学家必须掌握的知识，也为我们提供了学习理论物理的步骤。

初等数学

首先，你对数字、加法、减法、平方根等感到满意吗？？

·自然数:1，2，3，…

·整数:…，-3，-2，-1，0，1，2，…

·有理数(分数):1212,1414,3434,2379177323791773,…………

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

·复数:2+3i，eia= cos(a) + i sin( a)……因为他们非常重要！

·集合论:开集、紧空间、拓扑。你可能会惊讶地发现它们确实在物理中发挥了作用！

·代数方程，近似值方法。系列资料:泰勒系列。

·用复数解方程，三角学:sin(2x)=2sin xcos x，等等。

·无穷小、微分、微分基本函数(sin、cos、exp)。

·积分、积分基本函数、微分方程。线性方程。

·傅立叶变换，复数的使用，级数的收敛性。

·复平面，柯西定理和周线积分(现在这很有趣)。

·伽玛函数(喜欢研究它的性质)。

·高斯积分，概率论。

·偏微分方程，狄利克雷和纽曼边界条件。

这是第一步，这些主题中的一些实际上是作为整个课程来的，其中大部分是物理学理论的重要组成部分。在开始接下来的内容之前，你不必全部完成，但是记住回到第一轮跳过的那些主题。

经典力学

·静态力学(力、张力)；流体静力学，牛顿定律。

·行星的椭圆轨道，多体系统。

·作用原理，汉密尔顿方程，拉格朗日。(不要跳过——非常重要！)

·谐振子，钟摆。

·泊松括号。

·波动方程，液体和气体，纳维尔-斯托克斯方程，粘度和摩擦。

光学

·折射和反射

·透镜和镜子

·望远镜和显微镜

·波传播导论

·多普勒效应

·惠更斯波叠加原理

·波前

·焦散

光的折射、全反射

统计力学和热力学

·热力学第一、第二和第三定律。

·玻尔兹曼分布。

·卡诺循环，熵，热机

·相变，热力学模型。

·伊辛模型(将解决二维伊辛模型的方法推迟到以后)。

·普朗克辐射定律(量子力学的前奏)。

永动机——不存在的东西，因为它违反了热力学定律

电子学

(只有一些关于电子电路的非常基本的东西)

·欧姆定律，电容器，电感器，使用复数来计算它们的效果

·晶体管、二极管(它们实际上是如何工作的，稍后再说)

电磁

麦克斯韦电磁理论:

·均匀和不均匀

·介质中的麦克斯韦定律。边界。求解以下等式:

真空和均匀介质(电磁波)
在盒子里(波导)
在边界(折射和反射)

·向量势和规范不变性(极其重要)

·电磁波(天线)的发射和吸收

·物体的光散射

计算物理

甚至纯说的理论家也可能对计算物理的某些方面感兴趣。

量子力学(非相对论)

·玻尔原子

·德布罗意关系(能量-频率，动量-波数)

·薛定谔方程(带电势和磁场)

·埃伦费斯特定理

·盒子里的粒子

·氢原子，系统地解决。塞曼效应，斯塔克效应

·量子谐振子

·算符:能量、动量、角动量、创造和湮灭算符

·他们的对易规则

·量子力学散射导论，S矩阵，放射性衰变

原子和分子

·化学结合

·轨道

·原子和分子光谱

·光的发射和吸收

·量子选择规则

·磁矩

固体物理

·晶体群

·布拉格反射

·介电常数和反磁常数

·布洛赫光谱

·费米能级

·导体、半导体和绝缘体

·比热

·电子和空穴

·晶体管

·超导电性

·内液增阻效应

核子物理

·同位素

·放射性

·裂变和聚变

·液滴模型

·核量子数

·磁核

·同位旋

·汤川理论

等离子物理

·磁流体力学

·阿尔芬波

高等数学

·群论和群的线性表示

·李群理论

·向量和张量

·求解(偏)微分方程和积分方程的更多方法

·极值原理及基于此的近似方法

·差分方程

·生成函数

·希尔伯特空间

·函数积分导论

狭义相对论

·洛伦兹变换

·洛伦兹收缩，时间膨胀

· E = mc2

·4维向量和4维张量

·麦克斯韦场的变换规则

·相对论多普勒效应

高级量子力学

·希尔伯特空间

·原子跃迁

·光的发射和吸收

·受激发射

·密度矩阵

·量子力学的解释

·贝尔不等式

·走向相对论量子力学:狄拉克方程，精细结构

·电子和正电子

·超导电性的BCS理论

·量子霍尔效应

·高级散射理论

·色散关系

·微扰展开

·WKB近似，极值原理

·玻色-爱因斯坦凝聚

·超液化氦

现象学

亚原子粒子(介子、重子、光子、轻子、夸克)和宇宙射线；材料和化学性质；核同位素；相变；天体物理学(行星系统、恒星、星系、红移、超新星)；宇宙学(宇宙学模型、膨胀宇宙理论、微波背景辐射)；检测技术。

广义相对论

·度量张量

·时空曲率

·爱因斯坦引力方程

·史瓦西黑洞

·里斯纳-诺德斯特姆黑洞

·近日点进动

·引力透镜

·宇宙学模型

·引力辐射

宇宙学、天体物理学和天文学

宇宙学和天体物理学是相对年轻的科学分支，在那里发生了很多事情。建议注意这些重要的主题，并根据你的喜好在它们上面投入时间。事实上，你必须知道，在解决各种物理问题时，有来自宇宙学、天体物理学和天体粒子物理学的反馈。但是我可以继续这样做：对于其他物理学特殊科学分支——生物物理学，地球物理学，音乐物理学，...我鼓励你在网上搜索其他感兴趣的主题。

量子场论

·经典场:标量场、狄拉克旋量场、杨米尔斯矢量场。

·相互作用，微扰展开。自发对称性破缺，戈德斯通模型，希格斯机制。

·粒子和场:福克空间，反粒子，费曼规则，π介子和原子核的盖勒-曼-李维西格玛模型。循环图，单一性、因果关系和色散关系。重整化(泡利-维拉尔斯；维伦。)量子规范理论:规范不变，法迪耶夫-波波夫行列式，斯拉夫诺夫恒等式，BRST对称性。重整化群。渐进自由。

·孤立子，斯格明子，磁单极子和瞬子。永久夸克紧闭机制。1/N扩展，算子乘积展开。贝特-萨尔彼得方程，标准模型的构建。P和CP违规，CPT定理，旋转和统计连接，超对称性。

正、反粒子结合后全部转化为能量

超对称性和超重力

天体粒子物理学

超弦理论

推荐书单

理论物理中有许多关于各种主题的好书。这里有几个:

经典力学:

·经典力学-第三版。-戈尔斯坦、普尔和萨夫科

·经典动力学:当代方法——豪尔赫·何塞、尤金·萨勒坦

·经典力学-粒子系统和哈密顿动力学-格雷纳

·经典力学的数学方法，第二版。-阿诺德

·力学第三版。-兰道，立夫什茨

统计力学:

·长度《统计物理的现代课程》，第二版。

·R.帕提亚:统计力学

·M.普利施克和贝杰森:平衡统计物理

·长度朗道和李什茨:统计物理学，第一部分

·S.世界科学统计力学硕士

量子力学:

·量子力学——导论，第4版。- W. Greiner

·R.尚卡尔，《量子力学原理》，全体会议

·量子力学——对称性第二版。-格雷纳，穆勒

·量子力学-第1卷和第2卷-科恩-坦努吉吉。樱井，高级量子力学，爱迪生-韦斯利

电动力学:

·杰克森，《经典电动力学》，第三版。威利父子公司。

·电磁场和电磁波-洛林和科尔森

·经典电动力学

·电动力学导论

·量子电动力学-第三版。——莱因哈特·格雷纳

光学:

·光学原理

·非线性光学原理

热力学:

·热力学和恒温学导论

·热力学和统计力学

固态物理:

·固态物理学-阿什克罗夫特，尼尔·W，梅尔明，大卫·N

·固态物理导论第7版-查尔斯·基特尔

狭义相对论:

·经典力学-点粒子和相对论-格雷纳

·相对论和现代物理学原理导论——伊尔马斯

广义相对论:

·J.B. Hartle，重力爱因斯坦广义相对论导论，爱迪生·韦斯利，2003年。

·T.程培平，《相对论、引力和宇宙学，基础导论》，牛津大学出版社，2005年。

粒子物理学:

·基本粒子导论

·核物理基础-从核结构到宇宙学-巴斯德万特，里奇，斯皮罗

场论:

·B.荷兰北部粒子物理场论

·C.量子场论，麦格劳-希尔。

弦理论:

·巴顿·兹维巴赫，《弦理论第一课》，剑桥大学出版社，2004年

·格林，施瓦茨和威滕，超弦理论，第一卷和第二卷，剑桥大学出版社

宇宙学:

·宇宙学导论，第三版——罗斯

·相对论、热力学和宇宙学

概述:

·马里恩和霍恩雅克，《物理学原理》，桑德斯学院出版社，1984年，ISBN 0-03-049481-8

·H.玛格纳乌和墨菲，《物理和化学的数学》，诺斯特兰德公司。

·R.贝克，线性代数，雷顿出版社